第四章混凝澄清法精选文档.ppt

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1、第四章混凝澄清法本讲稿第一页，共十七页4-1 概述一、胶体颗粒的基本性质一、胶体颗粒的基本性质 水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于d4m），大部分细菌），大部分细菌（0.280nm），病毒（），病毒（10300nm），蛋白质。），蛋白质。稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质。稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质。憎水性胶体，亲水性胶体或介于两者之间。憎水性胶体，亲水性胶体或介于两者之间。对憎水性胶体，其稳定性可用双电层结构来说明。对憎水性胶体，其稳定性可用双电层结构来说明。对于亲水性胶体，其稳定性主要由于它所吸附的大量水分子所构成的水壳对于亲水性胶体，其稳

2、定性主要由于它所吸附的大量水分子所构成的水壳来说明。来说明。本讲稿第二页，共十七页4-1 概述概述二、（憎水性）胶体的双电层结构及其稳定性二、（憎水性）胶体的双电层结构及其稳定性1颗粒表面电荷的产生颗粒表面电荷的产生 水中胶体表面都带有电荷，在一般水质中，粘土、细菌、病毒等都水中胶体表面都带有电荷，在一般水质中，粘土、细菌、病毒等都是带负电的胶体。而氢氧化铝或氢氧化铁等微晶体都是带正电的胶是带负电的胶体。而氢氧化铝或氢氧化铁等微晶体都是带正电的胶体，其表面电荷的产生有如下四个机理：体，其表面电荷的产生有如下四个机理：极难溶的离子型晶体与它溶解下来的离子产物之间有一平衡关系，（这极难溶的离子型晶

3、体与它溶解下来的离子产物之间有一平衡关系，（这一平衡关系由溶度积来确定），这使得晶体表面有了一定符号的电荷。铁、一平衡关系由溶度积来确定），这使得晶体表面有了一定符号的电荷。铁、铝、氢、氧化物颗粒表面电荷可以是依此机理产生的。由于金属氧化物或氢铝、氢、氧化物颗粒表面电荷可以是依此机理产生的。由于金属氧化物或氢氧化物的溶解沉淀反应与溶液氧化物的溶解沉淀反应与溶液pH值有关，因此，这类颗粒的表面电荷和电值有关，因此，这类颗粒的表面电荷和电势受势受pH控制；控制；固相表面对水中某种离子的特异吸附；固相表面对水中某种离子的特异吸附；本讲稿第三页，共十七页4-1 概述概述以上四个机理不是截然可分的，不同

4、情况下由其中一个或几个机理起以上四个机理不是截然可分的，不同情况下由其中一个或几个机理起作用。作用。颗粒表面离子化颗粒表面离子化 能团的离解，特别是高分子有机物因其极性能团的离解，特别是高分子有机物因其极性 能团的酸碱离解而使表面带上电荷；（受能团的酸碱离解而使表面带上电荷；（受pH控制）（如蛋白质：控制）（如蛋白质：COOH R NH2）某些离子型晶体（结晶物质）的某些离子型晶体（结晶物质）的Schottky缺陷在晶体表面产生缺陷在晶体表面产生过量的阳或阴离子，而在其表面呈带正电或负电。（粘土及其它铝过量的阳或阴离子，而在其表面呈带正电或负电。（粘土及其它铝硅酸盐矿物晶体的表面电荷成因）硅酸

5、盐矿物晶体的表面电荷成因）本讲稿第四页，共十七页4-1 概述概述2胶体的双电层结构胶体的双电层结构 胶核荷电示意图胶核荷电示意图本讲稿第五页，共十七页电位离子反离子扩散层扩散层胶团边界胶团边界滑动面滑动面胶粒胶粒吸附层吸附层胶核胶核电位电位电位电位P46,4-1式入手分析影响式入手分析影响zeta电位的因素。电位的因素。本讲稿第六页，共十七页4-1 概述0 0斥力斥力引力引力中心距中心距d d势能峰势能峰胶体的动能：胶体的动能：1.5kT,布朗运动布朗运动势能峰：数百至数千势能峰：数百至数千kT本讲稿第七页，共十七页0斥力斥力引力引力d d三、胶体的脱稳及凝聚三、胶体的脱稳及凝聚压缩双电层、电

6、性中和、吸附桥联、沉淀网捕。压缩双电层、电性中和、吸附桥联、沉淀网捕。本讲稿第八页，共十七页0斥力斥力引力引力d d本讲稿第九页，共十七页0斥力斥力引力引力d d本讲稿第十页，共十七页4-2 胶体的脱稳及凝聚胶体的脱稳及凝聚一、水处理中混凝过程的特点一、水处理中混凝过程的特点1水处理中要求颗粒尽快长大到一定的粒度，以便在沉淀设备中能除掉。水处理中要求颗粒尽快长大到一定的粒度，以便在沉淀设备中能除掉。因此，对粒度和沉淀时间有严格要求。因此，对粒度和沉淀时间有严格要求。2水处理中絮凝的颗粒是一个很复杂的体系水处理中絮凝的颗粒是一个很复杂的体系 水中原有颗粒，包括粘土、细菌、病毒、腐植酸及蛋白质等（

7、原生颗粒）水中原有颗粒，包括粘土、细菌、病毒、腐植酸及蛋白质等（原生颗粒）。水中投加传统无机混凝剂所产生的颗粒（次生颗粒）。水中投加传统无机混凝剂所产生的颗粒（次生颗粒）。有机高分子絮凝剂。有机高分子絮凝剂。3基于水处理中絮凝的颗粒是一个很复杂的体系的特点，在水处基于水处理中絮凝的颗粒是一个很复杂的体系的特点，在水处理中往往由于有机和无机混凝剂的使用，使得水处理中的混凝机理理中往往由于有机和无机混凝剂的使用，使得水处理中的混凝机理更为复杂。更为复杂。本讲稿第十一页，共十七页4-2 胶体的脱稳及凝聚胶体的脱稳及凝聚二、常用混凝剂二、常用混凝剂以铝盐为例，说明其作用机理。以铝盐为例，说明其作用机理

8、。当当Al2(SO4)3配制为配制为1020%溶液使用时，溶液使用时，pH4，发生下，发生下列离解反应：列离解反应：当其投加到水中后，发生如下水解反应，水的当其投加到水中后，发生如下水解反应，水的pH也随之改变：也随之改变：式中式中n=16，特别当，特别当n=3时，水中产生中性的结晶胶体，对应时，水中产生中性的结晶胶体，对应pH为为58。本讲稿第十二页，共十七页4-2 胶体的脱稳及凝聚胶体的脱稳及凝聚 同时，还在水解过程中产生许多聚合离子，这是由于同时，还在水解过程中产生许多聚合离子，这是由于羟基架桥作用而产生。其最简单的形式是：羟基架桥作用而产生。其最简单的形式是：OH OH 在水解过程中会

9、形成无数的其它聚合离子，某些经研究认为存在在水解过程中会形成无数的其它聚合离子，某些经研究认为存在可能性极大而受到重视，可能性极大而受到重视，等。等。本讲稿第十三页，共十七页4-2 胶体的脱稳及凝聚胶体的脱稳及凝聚水处理中铝盐适用的水处理中铝盐适用的pH范围为范围为68.5，以以Al2(SO4)314H2O计的投量为：计的投量为：混凝混凝+过滤过滤10100mg/L，直接过滤直接过滤0.55mg/L。铁盐与铝盐有相似的水解过程。适用铁盐与铝盐有相似的水解过程。适用pH范围范围68.5，以以FeCl3计投量为：计投量为：混凝混凝+过滤过滤770mg/L，直接过滤直接过滤0.55mg/L。本讲稿第

10、十四页，共十七页4-2 胶体的脱稳及凝聚胶体的脱稳及凝聚三、加药混合与絮凝池的设计三、加药混合与絮凝池的设计 混凝单元操作中的加药混合是通过迅速搅拌达到混凝剂与颗混凝单元操作中的加药混合是通过迅速搅拌达到混凝剂与颗粒物质的充分接触，其平均速度梯度值与混凝剂的凝聚机理粒物质的充分接触，其平均速度梯度值与混凝剂的凝聚机理有密切相关。有密切相关。o对于沉淀网捕过程而言，快速混合并不十分重要。对于沉淀网捕过程而言，快速混合并不十分重要。o对于压缩双电层和吸附电中和，混凝剂应在对于压缩双电层和吸附电中和，混凝剂应在0.1s左右达到充分混左右达到充分混合，在此，合，在此，值的确定就十分重要值的确定就十分重

11、要。混合混合：反应反应：t=1030s t=1530min 本讲稿第十五页，共十七页4-2 胶体的脱稳及凝聚胶体的脱稳及凝聚o可用可用 t间接表示在时间间接表示在时间t内颗粒碰撞的总次数，值在内颗粒碰撞的总次数，值在104105之间则可认为符合混合、反应的要求。以上参之间则可认为符合混合、反应的要求。以上参数是借鉴给水处理之值。数是借鉴给水处理之值。o实际废水处理时，若有必要，还应进行试验进一步确定混合、实际废水处理时，若有必要，还应进行试验进一步确定混合、反应所需之反应所需之 t。o常用混凝剂：常用混凝剂：凝聚剂：凝聚剂：PAC、PFS、AS、FC等等絮凝剂：絮凝剂：PAM、SiO2水解物、天然高分子物等水解物、天然高分子物等本讲稿第十六页，共十七页4-3 澄清池澄清池水处理中，常规的混凝处理工艺过程为（混合、反应、分离）：水处理中，常规的混凝处理工艺过程为（混合、反应、分离）：o 混凝混凝+沉淀沉淀o 混凝混凝+沉淀沉淀+过滤过滤o澄清池是在该池中同时完成混合反应、絮体沉降过程。澄清池是在该池中同时完成混合反应、絮体沉降过程。包括：混合室、反应室、导流室、分离室四个功能区。包括：混合室、反应室、导流室、分离室四个功能区。本讲稿第十七页，共十七页