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第四章 混凝和絮凝 1.胶体有何特征？什么是胶体的稳定性？试用胶粒之间相互作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。 答：胶体的基本特性有光学性质、布朗运动、胶体的表面性能、电泳和电渗现象。胶体的稳定性是指胶体颗粒在水中长期保持分散悬浮状态的特性。致使胶体颗粒稳定性的主要原因是颗粒的布朗运动、胶体颗粒间同性电荷的静电斥力和颗粒表面的水化作用。胶体稳定性分为动力学稳定和聚集性稳定两种。 图1 相互作用势能与颗粒间距离关系 （a）双电层重叠； （b）势能变化曲线 可以从两胶粒之间相互作用力及其与两胶粒之间的距离关系进行分析。当两个胶粒相互接近至双电层发生重叠时，就会产生静电斥力。相互接近的两胶粒能否凝聚，取决于由静电斥力产生的排斥势能量ER和范德化引力产生的吸引势能EA，二者相加即为总势能E。ER和EA均与两胶粒表面间距x有关。从上图可知，两胶粒表面间距x=oa～oc时，排斥势能占优势。X=ob时，排斥势能最大，用Emax表示，称排斥能峰。当xoa或xoc时，吸引势能均占优势，xoc时，虽然两胶粒表现出相互吸引趋势，但存在着排斥能峰这一屏障，两胶粒仍无法靠近。只有xoa时，吸引势能随间距急剧增大，凝聚才会发生。要使两胶粒表面间距oa，布朗运动的动能首先要克服排斥能峰Emax才行。然而，胶粒布朗运动的动能远小于Emax，两胶粒之间的距离无法靠近到oa以内，故胶体处于分散稳定状态。 2.目前普遍用几种机理来描述水的混凝过程？试分别叙述。 答：目前普遍用四种机理来描述水的混凝过程。（一）压缩双电层作用机理：根据浓度扩散和异号电荷相吸的作用，这些离子可与颗粒吸附的反离子发生交换，挤入扩散层，使扩散层厚度缩小，进而更多地挤入滑动面与吸附面，使胶粒带电荷数减小，ξ电位降低。这种作用叫做压缩双电层作用。此时两个颗粒相互间的排斥力减小，同时由于它们相撞时距离减小，相互间的吸引力增大，胶粒得以迅速聚集；（二）吸附和电荷中和作用机理：指胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用而中和了它的部分电荷，减少了静电斥力，因而容易与其他颗粒接近而互相吸附；（三）吸附架桥作用机理：是指高分子物质与胶体颗粒的吸附与桥链。当高分子链的一端吸附了某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，形成“胶粒—高分子—胶粒”的絮凝体。高分子物质在这里起了胶体颗粒之间相互结合的桥梁作用；（四）沉淀物网捕作用机理：网捕又称卷扫，是指向水中投加含金属离子的混凝剂，当药剂投加量和溶液介质的条件足以使金属离子迅速金属氢氧化物沉淀时，所生成的难溶分子就会以胶体颗粒或细微悬浮物作为晶核形成沉淀物，即所谓的网捕、卷扫水中胶粒，以致产生沉淀分离。 3.影响混凝效果的主要因素是什么？ 答：水温、h值、碱度、悬浮物含量、水力条件等。 4.什么是助凝剂？目前我国常用的助凝剂有几种？在什么情况下需要投加助凝剂？ 答：在净水过程中，有时使用单一的混凝剂不能取得良好的效果，需要投加辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。助凝剂的作用在于：加速混凝过程，加大絮凝颗粒的密度和质量，使其更迅速沉淀；并加强粘结和架桥作用，使絮凝颗粒粗大且有较大表面，可充分发挥吸附作用，提高澄清效果。常用的助凝剂有两类：1）调节或改善混凝条件的助凝剂有Na2CO3、Na（OH）2、NaHCO3、Ca（OH）pH值；2）改善絮凝结构的高分子助凝剂有聚丙酰胺、骨胶、海藻酸钠、活性硅酸等。 5.目前常用的絮凝池有几种？各有何优缺点？ 答：5种。（一）隔板絮凝池：水流以一定流速在隔板之间通过从而完成絮凝过程的絮凝设施称为隔板絮凝池。通常适用于大、中型水厂，因水量过小时，隔板间距过狭不便施工和维修。优点是构造简单，管理方便。缺点是流量变化大者絮凝效果不稳定，与折板及网格式絮凝池相比，因水流条件不甚理想，能量消耗（即水头损失）中的无效部分比例较大，故需较长絮凝时间，池子容积较大；（二）折板絮凝池：优点：水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间缩、放流动且连续不断，以至形成众多的小漩涡，提高了颗粒碰撞絮凝效果，接近于推流型。与隔板絮凝池相比，水流条件大大改善，亦即在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高，故所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小；（三）机械搅拌絮凝池：按搅拌轴的安装位置，分为水平轴和垂直轴两种形式，水平轴式通常适用于大型水厂，垂直轴式一般用于中、小型水厂；（四）穿孔旋流絮凝池：优点：构造简单，施工方便，造价低，可用于中小型水厂或与其他形式絮凝池组合应用；（五）网格、栅条絮凝池：优缺点：效果好，水头损失小，絮凝时间较短。不过，根据已建的网格和栅条絮凝池运行经验，还存在末端池底积泥现象，少