第四章-给水方法概述及混凝-1改.ppt

城镇给排水工程 李乃稳 第二节　凝聚和絮凝 混凝处理是向水中投加混凝剂，使水中的胶体颗粒和细小的悬浮物相互凝聚长大，形成具有沉淀性能良好，尺寸较大的絮状颗粒（矾花），使之在后续的沉淀工艺中能够有效的从水中重力沉淀下来。 混凝阶段所处理的对象：水中的悬浮物和胶体杂质. 基本概念 混凝：就是向水中投加混凝剂，使水中胶体颗粒和微小悬浮物脱稳聚集成大颗粒的过程。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：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。 混凝法 给水处理中应用非常广泛的方法。它可以用来降低原水的浊度，色度等感官指标，去除多种高分子有机物，某些重金属物和放射性物质；它可以自成独立的处理系统，又可以与其他处理单元过程进行组合。 混凝用途 生活饮用水处理、工业废水处理、城市污水三级处理、污泥处理等。 投药是混凝的必要前提，混合、反应是混凝工艺的两个参数，结合原水性质选用性能良好的药剂，创造适宜的化学和水力条件是混凝工艺上的技术关键。 本节将研究浑水的稳定性、混凝原理、混凝剂和助凝剂、 投药设备、混合及反应设备。 　 重点讲授：凝聚原理、絮凝原理、絮凝设计方法。 胶体的稳定性 亲水胶体和憎水胶体 与水分子有很好的亲合力的胶体称为亲水胶体，亲水胶体的固体部分因此包在一个大水壳中。 蛋白质、碳氢化合物及许多复杂的有机化合物大分子等为亲水胶体。 憎水胶体不发生水合现象，不能在水中自发地形成胶体溶液，已形成的憎水胶体溶液静置足够长的时间后，胶体能从水中自发分离出来。 胶体特性： （1） 颗粒尺寸很小 （2） 稳定而不沉淀 （3） 使水产生浑浊 （4） 胶体颗粒表面带电 胶体间的双电层结构 1 胶粒的带电现象 电泳（胶体粒子的运动） 和电渗（液体的运动）现象可证明胶粒带电。 胶体颗粒表面带电的原因： 胶体颗粒结晶中的晶格取代作用 胶体颗粒表面对水中离子的选择性吸附 胶体颗粒表面与水作用后溶解并电离 胶体颗粒表面某些化学基团在水中电离 2 胶粒的的双电层结构 为了从理论上解释胶粒的带电现象，胶体化学发展了胶粒（胶团）构造的双电层理论：“整个粘土胶团由胶核、吸附层、扩散层（漫散层）所组成。” 　胶核:是胶体颗粒的中心，由颗粒物质组成。 胶核表面带有电位形成离子，将吸引水中的与之电荷相反的离子（反离子)。 吸附层：一部分反离子被紧密的吸引在胶核颗粒的表面附近，可随着微粒移动，这一层称为吸附层，其厚度与离子大小相近约为2～3A°。 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：另一部分反离子由于热运动和溶剂化作用向外扩散，构成扩散层。其厚度约为162～325A°。 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。 胶核表面上的离子和反离子之间形成的总电位称为胶体的总电位、热力电位（Φ0电位）——（实际中总电位很难测量） 胶体移动时在滑动面上所表现出来的电位称为电动电位（ζ电位）。ξ越大，扩散层越厚，胶体颗粒斥力大，稳定性强。 胶体颗粒表面的电位形成离子和反离子的结构称为胶体的双电层结构。 胶体之间的相互作用 静电斥力－排斥势能 范德华力－吸引势能 一般天然水中胶粒的Emax为几千KT,为分子热运动动能的数千倍，当Emax为25KT时即可认为胶体处于稳定状态，因布朗运动的能量才4KT，因此胶粒靠布朗运动的能量是不能相互靠近发生凝聚的。 如果在胶体溶液中加入电解质，压缩扩散层的厚度d,降低ζ电位。当ζ≦0.03伏时，排斥势能降低，若布朗运动的动能大于最大排斥能峰，就可使两胶粒的间距缩小到doa，使胶粒进入引力占优势的范围，进一步使胶粒相互接近，从而导致发生凝聚，此时能峰会向左移动，使Emax　，当扩散层压缩到一定程度时，排斥能峰只有几个KT时，此时将有部分能量较大的胶粒越过势能峰，发生缓慢凝聚。 胶体的稳定性 指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。 从胶体化学角度而言，高分子溶液可说是稳定系统，粘土类胶体及其它憎水胶体都并非真正的稳定系统。 从水处理角度而言，凡沉降速度十分缓慢的胶体粒子以至微小悬浮物，均被认为是稳定的。 稳定是相对的，不稳定是绝对的。 胶体颗粒稳定的因素 布朗运动（动力学不稳定）布朗运动使胶体处于稳定状态不下沉。布朗运动对抗重力的影