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时间：2018-05-02
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1、第二章水的物理化学处理方法第1节混凝的去除对象混凝可去除的颗粒大小是胶体及部分细小的悬浮物，是一种化学方法。范围在：1nm~0.1mm（有时认为在1mm）混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花。水处理中主要杂质：粘土（50nm-4mm）细菌（0.2mm-80mm）病毒（10nm-300nm）蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸1637年我国开始使用明矾净水1884年西方才开始使用混凝过程涉及到三个方面的问题：水中胶体的性质混凝剂在水中的水解与形态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1．动力学稳定性：布朗运动对抗
2、重力。2．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）两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。二、胶体的双电层结构动电位z电位：决定了胶体的聚集稳定性一般粘土z电位＝-15~-40mV细菌z电位＝-30~-70mV三、DLVO理论胶体的稳定性和凝聚可由两胶粒间的相互作用和距离来评价。由下列两方面的力决定：静电斥力：ER－1/d2范德华引力：EA－1/d6（有些认为是1/d258或1/d3）由此可画出两者的综合作用图。另一方面，胶体的布朗运动能量Eb＝1.5kTk：波兹曼常数，T：温度Eb3、离xoa，稳定（二次凝聚除外）以上称为DLVO理论。只适用于憎水性胶体。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）胶体的凝聚：降低静电斥力――z电位¯――势垒¯――脱稳――凝聚办法：加入电解质，但只适用于憎水性胶体第3节水的混凝机理与过程一、铝盐在水中的化学反应铝盐最有代表的是硫酸铝Al2(SO4)3×18H2O，溶于水后，立即离解铝离子，通常是以[Al(H2O)6]3+存在。在水中，会发生下列过程。14、．水解过程配位水分子发生水解：[Al(H2O)6]3+――[Al(OH)(H2O)5]2++H+…….其结果是：价数降低，pH降低，最终产生――Al(OH)3沉淀2．缩聚反应－OH－发生架桥，产生高价聚合离子（多核羟基络合物）……..其结果是：电荷升高，聚合度增大同时多核羟基络合物还会继续水解。因此，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、混凝机理水的混凝现象比较复杂。至今尚未有统一认识。凝聚（Coagulation）、絮凝（Flocculation5、）混凝：包括两者1．压缩双电层58根据DLVO理论，加入电解质对胶体进行脱稳。电解质加入――与反离子同电荷离子――压缩双电层――z电位¯――稳定性¯――凝聚z电位＝0，等电状态，实际上混凝不需要z电位＝0，只要使Emax=0即可，此时的z电位称为临界电位。示例：河川到海洋的出口处，由于海水中电解质的混凝作用，胶体脱稳凝聚，易形成三角洲。叔采－哈代法则可以适用，即：凝聚能力µ离子价数6但该理论不能解释：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。这些都与胶粒的吸附力有关，绝非只来源于静电力，还来源于范6、得华力、氢键及共价键力（多出现在有聚合离子或高分子物质存在时）。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z电位。这一点与第1条机理不同。在铝盐混凝剂的过程中，水解的多核羟基络合物主要起吸附电性中和作用。在水处理中由水合的Al3+产生的单纯的压缩双电层作用甚微。3．吸附架桥指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥高分子投量过少，不足以形成吸附架桥，但投加过多，会出现“胶体保护”现象。4．网捕或卷扫金属氢氧化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7、清池中发生的现象根据以上机理，可以解释在不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理。pH<3简单的水合铝离子起压缩双电层作用58pH=4－5多核羟基络合物起吸附电性中和pH=6.5-7.5多核羟基络合物起吸附电性中和；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）带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或吸附电中和――z电位¯――脱稳――凝聚，生长成约d=10m特点：剧烈搅拌，瞬间完成®®在混合设备中完成2．絮凝（flocculation）高聚合物的吸附架桥脱稳胶粒――生长成大矾花d=0.6-8、1.2mm特点：需要一定时间，搅拌从强®弱®®在絮凝中设备完成第4节混凝剂和助凝剂一、混凝剂种类有不少于200－300种。分类：无机铝系硫酸铝明矾聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（
3、离xoa，稳定（二次凝聚除外）以上称为DLVO理论。只适用于憎水性胶体。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）胶体的凝聚：降低静电斥力――z电位¯――势垒¯――脱稳――凝聚办法：加入电解质，但只适用于憎水性胶体第3节水的混凝机理与过程一、铝盐在水中的化学反应铝盐最有代表的是硫酸铝Al2(SO4)3×18H2O，溶于水后，立即离解铝离子，通常是以[Al(H2O)6]3+存在。在水中，会发生下列过程。1
4、．水解过程配位水分子发生水解：[Al(H2O)6]3+――[Al(OH)(H2O)5]2++H+…….其结果是：价数降低，pH降低，最终产生――Al(OH)3沉淀2．缩聚反应－OH－发生架桥，产生高价聚合离子（多核羟基络合物）……..其结果是：电荷升高，聚合度增大同时多核羟基络合物还会继续水解。因此，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、混凝机理水的混凝现象比较复杂。至今尚未有统一认识。凝聚（Coagulation）、絮凝（Flocculation
5、）混凝：包括两者1．压缩双电层58根据DLVO理论，加入电解质对胶体进行脱稳。电解质加入――与反离子同电荷离子――压缩双电层――z电位¯――稳定性¯――凝聚z电位＝0，等电状态，实际上混凝不需要z电位＝0，只要使Emax=0即可，此时的z电位称为临界电位。示例：河川到海洋的出口处，由于海水中电解质的混凝作用，胶体脱稳凝聚，易形成三角洲。叔采－哈代法则可以适用，即：凝聚能力µ离子价数6但该理论不能解释：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。这些都与胶粒的吸附力有关，绝非只来源于静电力，还来源于范
6、得华力、氢键及共价键力（多出现在有聚合离子或高分子物质存在时）。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z电位。这一点与第1条机理不同。在铝盐混凝剂的过程中，水解的多核羟基络合物主要起吸附电性中和作用。在水处理中由水合的Al3+产生的单纯的压缩双电层作用甚微。3．吸附架桥指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的架桥高分子投量过少，不足以形成吸附架桥，但投加过多，会出现“胶体保护”现象。4．网捕或卷扫金属氢氧化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
7、清池中发生的现象根据以上机理，可以解释在不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理。pH<3简单的水合铝离子起压缩双电层作用58pH=4－5多核羟基络合物起吸附电性中和pH=6.5-7.5多核羟基络合物起吸附电性中和；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）带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或吸附电中和――z电位¯――脱稳――凝聚，生长成约d=10m特点：剧烈搅拌，瞬间完成®®在混合设备中完成2．絮凝（flocculation）高聚合物的吸附架桥脱稳胶粒――生长成大矾花d=0.6-
8、1.2mm特点：需要一定时间，搅拌从强®弱®®在絮凝中设备完成第4节混凝剂和助凝剂一、混凝剂种类有不少于200－300种。分类：无机铝系硫酸铝明矾聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（
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