污水处理工艺流程第03章 混凝.docVIP

第三章 混 凝 各种废水都是以水为分散介质的分散体系。根据分散相粒度不同，废水可分为三类：分散相粒度为0.1～1nm间的称为真溶液；分散相粒度在1～100nm间的称为胶体溶液；分散相粒度大于100nm称为悬浮液。其中粒度在100nm以上的悬浮液可采用沉淀或过滤处理，而粒度在1nm～100μm间的部分悬浮液和胶体溶液可采用混凝处理。 混凝就是在废水中预先投加化学药剂来破坏胶体的稳定性,使废水中的胶体和细小悬浮物聚集成具有可分离性的絮凝体，再加以分离除去的过程。 第一节 胶体的特性与结构 一、胶体特性 胶体的特性包括光学性质、力学性质、表面性能、动电现象四个方面。 1．光学性质 胶体的光学性质是指胶体在水溶液中能引起光的反射的性质。 2．力学性质 胶体的力学性质主要是指胶体的布朗运动，即胶体颗粒所作的一刻不停的不规则运动。这也是胶体颗粒不能自然沉淀的原因之一。它可用水分子的热运动来解释，胶体颗粒总是处于周围水分子的包围中，而水分子由于热运动总在不停地撞击胶体颗粒，其瞬间合力不能完全抵消，就使得胶体颗粒不断改变位置。 3．表面性能 胶体颗粒微小．故其比表面积大，具有极大的表面自由能,从而使胶体颗粒具有强烈的吸附能力和水化作用。 4．动电现象 胶体的动电现象包括电泳与电渗，二者都是由于外加电位差的作用而引起的胶体溶液系统内固相与液相间产生的相对移动。电泳现象是指在电场作用下，胶体微粒能向一个电极方向移动的现象。与此同时，也可认为有一部分液体渗透过了胶体微粒间的孔隙而移向相反的电极，这种液体在电场中透过多孔性固体的现象称为电渗。 电泳现象说明胶体微粒是带电的。当在外加电场作用下，胶体微粒向阴极运动，说明该类胶体微粒带正电，如氢氧化铁、氢氧化铝等；相反，如向阳极运动，则说明该类胶体微粒带负电，像碱性条件下的氢氧化铝和蛋白质等。粘土胶体一般也带负电。由于胶体微粒的带电性,当它们互相靠近时,就产生排斥力，因此不能聚合。 二、胶体的结构 图3-1是胶体结构示意图。在粒子的中心是胶核，它由数百乃至数千个分散相固体物质分子组成。在胶核表面，吸附了一层带同号电荷的离子，称为电位离子层。为维持胶体离子的电中性，在电位离子层外吸附了电量与电位离子层总电量相同而电性相反的离子，这称为反离子层。 电位离子层与反离子层就构成了胶体粒子的双电层结构。其中电位离子层构成了双电层的内层，其所带电荷称为胶体粒子的表面电荷，其电性和电荷量决定了双电层总电位的符号和大小。反离子层构成了双电层的外层，按其与胶核的紧密程度，反离子层又分为吸附层和扩散层，前者指紧靠电位离子，并随胶核一起运动，它和电位离子层一起构成了胶体粒子的固定层。而反离子扩散层是指固定层以外的那部分反离子。它由于受电位离子的引力较小，因而不随胶核一起运动，并趋于向溶液主体扩散，直至与溶液中的平均浓度相等。吸附层与扩散层的交界面在胶体化学上称为滑动面。 通常将胶核与吸附层合在一起称为胶粒，胶粒再与扩散层组成电中性胶团(即液体粒子)。由于胶粒内反离子电荷数少于表面电荷数，故胶粒总是带电的，其电量等于表面电荷数与吸附层反离子电荷数之差，其电性与电位离子电性相同。 胶核与溶液主体间由于表面电荷的存在所产生的电位称为ψ电位，而胶粒与溶液主体间由于胶粒剩余电荷的存在所产生的电位称为ξ电位。图3-1描述了两种电位随距离的变化情况。ψ电位对于某类胶体而言，是固定不变的，它无法测出，也不具备实用意义，而ξ电位可通过电泳或电渗计算得出，它随着温度、 pH值及溶液中反离子浓度等外部条件而变化，在水处理中具有重要的意义。 ξ电位可通过下式计算： ξ＝4πμu/DE (3-1) 式中μ——液体的粘滞系数， Pa； u——液体的翕动速度， cm/s； D——液体的介电常数； E——两电极间单位距离外加电位差，绝对静电单位/厘米。 按以上叙述，胶体粒子的结构式可写为 以氢氧化铁为例，因氢氧化铁是由三氯化铁水解形成，故水中的主要电解质为 H+和 Cl-。氢氧化铁聚集成胶核，并吸附了溶液中的一些电位离子(H+离子)，为达到电中性， H+离子又吸附了具有相同数目的反离子Cl-，构成了吸附层与扩散层。由此可写出氢氧化铁胶体粒子的结构式： 其中，m为胶核中的分子数；n为被吸附的电位离子数；(n-x)为吸附层中反离子数；x为扩散层中的反离子数。 第二节 胶体的脱稳与凝聚 胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的稳定性。