常规给水处理工艺 混凝

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1、第15章混凝（coagulation）15.1混凝机理15.2混凝剂与助凝剂15.3混凝动力学15.4影响混凝效果的主要因素15.5混凝剂的配制与投加15.6混合与絮凝设备在上一章,我们已经讲过,水中的杂质分为悬浮物、胶体和溶解物，而我们给水处理的主要对象是细小的悬浮物和胶体微粒。我们下面以不同粒径的微粒所需要的沉淀时间来看，混凝处理的必要性。15.1混凝机理粒径沉降1m所需的时间10mm砾砂1s1mm粗砂10s悬浮物0.1mm细砂2.1min0.01mm泥1.83h1m细菌183h0.1m765d胶体0.01m20a1nm200a由

2、以上计算看出，水中细小悬浮物及胶体杂质靠自然沉淀是无法去除的的，或者说需要很长的时间，这在工程上是很不经济的。对于这类物质的去除要用到我们下面讲的混凝沉淀来解决。混凝处理的对象：水中常常不能用自然沉淀法除去的细小的悬浮物和胶体物质。混凝的办法：1、首先投加化学药剂来破坏胶体和悬浮微粒在水中形成的稳定分散系，使其聚集为具有明显沉降性能的絮凝体。2、再用重力沉降法予以分离。※混凝的定义：通过投加化学药剂使水中胶体颗粒和细小的悬浮颗粒相互聚集，这一过程称为混凝，包括凝聚(aggregation)和絮凝（flocculation）两个步骤。凝聚是指

3、使胶体脱稳并聚集为微絮粒的过程，而絮凝则指微絮粒通过吸附、卷带和桥连而成长为更大的絮体的过程。混凝过程涉及到三个方面的问题：水中胶体的性质混凝剂在水中的水解与形态胶体与混凝剂的相互作用1、胶体稳定性胶体稳定性：系指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。15.1.1胶体的稳定性胶体稳定性分“动力学稳定”和“聚集稳定”两种。动力学稳定性:由于胶体颗粒很小，受到来自各个方向水分子热运动的撞击不均衡，做无规则的高速运动，可以克服重力不下沉，能够均匀地分散在水溶液中。系指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。聚集稳定性：系指胶体粒子之间不能相互聚集的特

4、性。憎水性胶体：胶体带电相斥亲水性胶体：水化膜的阻碍其中聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。电位离子层：在胶体粒子的中心是胶核，它由数百乃至数千个分散相固体物质分子组成，在胶核表面，吸附了一层带同号电荷的离子。反离子层：为维持胶体离子的电中性。在电位离子层外吸附了电量与电位离子层总电量相同，而电性相反的离子。双电层结构：电位离子层与反离子层构成了胶体粒子的双电层结构。2、胶体的双电层结构胶体结构示意图电位离子层构成了双电层的内层，其所带电荷称为胶体粒子的表面电荷，其电性和电荷量决定了双电层总电位的符号和大小。反离子层构成了双电层的外层。

5、按其与胶核的紧密程度，反离子层又分为吸附层和扩散层。反离子吸附层：紧靠电位离子，并随胶核一起运动，和电位离子层一起构成了胶体粒子的固定层。反离子扩散层：固定层以外的那部分反离子。它由于受电位离子的引力较小，因而不随胶核一起运动，并趋于向溶液主体扩散，直至与溶液中的平均浓度相等。滑动面：吸附层与扩散层的交界面在胶体化学上称为滑动面。胶粒：通常将胶核与吸附层合在一起称为胶粒。胶团：胶粒与扩散层组成的电中性胶团，称为胶团。由于胶粒内反离子电荷数少于表面电荷数，故胶粒总是带电的，其电量等于表面电荷数与吸附层反离子电荷数之差。其电性与电位离子电性相同

6、。胶体的电动电位（ζ电位）：当胶体粒子运动时，扩散层中的大部分反离子就会脱离胶团，向溶液主体扩散。其结果必然使胶粒产生剩余电荷（其量等于脱离胶团的反离子所带电荷数值，符号与电位离子相同），使胶粒与扩散层之间形成一个电位差，此电位称为胶体的电动电位，常称为ζ电位。总电位或ψ电位：胶核表面的电位离子与溶液主体之间的电位差则称为总电位或ψ电位。在总电位一定时，扩散层愈厚，ζ电位愈高，反之，扩散层愈薄，ζ电位愈低。电位引起的静电斥力，阻止胶粒互相凑近和接触碰撞，并在水分子的无规则撞击下做布朗运动，使胶粒长期稳定地分散于水中。ζ电位的大小反映胶粒带电

7、的多少，可以用来衡量胶体稳定性的大小。ζ电位愈高，胶体的稳定性就愈高。电位离子层反离子层双电层结构吸附层和扩散层滑动面胶粒胶团（胶体粒子）胶体的电动电位（ζ电位）总电位或ψ电位{[胶核]电位形成离子，束缚反离子}，自由反离子吸附层扩散层胶粒胶团电位决定了憎水胶体的聚集稳定性一般粘土电位＝-15~-40mV细菌电位＝-30~-70mV3、胶体之间的相互作用（DLVO理论）胶体的稳定性和凝聚可由两胶粒间的相互作用和距离来评价。胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥能与吸引能大小，分别由静电斥力与范德华引力产生。静电斥力：ER－1/d2范德华引力

8、：EA－1/d6（有些认为是1/d2或1/d3）由此可画出两者的综合作用图。当胶体距离xoc时，吸引势能占优势；当oa