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1、第二章 混凝的作用机理,混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。凝聚：胶体失去稳定性的过程称为凝聚。絮凝：脱稳胶体相互聚集称为絮凝。混凝过程涉及：水中胶体的性质；混凝剂在水中的水解；胶体与混凝剂的相互作用。,2.1 水中胶体的稳定性胶体稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。与水和废水泥凝处理有关的胶体粒子的主要性质，就是它的稳定性。在一般情况下，由胶粒和水组成的胶体分散体系能长时间保持稳定。即使是粉径大干胶粒的细小物质(粒径在1-10um)，也不会在水和废水处理工艺允许的时间范围内自动沉淀下来。,由Stokes方程可知，粒子的沉降速度与其粒径平方
2、成正比，因而粒径愈小，沉降速度越慢。,如果假定水中胶体粒子为球形质点，则其自然沉降速度可以用Stokes方程描述：,胶体粒子的平均粒径般为1nm-1um，每小时自然沉降距离仅为10-2 cm到l 0-4cm。考虑到胶体分散系统本身所受到的不可避免的扰动，这样的沉降速度实际上不能使胶粒沉降下来。,胶体稳定性分“动力学稳定性”和“聚集稳定”两种。动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强。聚集稳定性包括：胶体带电相斥（憎水性胶体）；水化膜的阻碍（亲水性胶体）在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。,2.1.1 胶体的双电层结构,胶体颗粒表面带有电荷的过
3、程或途径：1.胶体颗粒结晶中的晶格取代使胶体表面产生电荷。2.胶体颗粒表面某些化学集团在水中电离使胶体带电。3.胶体颗粒表面与水作用后溶解并电离使胶体带电。4.胶体颗粒对水中某些离子的吸附使胶体带电。,1.胶体粒子的结构,以AgI的水溶胶为例。固体粒子AgI称为“胶核”。若稳定剂是 KI，则胶核吸附I带负电，反号离子K+一部分进入紧密层，另一部分在扩散层。胶核与紧密层的反号离子构成“胶粒”。溶胶中的独立运动单位是胶粒，胶粒与扩散层离子构成“胶团”。可用下式表示：,（1）整个胶团是电中性的。,（2）胶粒电荷的符号取决于被吸附离子的符号，胶粒带电 的多少由被吸附离子与紧密层反号离子电荷之差（n-x
4、）来决 定。,2.胶体粒子的双电层结构,粒子的相反电荷离子是由紧密层和扩散层两部分组成。紧密层中的反号离子被束缚在胶体粒子周围，扩散层中的反号离子虽受胶体粒子的静电引力的影响，但可脱离胶体粒子而移动。,0：固体表面和液体内部的总的电位差,动电位（电势）:紧密层的外界面与本体溶液之间的电势差。电势决定着胶体粒子在电场中的运动速度。,当电解质浓度增加到一定程度时，扩散厚度变零，电势也变为零。这就是胶体电泳的速度会随着电解质浓度的加大而变小，甚至变为零的原因。,电势对其它离子十分敏感，外加电解质的变化会引起 电势的显著变化。因为外加电解质浓度加大时，会使进入紧密层的反号离子增加，使得粒子外界面与溶液
5、本体的电势差减小，即 电势下降，从而使双电层变薄。,2.1.2 胶粒之间的相互作用-DLVO理论,从总势能图上可以看出，吸附势能只是在两个胶体颗粒距离很短时起作用，排斥势能则作用稍远些。两个胶体颗粒处于不同距离时，总势能可能有以下几种情况：当两胶体颗粒间距很小趋近于0时，EA趋近于，ER增加接近于一个常数，此时EA 大于ER，ET未负值，表现为两个胶体颗粒吸引聚集；当两个胶体颗粒间距很远时，EA 和ER均趋近于0，ET趋近于0，此时胶体颗粒仅受热运动和溶剂化的作用影响；当两胶体颗粒的间距与双电层的厚度在同一个数量级时，ER可能会大于EA，ET为正值，总势能曲线上出现一极大值，即为势垒，若势垒总
6、够高胶体颗粒的热运动无法克服势垒的阻碍，则交替颗粒保持稳定，不能聚沉。,2.2 混凝机理1电性中和作用机理 电性中和作用机理包括压缩双电层与吸附电 中和作用机理，见图6-4。（1）压缩双电层 加入电解质加入，形成与反离子同电荷离子，产生压缩双电层作用，使电位降低，从而胶体颗粒失去稳定性，产生凝聚作用。压缩双电层机理适用于叔采哈代法则，即：凝聚能力离子价数6。该机理认为电位最多可降至0。因而不能解释以下两种现象：混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。,（2）吸附电性中和 这种现象在水处理中出现的较多。指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低电位。其特点是：当药剂投加量过多时，电位可反号。2吸附架桥 吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥，架桥模型示意见图6-5。高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；但投加过多，会出现“胶体保护”现象，见图6-6；,3网捕或卷扫 金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕与卷扫。所需混凝剂量与原水杂质含量成反比，即当原水胶体含量少时，所需混凝剂多，反之亦然。,
