《凝聚与絮凝》PPT课件.ppt

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1、第2篇水的物理、化学及物理化学处理第5章凝聚和絮凝混凝：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。凝聚：水中胶体失去稳定并形成微小聚集体的过程。絮凝：脱稳胶体相互聚结成大的絮凝体的过程。应用：广泛用于给水处理，也可用于工业水处理及城市污水的三级处理和深度处理等。另外，还可用于水的除油、脱色。思考：在水处理中，为什么要进行混凝处理？作为水中的胶体杂质，其粒子尺寸大约在1um到1nm之间，直接进行沉淀分离处理几乎是不可能。因此从水处理的角度而言，认为胶体在水中是稳定的。胶体稳定性：指

2、胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。原水现状:胶体稳定而分散悬浮。处理目标：打破胶体颗粒稳定性，使胶体相互碰撞聚结成大颗粒。思考：为什么水中胶体具有稳定性？5.1胶体的稳定性5.1.1胶体的双电层结构胶体颗粒的最内层称为胶核，胶核表面因吸附电位形成离子而带电，表面带电的胶核再通过静电引力作用吸附溶液中的反离子到其周围，构成胶体的双电层结构。吸附层：胶核表面的电位形成离子和其吸附的束缚反离子合称为吸附层；扩散层：随着与胶核表面距离逐渐的增大，反离子浓度变小且有向溶液中扩散的趋势，故不随胶粒移动。这层反

3、离子称为自由反离子，构成扩散层。胶粒:胶核与吸附层合称胶粒。胶团:胶粒与扩散层合称胶团。胶体滑动面：在胶粒与扩散层之间形成的滑动界面。ψ电位：胶核表面与外层之间形成的电位差称为胶团的总电位。（ψ电位很难测得）ζ电位：胶粒移动时滑动面与外层的电位差称为移动电位。（可用ζ电位测定仪测得）结论：ζ电位越高，扩散层越厚，胶粒带电量越大，带同性电荷胶体的胶体之间静电斥力越大，胶体颗粒越具稳定性。5.1.2胶体之间的相互作用大量胶体颗粒共存时相互之间的作用规律可用DLVO理论进行描述。DLVO理论是由德加根（Derj

4、aguin）和兰道(Landan）与伏维（Verwey）、奥贝克（Overbeek）提出。DLVO理论指出当两胶体颗粒相互靠近且双电层发生重叠时，两者之间同时存在两个作用力：范德华引力和静电斥力。排斥势能（Er）：由两胶粒间静电斥力产生，随胶体颗粒表面间距增大而呈指数关系减小。吸引势能（Ea）：由范德华引力产生，与胶体颗粒表面间距成反比。总势能（E）：排斥势能Er和吸引势能Ea相加和。两个胶体颗粒处于不同距离时，总势能可能有以下几种情况：◆当oa＜x＜oc时，排斥势能占优势；◆当x＜oa，吸引势能占优势；

5、◆当x=ob时，在总势能曲线上出现最大排斥势能，称为排斥能峰。结论：1）当两个胶体颗粒由远靠近时，首先起作用是排斥势能，如果能够克服排斥能峰进一步靠近到某一距离时吸引势能才开始起作用。由于胶体颗粒的布朗运动能量远小于排斥能峰，故两胶体颗粒不能相互靠近发生凝聚，终保持稳定。2)要使两胶体颗粒相互靠近并凝聚下沉，应降低ζ电位，减少静电斥力，降低排斥能峰。胶体的动力稳定性胶体稳定性的原因胶体的带电稳定性胶体的溶剂化作用稳定性◆胶体的动力稳定性：是由布朗运动引起的。胶体颗粒尺寸很小，无规则的布朗运动强，对抗重力影

6、响的能力强而不下沉，胶体颗粒均匀分散在水中而稳定。◆胶体的带电稳定性：是由静电斥力引起的。静电斥力对抗范德华引力，使胶体颗粒保持分散状态而稳定。◆胶体的溶剂化作用稳定性：亲水性胶体颗粒与水分子的发生作用，使胶体颗粒周围包裹一层较厚的水化膜，阻碍两胶体颗粒相互靠近，使胶体颗粒保持分散状态而稳定。结论：对于憎水胶体而言，动力稳定性和带电稳定性起主要作用。对于亲水胶体而言，水化作用稳定性占主导地位，带电稳定性则处于次要地位。5.1.3胶体的稳定性5.2混凝机理5.2.1胶体的凝聚机理◆压缩双电层作用机理◆吸附-

7、电中和作用机理◆吸附-架桥作用机理◆网捕-卷扫作用机理1.压缩双电层作用机理加入电解质后，溶液中的高价态反离子浓度增高，通过静电引力置换出胶体原来吸附的低价反离子，扩散层厚度缩小，产生压缩双电层作用，使ζ电位降低，从而胶体颗粒失去稳定性，产生凝聚作用。该机理认为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与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。2.吸附-电中和作用机理吸附-电中和作用是指胶粒表面吸附异号离子、异号胶粒或链状带异号电荷的高分子，从而中和了胶

8、体所带的部分电荷，减少了静电斥力，使之容易与其它颗粒接近而互相吸附。◆吸附作用驱动力包括:静电引力、氢键、配位键、范德华引力等。◆当药剂投加量过多时，ζ电位可反号，胶体发生再稳现象。◆根据DLVO理论，只要ζ电位降至ζk，使排斥能峰Emax=0胶体即可发生凝聚，此时的ζ电位称为临界电位（ζk）。3.吸附-架桥作用机理吸附架桥作用是指高分子物质与胶粒的吸附与桥连。高分子链的一端吸附了某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，形成“胶粒-