第五章混凝概念.ppt

第五章 混 凝 5.1 混凝机理. 5.1.1 基本概念 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：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。 5.1.2 水中胶体的稳定性 胶体稳定性：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。胶体颗粒的双电层结构见图6-1。 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ξ电位降低，水化膜减薄直至消失。 6.1.3 DLVO理论 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。 排斥势能：ER－1/d2； 吸引势能：EA－1/d6 由此可画出胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的关系，见图6-2。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。 胶体的布朗运动能量Eb＝1.5kT，当其大于排斥能峰时，胶体颗粒能发生凝聚。 以上称为DLVO理论，只适用于憎水性胶体。 对典型亲水胶体，水化作用是胶体聚集稳定性的主要原因。 5.1.4 硫酸铝在水中的化学反应 硫酸铝Al2（SO4）·18H2O溶于水后，立即离解出铝离子，通常是以[Al(H2O)6]3+存在，但接着会发生水解与缩聚反应，形成不同的产物。 产物包括：未水解的水合铝离子、单核羟基络合物、多核羟基配合物或聚合物、氢氧化铝沉淀等。各种产物的比例多少与水解条件（水温、pH、铝盐投加量）有关，见图6-3。 6.1.5 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，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。 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：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 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： ① 高分子投量过少，不足以形成吸附架桥； ② 但投加过多，会出现“胶体保护”现象，见图6-6； 3．网捕或卷扫 当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量金属氢氧化物沉淀时，可以网捕、卷扫水中胶粒以致产生沉淀分离，称～作用。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。 5.1.6 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，几种机理可能同时存在。 pH3 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； 5.2 混凝剂和助凝剂 5.2.1 混凝剂 混凝剂应符合以下要求：① 混凝效果好；② 对人体无危害；③ 使用方便；④ 货源充足，价格低廉。 目前混凝剂的种类有不少于200－300种，分为无机与有机两大系列，见表6-1。 与硫酸铝相比，三氯化铁具有以下优缺点：①适用的pH值范围较宽；②形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实；③处理低温低浊