排水工程课件 15 混凝.ppt

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1、第15章混凝常规的净水处理工艺：混凝沉淀过滤消毒药剂原水15．1混凝机理基本概念混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。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。混凝过程涉及三问题水中胶体的性质混凝剂在水中的水解胶体与混凝剂的相互作用15.1.1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。（相对性，并非真正稳定）胶体稳定性分“动力学稳定性”和“聚集稳定”两种。指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力，（大颗粒泥砂与胶体颗粒）无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强。指胶体颗粒之间不能聚集

2、的特性。（比表面积大，表面能大，相互聚集的倾向）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定两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。动力学稳定性：粒子愈小，动力学稳定性愈高。因此可以使胶粒失去聚集稳定性，小颗粒便可以相互聚集成大的颗粒，从而动力学稳定性破坏！聚集稳定性？对于憎水性胶体而言，聚集稳定性主要决定于胶体颗粒表面的动电位ζ电位。ζ电位愈高，同性电荷斥力愈大。下图表示粘土胶体结构及双电层示意图。电位离子反离子扩散层胶团边界滑动面胶粒吸附层胶核ξ电位Ψ电位胶体的双电层结构滑动面上的电位：称为电

3、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。DLVO理论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）。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：随颗粒间距x的增大而按指数关系减小；吸引势能：与x成反比。由此可画出胶体颗粒的相互作用势能与距离之间的关系，见下图。当胶体距离xoc时，吸引势能占优势；当oa

4、，排斥势能占优势；当x=ob时，排斥势能最大，称为排斥能峰。只有x8以

5、负离子的形式存在。15.1.3混凝机理水处理混凝现象比较复杂。不同种类混凝剂以及不同的水质条件，混凝剂作用机理都有所不同。混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有3中：电性中和、吸附架桥和网捕卷扫作用。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，见图4。（1）压缩双电层电解质加入，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。图4电中和作用机理（2）吸附－电性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，

6、电位可反号。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，该机理认为ξ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与胶粒带同样电荷的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。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5。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6；吸附架桥图5架桥模型示意图6胶体保护示意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

7、量少时，所需混凝剂多，反之亦然。硫酸铝的混凝机理为例判断混凝机理不同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；天然水中的pH一般在6.5~7.8之间，铝盐投加量超过一定限度时，会产生“胶体保护”，重新稳定；当铝盐投加量再次增大、超过氢氧化铝溶解度而产生大量氢氧化铝沉淀，则起网捕和卷扫作用。实际有时几种同时作用！只是程度不同，与铝盐投加量和水中胶粒含量有关。15.2混

8、凝剂和助凝剂混凝剂应符合