给水工程2水处理

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1、第四章凝聚和絮凝1637年我国开始使用明矾净水(KAl（SO4）2·12H2O)1884年西方才开始使用凝聚：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：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。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的目的：向水中投加一些药剂(常称为混凝剂)使水中难以沉淀的胶体颗粒能互相聚合，长大至能够自然沉淀。投药是混凝工艺必要的前题，混合和絮凝是混凝工艺的两个阶段。为了提高混凝效果，技术上的关键在于结合原水水质选用性能良好的药剂，创造适宜的

2、化学和水力条件，是混凝工艺各阶段顺利进行的关键。4.2混凝的机理水的混凝机理一直是水处理与化学工作者们关心的课题，迄今也还没有一个统一的认识。胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系。一、水中胶体的稳定性胶体稳定性是指颗粒在水中长期保持分散悬浮的状态的特性。胶体稳定性又分为以下两种：1.动力学稳定：胶体颗粒的布朗运动，构成了动力学稳定性，反映颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。水中粒度较微小的胶体颗粒，布朗运动足以抵抗重力的影响，因此能长期悬浮水中而不发生沉降，称为动力学稳定性。2.聚集稳定性：胶体间的静电斥力和颗粒的表面表面的水化作用，构成聚

3、集稳定性。反映了水中胶体颗粒之间因其表面同性电荷相斥或则由于水化膜的阻碍作用不能相聚相互凝聚的特性。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下图.3.胶体稳定性的主要原因有三种（1）微粒的布朗运动；定义：在胶体溶液里，胶粒永不停息地进行无规则运动，这种运动叫布朗运动。布朗运动是使该胶体微粒保持悬浮状态，并不容易沉降，这是胶体稳定的原因之一。因此：颗粒越小，温度越高，布朗运动越剧烈。布朗运动并不是胶体特有的性质。布朗运动产生的原因①水分子在做永不停息的热运动；②胶体颗粒大，表面积大且不规则，在同一时刻不同方向

4、受力不同。布朗运动的特征：①无规则；②永不停息。注意：布朗运动不是分子的热运动，而是分子外在运动的体现。(2)胶体颗粒间的静电斥力；同类的胶体微粒带着同号的电荷，它们之间的静电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大颗粒.(3）颗粒表面的水化作用。带电荷的胶粒和反离子都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，阻碍各胶粒的聚合。胶体与其它分散系的本质区别是（）A.微粒直径介于1~100nm之间B.电泳现象(溶液中带电粒子（离子）在电场中移动的现象)C.布朗运动D.丁达尔现象(当一束光线透过胶体，从入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现的一条光亮的“通路”，这种现象叫

5、丁达尔现象)二、混凝机理1.双电层作用机理胶团双电层的构造决定了在胶粒表面处反离子的浓度最大，随着胶粒表面向外的距离越大则反离子浓度越低，最与溶液中离子浓度相等，见图(a)。当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高，则扩散层的厚度将从图上的oa减小至ob。当两个胶粒互相接近时，由于扩散层厚度减小，ξ电位降低，因此它们互相排斥的力就减小了，也就是溶液中离子浓度高的胶间斥力比离子浓度低的要小。胶粒间的吸力不受水相终组成的影响，但由于扩散层减薄，它们相撞时的距离就减小了，这样相互间的吸力就大了。由图(b)、(c)可见其排斥与吸引的合力由斥力为主变成以吸力为主(排斥

6、势能消失了)，胶粒得以迅速凝聚。这个机理能较好地解释港湾处的沉积现象，因淡水进入海水时，盐类增加，离子浓度增高，淡水挟带胶粒的稳定性降低，所以在港湾处粘土和其它胶体颗粒易沉积。根据这个机理，当溶液中外加电解质超过发生凝聚的临界凝聚浓度很多时，也不会有更多超额的反离子进入扩散层，不可能出现胶粒改变符号而使胶粒重新稳定的情况。这样的机理是藉单纯静电现象来说明电解质对胶粒脱稳的作用，但它没有考虑脱稳过程中其它性质的作用(如吸附)，因此不能解释复杂的其它一些脱稳现象，例如三价铝盐与铁盐作混凝剂投量过多，凝聚效果反而下降，甚至重新稳定；又如与胶粒带同电号的聚合物或高分子有

7、机物可能有好的凝聚效果：等电状态应有最好的凝聚效果，但往往在生产实践中ξ电位大于零时混凝效果却最好。   实际上在水溶液中投加混凝剂使胶粒脱稳现象涉及到胶粒与混凝剂，胶粒与水溶液，混凝剂与水溶液三个方面的相互作用，是一个综合的现象。2.吸附架桥作用机理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。高分子絮凝剂具有线性结构，它们具有能与胶粒表面某些部位起作用的化学基团，当高聚合物与胶粒接触时，基团能与胶粒表面产生特殊的反应而相互吸附，而高聚物分子的其余部分则伸展在溶液中可以与另一个表面有空位的胶粒吸附，这样聚合物就起了架桥连接的作

8、用。假如胶粒少，上述聚合