水处理第三讲.ppt

第三讲 混 凝 * * 主要内容 3.1 混凝机理 （▲ ） 3.2 混凝剂和助凝剂 3.3 混凝动力学 3.1、混凝机理 3.1.1 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。 3.1、混凝机理 3.1.2 水中胶体的稳定性 胶体稳定性：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“聚集稳定性”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）水处理；②水化膜的阻碍（亲水性胶体）高分子有机胶体溶液 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。 3.1、混凝机理 3.1.2 水中胶体的稳定性 胶体带电的原因： ①晶格取代 ②化学基团电离 ③溶解、电离 ④吸附某些离子 3.1、混凝机理 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。 图3-1 胶体双电层结构示意图 胶体?电位是导致聚集稳定性的直接原因 滑动面（胶粒） 胶核 3.1、混凝机理 3.1.3 DLVO理论 DLVO理论，由德加根（Derjaguin）、兰道（Landon）(苏联) ，伏维（Verwey）、奥贝克(Overbeek）（荷兰）提出。 只适用于憎水性胶体。 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≈1/2εαφ02e-kx 吸引势能：EA=-Aα/12x 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3-2。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。 3.1、混凝机理 图3-2 相互作用势能与粒间距离关系 (a) 双电层重叠；(b) 势能变化曲线 间距x 排斥势能ER 吸引势能EA Emax ER EA 3.1、混凝机理 3.1.4 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。 （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ζ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。凝聚能力?离 子价数6次方。 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与胶粒带同号电荷的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。 3.1、混凝机理 （2）吸附-电中和中和 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。 图3-3 压缩双电层和吸附-电中和作用 滑动面 负离子 原有正离子 投加的正离子 （1） 距离 距离 （2） 滑动面 电位Φ Φ （-） δ δk Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ δ Φ （-） 电位Φ 滑动面 距离 Ⅱ Ⅲ δ δ （3） 3.1、混凝机理 2．吸附架桥 吸附架桥作用是指高分子链的一端吸附了某一胶粒， 另一端又吸附另一胶粒,形成“胶粒-高分子-胶粒”絮凝体,高 分子物质起了胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作用,故称吸 附架桥作用,架桥模型示意见图3-4。 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3-5； 图3-4 架桥模型示意 图3-5 胶体保护示意 3.1、混凝机理 3．网捕或卷扫 混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时, 对胶粒会网捕、卷扫导致沉淀分离。这是一种机械作用，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。 硫酸铝的混凝机理 (总结) 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。 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； 3.2、