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1、第四章 混凝澄清法,4-1 概述处理对象：胶体态及难沉物,混凝过程具有两个作用：第一个作用：使水中原有的离散微粒首先具有粘附在固体颗粒上的性质 凝聚（coagulation）,第二个作用：使这些具有粘附性的离散微粒能够粘结成絮体 絮凝（flocculation）,混凝（coagulation-flocculation）,4-1 概述,一、胶体颗粒的基本性质 水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于d4m），大部分细菌（0.280nm），病毒（10300nm），蛋白质。,稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质。,憎水性胶体，亲水性胶体或介于两者之间。,对憎水性胶体，其稳定性可用双电层结构来说明。对于亲
2、水性胶体，其稳定性主要由于它所吸附的大量水分子所构成的水壳来说明。,4-1 概述,二、（憎水性）胶体的双电层结构及其稳定性1颗粒表面电荷的产生 水中胶体表面都带有电荷，在一般水质中，粘土、细菌、病毒等都是带负电的胶体。而氢氧化铝或氢氧化铁等微晶体都是带正电的胶体，其表面电荷的产生有如下四个机理：,极难溶的离子型晶体与它溶解下来的离子产物之间有一平衡关系，（这一平衡关系由溶度积来确定），这使得晶体表面有了一定符号的电荷。铁、铝、氢、氧化物颗粒表面电荷可以是依此机理产生的。由于金属氧化物或氢氧化物的溶解沉淀反应与溶液pH值有关，因此，这类颗粒的表面电荷和电势受pH控制；,固相表面对水中某种离子的特
3、异吸附；,4-1 概述,以上四个机理不是截然可分的，不同情况下由其中一个或几个机理起作用。,颗粒表面离子化 能团的离解，特别是高分子有机物因其极性 能团的酸碱离解而使表面带上电荷；（受pH控制）（如蛋白质：COOH R NH2）,某些离子型晶体（结晶物质）的Schottky缺陷在晶体表面产生过量的阳或阴离子，而在其表面呈带正电或负电。（粘土及其它铝硅酸盐矿物晶体的表面电荷成因）,4-1 概述,2胶体的双电层结构,胶核荷电示意图,电位离子,反离子,扩散层,胶团边界,滑动面,胶粒,吸附层,胶核,电位,电位,P46,4-1式入手分析影响zeta电位的因素。,4-1 概述,0,斥力,引力,中心距d,势
4、能峰,胶体的动能：1.5kT,布朗运动,势能峰：数百至数千kT,0,斥力,引力,d,三、胶体的脱稳及凝聚压缩双电层、电性中和、吸附桥联、沉淀网捕。,0,斥力,引力,d,0,斥力,引力,d,4-2 胶体的脱稳及凝聚,一、水处理中混凝过程的特点1水处理中要求颗粒尽快长大到一定的粒度，以便在沉淀设备中能除掉。因此，对粒度和沉淀时间有严格要求。,2水处理中絮凝的颗粒是一个很复杂的体系 水中原有颗粒，包括粘土、细菌、病毒、腐植酸及蛋白质等（原生颗粒）。水中投加传统无机混凝剂所产生的颗粒（次生颗粒）。有机高分子絮凝剂。,3基于水处理中絮凝的颗粒是一个很复杂的体系的特点，在水处理中往往由于有机和无机混凝剂的
5、使用，使得水处理中的混凝机理更为复杂。,4-2 胶体的脱稳及凝聚,二、常用混凝剂以铝盐为例，说明其作用机理。当Al2(SO4)3配制为1020%溶液使用时，pH4，发生下列离解反应：,当其投加到水中后，发生如下水解反应，水的pH也随之改变：,式中n=16，特别当n=3时，水中产生中性的结晶胶体，对应pH为58。,4-2 胶体的脱稳及凝聚,同时，还在水解过程中产生许多聚合离子，这是由于羟基架桥作用而产生。其最简单的形式是：,在水解过程中会形成无数的其它聚合离子，某些经研究认为存在可能性极大而受到重视，,等。,4-2 胶体的脱稳及凝聚,水处理中铝盐适用的pH范围为68.5，以Al2(SO4)314
6、H2O计的投量为：混凝+过滤10100mg/L，直接过滤0.55mg/L。,铁盐与铝盐有相似的水解过程。适用pH范围68.5，以FeCl3计投量为：混凝+过滤770mg/L，直接过滤0.55mg/L。,4-2 胶体的脱稳及凝聚,三、加药混合与絮凝池的设计 混凝单元操作中的加药混合是通过迅速搅拌达到混凝剂与颗粒物质的充分接触，其平均速度梯度值与混凝剂的凝聚机理有密切相关。对于沉淀网捕过程而言，快速混合并不十分重要。对于压缩双电层和吸附电中和，混凝剂应在0.1s左右达到充分混合，在此，值的确定就十分重要。,混合：,反应：,t=1030s,t=1530min,4-2 胶体的脱稳及凝聚,可用 t间接表
7、示在时间t内颗粒碰撞的总次数，值在104105之间则可认为符合混合、反应的要求。以上参数是借鉴给水处理之值。,实际废水处理时，若有必要，还应进行试验进一步确定混合、反应所需之 t。,常用混凝剂：凝聚剂：PAC、PFS、AS、FC等絮凝剂：PAM、SiO2水解物、天然高分子物等,4-3 澄清池,水处理中，常规的混凝处理工艺过程为（混合、反应、分离）：混凝+沉淀 混凝+沉淀+过滤,澄清池是在该池中同时完成混合反应、絮体沉降过程。包括：混合室、反应室、导流室、分离室四个功能区。,本章小结：1.基本概念 胶体 混凝2.重点 基本概念 胶体脱稳机理3.难点 胶体双电层结构 混凝机理 混凝所需要的混合、反应条件及工艺方法 平均速度梯度 的计算,4.自学内容：混凝条件及混凝试验；混合反应器；澄清池作业：1、2、3、4、5、6、7,
