混凝搅拌实验.ppt

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1、第二章混凝搅拌实验(CoagulationandFlocculation)第1节混凝的去除对象第2节胶体的性质第3节水的混凝机理与过程第4节混凝剂与助凝剂第5节混凝动力学第6节混凝影响因素第7节混凝设备第8节混凝的应用第1节混凝的去除对象混凝去除对象：胶体及部分细小的悬浮物尺寸范围：1nm~0.1m（有时认为在1m）水处理中主要杂质：粘土（50nm-4m）细菌（0.2m-80m）病毒(10nm-300nm)蛋白质（1nm-50nm）腐殖酸混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花,以便在后续沉淀工艺中去除。以地面水

2、为水源的给水处理工艺：原水混凝沉淀过滤消毒饮用水混凝沉淀二级生物处理出水过滤废水深度处理：1637年我国开始使用明矾净水1884年西方才开始使用1.胶体性质2.混凝剂在水中溶解与形态混凝过程：3.胶体与混凝剂的相互作用第2节胶体的性质一、胶体的稳定性动力学稳定性：布朗运动对抗重力聚集稳定性：胶体带电相斥（憎水性胶体）水化膜的阻碍（亲水性胶体）1微米的颗粒沉淀10厘米需要20小时。憎水胶体：吸附层中离子直接与胶核接触，水分子不直接接触胶核的胶体。亲水胶体：胶体微粒直接吸附水分子。极性集团：－OH，－COOH，－NH2二、胶体双

3、电层结构动电位粘土=-15~-40mV细菌=-30~-70mV电位形成离子异号电荷吸附层扩散层三、DLVO理论静电斥力：ER－1/x2EAER布朗运动能量Eb＝1.5kToc二次凝聚xoa稳定E范德华引力：EA－1/x6（有些认为是1/x2或1/x3）苏联（1938年）：德加根（Derjaguin）兰道（Landon）荷兰（1941年）：伏维（Verwey）奥贝克（Overbeek）DLVO理论只适用于憎水性胶体胶体的凝聚：降低静电斥力电位势垒脱稳凝聚加入电解质只适用于憎水性

4、胶体第3节水的混凝机理与过程一、硫酸铝在水中的化学反应硫酸铝Al2(SO4)318H2O[Al(H2O)6]3+水解过程（配位水分子）：[Al(H2O)6]3+[Al(OH)(H2O)5]2++H+…价数，pH，最终产生Al(OH)3沉淀。6个配位水分子(八面体)硫酸铝：使用历史最久的混凝剂，作用机理具有代表性。H++OH-H2OH++HCO3-CO2+H2O水中碱度不足时，投加石灰。CaO+H2OCa(OH)2石灰投加量：[CaO]=3[a]-[x]+[][CaO]：纯石灰投加量,mmol/L[a]：混凝剂投量，mmol

5、/L；[x]：原水碱度,mmol/L[]：保证反应顺利进行的剩余碱度，一般取0.25-0.5mmol/L水解需要的碱度：缩聚反应：两个相邻－OH－发生架桥，产生高价聚合离子2[Al(OH)(H2O)5]2+[(H2O)4AlAl(H2O)4]4++2H2OOHOH…电荷升高，聚合度增大产物包括：未水解的水合铝离子单核羟基络合物多核羟基络合物氢氧化铝沉淀各种产物的比例多少与水解条件（水温、pH、铝盐投加量）有关。二、水的混凝机理在水与废水中体系复杂（大小、成份）胶体化学单一体系在水与废水中体系复杂（大小、成份）胶体化学单一体系凝聚（

6、Coagulation）：胶体脱稳、凝聚絮凝（Flocculation）：脱稳胶体变大混凝：包括两者1．压缩双电层理论根据DLVO理论电解质（混凝剂）加入与反离子同电荷离子压缩双电层电位稳定性凝聚很好地解释港湾处的沉积现象。叔采－哈代（Schulze-Hardy）法则:凝聚能力离子价数6理论上电位＝0，等电状态效果最好实际只需电位kEmax0该理论不能解释：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混凝效果好。临界电位2.吸附-电性中和作用机理范德华力、氢键及共价键力++异号聚合

7、离子高分子＋＋＋＋＋＋＋＋＋胶粒3．吸附架桥机理（链状高分子聚合物）“胶体保护”再稳现象4.网捕或卷扫机理金属氢氧化物沉淀物在形成过程中对胶粒的网捕。小胶粒与大矾花发生接触凝聚―――澄清池中发生的现象使小胶体变大（絮凝）在实际水处理过程中，往往是四种机理综合作用。目前仅限于定性描述，有关定量研究近年也已开始。铝盐可能的混凝机理pH<3简单水合铝离子压缩双电层pH=4－5多核羟基络合物吸附电中和pH=6.5-7.5多核羟基络合物吸附电中和氢氧化铝起吸附架桥、网捕天然水体一般pH=6.5-7.8三、混凝过程1.凝聚（coagulation

8、）带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或吸附电中和胶体电位――胶体脱稳――脱稳胶体凝聚――生长成d=10m的小矾花（Floc）特点：剧烈搅拌，使混凝剂快速分散在混合设备中完成2.絮凝（flocculation）