第三章 物理化学处理(3)

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1、第四节化学混凝过程混凝：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coagulation：胶体失去稳定性的过程称为凝聚。絮凝flocculation：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。一、混凝机理（一）水中胶体的稳定性胶体稳定性：是指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”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）；②水化膜的阻碍（亲水性胶体）在动力学稳定性和聚集稳

2、定两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。4-11.胶体颗粒的双电层结构胶核（胶体分子聚合而成的胶体微粒），表面吸附了某种离子（电位形成离子）而带电，由于静电引力，势必吸引溶液中异号离子到微粒周围（反离子），这些反离子同时受到静电引力和热运动扩散力。吸附层Sternlayer（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Diffuselayer（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。结构式：反离子层胶核＋吸附层＋扩散层胶粒胶团滑动面上的电位，称为电位，决定了憎水胶体的聚集稳定性。也决定亲水胶

3、体的水化膜的阻碍，当ξ电位降低，水化膜减薄及至消失。ψ电位：胶核表面上与外层溶液内部之间形成的总电位差。ξ电位：胶体滑动面上的电位，称作动电位。带负（正）电荷的胶核表面与扩散于溶液中的正（负）电荷离子正好电性中和，构成双电层结构（Theelectricaldoublelayer）。ξ越大，扩散层越厚，胶体颗粒斥力大，稳定性强。2.胶体之间的相互作用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。图中可看画出胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的关系。当胶体距离xoc时，吸引势能占优势；当oa

4、排斥势能最大，称为排斥能峰Emax。＝0时称等电状态．此时排斥势能消失4-2胶体的布朗运动能量大于排斥能峰时，胶体颗粒能发生凝聚。以上理论称为DLVO理论。只适用于憎水性胶体，由德加根（Derjaguin）兰道（Landon）(苏联，1938年独立提出〕，伏维（Verwey）、奥贝克（Overbeek）（荷兰，1941年独立提出）。（二）混凝机理1．电性中和作用机理（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ξ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，即：凝聚能力离子价数6。该机理认为电位最多

5、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与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。（2）吸附－电性中和Adsorption-chargeneutralization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。2．吸附架桥Polymerbridgeformation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。高分子絮凝剂投加后，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投加过多，会出现“胶体

6、保护”现象，见下图。3．网捕或卷扫金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕与卷扫。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。4-34-44、硫酸铝的混凝机理不同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。pH＜3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；如果分子量不同的两种高分子物质同时投入水中，分子量大者优先被胶粒吸附；如果先让分子量较低者吸附然后再投入分子量高的物质，会发现分子量高者将慢

7、慢置换分于量低的物质。在给水处理中，因天然水的pH值通常总是大于3，故压缩双电层作用甚微。5、影响水混凝的主要因素影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括：①原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质和浓度等；②投加的凝聚剂种类与数量；③使用的絮凝设备及其相关水力参数。（1）水温影响水温低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细小、松散，凝聚效果较差。其原因有：①无机盐水解吸热；②温度降低，粘度升高――布朗运动减弱；③水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚；④水温与水的pH值有关。（2）水的pH和碱度影响水的pH值对混凝效果的影响程度，与混凝剂种类