物理化学处理(混凝)精要.ppt

第一节 化学混凝法 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coagulation ：胶体失去稳定性的过程称为凝聚。 絮凝flocculation ：脱稳胶体相互聚集称为絮凝。 混凝过程涉及：①水中胶体的性质；②混凝剂在水中的水解；③胶体与混凝剂的相互作用。 （一） 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。 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：①胶体带电相斥（憎水性胶体）；②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。 1. 胶体颗粒的双电层结构 胶核（胶体分子聚合而成的胶体微粒），表面吸附了某种离子（电位形成离子）而带电，由于静电引力，势必吸引溶液中异号离子到微粒周围（反离子），这些反离子同时受到静电引力和热运动扩散力。 吸附层Stern layer（随胶核一起运动）―― 靠近胶核表面处，异号离子浓度大，结合紧密 扩散层Diffuse layer（大部分运动时被甩掉，甩掉后剩下的面，叫滑动面）―― 离胶核远，反离子浓度小，结合松散。 结构式： 反离子层 胶核＋吸附层 ＋扩散层 胶 粒 胶团 滑动面上的电位，称为?电位，决定了憎水胶体的聚集稳定性。也决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当?电位降低，水化膜减薄及至消失。 ψ电位 ：胶核表面上与外层溶液内部之间形成的总电位差。 ?电位：胶体滑动面上的电位，称作动电位。 带负（正）电荷的胶核表面与扩散于溶液中的正（负）电荷离子正好电性中和，构成双电层结构（The electrical double layer）。 ?越大，扩散层越厚，胶体颗粒斥力大，稳定性强。 2. 胶体之间的相互作用 胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥能与吸引能，分别由静电斥力与范德华引力产生。 图中可看画出胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的关系。当胶体距离xoa或xoc时，吸引势能占优势；当oa x oc时，排斥势能占优势；当x=ob时，排斥势能最大，称为排斥能峰Emax。 胶体的布朗运动能量大于排斥能峰时，胶体颗粒能发生凝聚。 以上理论称为DLVO理论。 只适用于憎水性胶体，由德加根（Derjaguin） 兰道（Landon）(苏联，1938年独立提出〕，伏维（Verwey）、奥贝克（Overbeek）（荷兰，1941年独立提出）。 （二） 混凝机理 1．电性中和作用机理 （1）压缩双电层 加入电解质，形成与反离子同电荷离子，产生压缩双电层作用，使ξ电位降低，从而胶体颗粒失去稳定性，产生凝聚作用。 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：①混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；②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。 高分子絮凝剂投加后，可能出现以下两个现象： ①高分子投量过少，不足以形成吸附架桥； ②投加过多，会出现“胶体保护”现象，见下图。 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。 4、 硫酸铝的混凝机理 不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理不同。何种作用机理为主，决定于铝盐的投加量、pH、温度等。 实际上，几种可能同时存在。 pH＜3 简单的水合铝离子起压缩双电层作用； pH＝4-5 多核羟基络合物起吸附电性中和； pH=6.5-7.5 氢氧化铝起吸附架桥； 如果分子量不同的两种高分子物质同时投入水中，分子量大者优先被胶粒吸附；如果先让分子量较低者吸附然后再投入分子量高的物质，会发现分子量高者将慢慢置换分于量低的物质。在给水处理中，因天然水的pH值通常总是大于3，故压缩双电层作用甚微。