水污染控制混凝1.课件.ppt
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- 水污染 控制 课件
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1、水污染控制工程课件重庆工商大学环境与生物工程学院重庆工商大学环境与生物工程学院主讲:龙良俊主讲:龙良俊一、混凝的作用一、混凝的作用 废水中的大颗粒可以通过重力沉淀法去除,废水中的大颗粒可以通过重力沉淀法去除,但微小粒径的悬浮物和胶体能在水中长期保持分但微小粒径的悬浮物和胶体能在水中长期保持分散悬浮状态,即使静置数十个小时也不会自然沉散悬浮状态,即使静置数十个小时也不会自然沉降。降。 混凝所处理的混凝所处理的对象对象,主要是水和废水中的,主要是水和废水中的微微小悬浮物和胶体杂质小悬浮物和胶体杂质。二、凝聚、絮凝和混凝二、凝聚、絮凝和混凝 凝聚凝聚(coagulation)(coagulation
2、):投加混凝剂后水中的胶体失去投加混凝剂后水中的胶体失去稳定性,胶体颗粒互相凝聚,结果形成众多的稳定性,胶体颗粒互相凝聚,结果形成众多的“小矾花小矾花”。 絮凝絮凝(flocculation)(flocculation): 凝聚过程中形成的凝聚过程中形成的“小矾花小矾花”通过吸附、卷带、架桥等作用,形成颗粒较大絮凝体的过通过吸附、卷带、架桥等作用,形成颗粒较大絮凝体的过程。程。 混凝:混凝:是凝聚、絮凝两各过程的总称。是水中胶体粒是凝聚、絮凝两各过程的总称。是水中胶体粒子及微小悬浮物的聚集过程。子及微小悬浮物的聚集过程。三、天然水中的胶体杂质三、天然水中的胶体杂质 通常是通常是负电荷胶体负电荷
3、胶体,如粘土、细菌、病毒、藻类、,如粘土、细菌、病毒、藻类、腐殖质等。腐殖质等。四、混凝的应用四、混凝的应用 给水处理:给水处理: 混凝混凝+ +沉淀,微絮凝沉淀,微絮凝+ +过滤过滤 废水处理:废水处理:五、混凝的特点五、混凝的特点 优点:设备简单,操作方便;优点:设备简单,操作方便; 便于间歇运行,效果好。便于间歇运行,效果好。 缺点:运行费用高;缺点:运行费用高; 沉渣量大,处置困难;沉渣量大,处置困难; 在电场力作用下,胶体微粒向一个电极方向移动的现象。二、胶体的结构二、胶体的结构 胶核胶核 胶粒胶粒 胶团胶团 吸附层吸附层 扩散层扩散层三、双电层理论三、双电层理论 中心称为中心称为胶
4、核胶核,其表面,其表面选择性地吸附了一层带有选择性地吸附了一层带有同号电荷的离子(可以是同号电荷的离子(可以是胶核的组成物直接电离产胶核的组成物直接电离产生的,也可以是从水中选生的,也可以是从水中选择吸附的择吸附的H H+ +或或OHOH- -造成的),造成的),成为胶体的成为胶体的电位离子电位离子。 由于电位离子的静电引由于电位离子的静电引力,在其周围又吸附了大力,在其周围又吸附了大量的异号离子,形成了所量的异号离子,形成了所谓的谓的“双电层双电层”。胶核 这些异号离子,其中紧靠电这些异号离子,其中紧靠电位离子的部分被牢固的吸引着,位离子的部分被牢固的吸引着,当胶核运动时,它也随着一起当胶核
5、运动时,它也随着一起运动,形成固定的离子层,称运动,形成固定的离子层,称为为吸附层吸附层。而其它的异号离子,。而其它的异号离子,距离电位离子较远,受到的引距离电位离子较远,受到的引力较弱,不随胶核一起运动,力较弱,不随胶核一起运动,并有向水中扩散的趋势,形成并有向水中扩散的趋势,形成了了扩散层扩散层。 吸附层与扩散层之间的交界吸附层与扩散层之间的交界面称为面称为滑动面。滑动面。胶核 滑动面以内的部分称为滑动面以内的部分称为胶粒胶粒,胶粒与扩散层之间有一个电位差,称,胶粒与扩散层之间有一个电位差,称为胶体的为胶体的电动电位(电动电位(电位)电位)。而胶核表面的电位离子与溶液之间的。而胶核表面的电
6、位离子与溶液之间的电位差称为电位差称为总电位(总电位(电位电位,电位离子和反离子形成的总电位。),电位离子和反离子形成的总电位。) 胶体在水中受到几个方面的影响:胶体在水中受到几个方面的影响: (1 1)由于胶粒的带电现象,带相同电荷的胶体产生)由于胶粒的带电现象,带相同电荷的胶体产生静静电斥力电斥力,而且,而且电位越高,胶体间的静电斥力越大。电位越高,胶体间的静电斥力越大。 (2 2)受水分子热运动的撞击,使胶体在水中做不规则)受水分子热运动的撞击,使胶体在水中做不规则的的布朗运动布朗运动。 (3 3)胶粒之间还存在着)胶粒之间还存在着相互引力相互引力范德华引力范德华引力。范。范德华引力的大
7、小与胶粒间距离的平方成反比,当间距较德华引力的大小与胶粒间距离的平方成反比,当间距较大时,可忽略不计。大时,可忽略不计。 一般水中的胶粒,一般水中的胶粒,电位较高。其互相间斥力不仅电位较高。其互相间斥力不仅与电位有关,还与胶粒的间距有关,距离愈近,斥力愈与电位有关,还与胶粒的间距有关,距离愈近,斥力愈大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推近到使范德大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推近到使范德华引力发挥作用的距离。因此,华引力发挥作用的距离。因此,胶体微粒不能相互聚结胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。而长期保持稳定的分散状态。 使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。使胶体
8、微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。由于胶粒带电,将极性水分于吸引到它的周围形成一层由于胶粒带电,将极性水分于吸引到它的周围形成一层水化膜。水化膜。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。但是,水但是,水化膜是伴随胶粒带电而产生的,如果胶粒的(电位消除化膜是伴随胶粒带电而产生的,如果胶粒的(电位消除或减弱,水化膜也就随之消失或减弱。或减弱,水化膜也就随之消失或减弱。三、双电层理论三、双电层理论 受胶核电位离子的受胶核电位离子的静电引力静电引力和反离子热运动的和反离子热运动的扩散作用扩散作用、溶、溶液对反离子的液对反离子的水化作用水化作用,反离子反离子的浓度的浓度随随
9、与胶粒表面距离与胶粒表面距离增加而增加而逐渐减少,分布符合逐渐减少,分布符合BoltzmannBoltzmann分分布。布。四、胶体的稳定性四、胶体的稳定性 胶体的稳定性,指胶体粒子在水中长期保持分散悬胶体的稳定性,指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。浮状态的特性。 稳定因素稳定因素 静电斥力静电斥力 布朗运动布朗运动 水化作用水化作用 不稳定因素不稳定因素 范德华引力范德华引力 布朗运动布朗运动 重力作用重力作用 根据胶体的特性,在水处理中,采取措施破坏胶体根据胶体的特性,在水处理中,采取措施破坏胶体的稳定性。采用的方法:的稳定性。采用的方法: 投加电解质投加电解质 投加电荷不同或水
10、化作用不同的胶体或产生此类投加电荷不同或水化作用不同的胶体或产生此类胶体的电解质胶体的电解质 投加高分子物质投加高分子物质 接触凝聚接触凝聚 上述投加的物质统称上述投加的物质统称混凝剂混凝剂 化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多,如水中杂质的成分和浓度、水温、水的因素很多,如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pHpH值、值、碱度,以及混凝剂的性质和混凝条件等。碱度,以及混凝剂的性质和混凝条件等。 (一)双电层压缩机理(一)双电层压缩机理 (二)吸附电中和机理(二)吸附电中和机理 (三)吸附架桥机理(三)吸附架桥机理 (四)沉淀物网捕机理
11、(四)沉淀物网捕机理 溶液中离子浓度低溶液中离子浓度高反离子浓度 由于扩散层厚度的减小,由于扩散层厚度的减小,电位相应降低,胶粒间电位相应降低,胶粒间的相互排斥力也减少。的相互排斥力也减少。 由于扩散层减薄,颗粒相撞时的距离减少,相互间由于扩散层减薄,颗粒相撞时的距离减少,相互间的吸引力变大。的吸引力变大。颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力为主,颗粒就能主变为以引力为主,颗粒就能相互凝聚相互凝聚。( 1 ) 水 中 离 子 浓 度 高最 大 排 斥 势 能a吸引排斥颗 粒 间 距合 力 f a - f b吸引( 2 ) 水 中 离 子 浓 度 低排
12、斥颗 粒 间 距DLVO理论理论 根据根据DLVODLVO理论,理论,要使胶粒通过布朗运动相互要使胶粒通过布朗运动相互碰撞聚集,需要降低其排斥势能,碰撞聚集,需要降低其排斥势能,即降低或消除即降低或消除胶粒的胶粒的电位,电位,在水中投加电解质即可达到此目在水中投加电解质即可达到此目的。的。 对于水中的负电荷胶体,投入的电解质对于水中的负电荷胶体,投入的电解质混凝剂应是正电荷或聚合离子,如混凝剂应是正电荷或聚合离子,如NaNa+ +、CaCa2+2+、AlAl3+3+等,其等,其作用作用是压缩胶体双电层是压缩胶体双电层为保持胶为保持胶体体电性中和电性中和所要求的扩散层厚度。所要求的扩散层厚度。
13、根据根据SchulzeHardySchulzeHardy法则:法则: 浓度相同的电解质破坏胶体稳定性的浓度相同的电解质破坏胶体稳定性的效力效力随随离子价离子价数数的增加而加大。的增加而加大。 (高价电解质压缩胶体双电层的效果远比低价电解质(高价电解质压缩胶体双电层的效果远比低价电解质有效。)有效。) 重新稳定现象重新稳定现象: : 当混凝剂投量过多时,凝聚效果下当混凝剂投量过多时,凝聚效果下降的现象。降的现象。原因:原因:胶体吸附电解质,表面电荷重新分布。胶体吸附电解质,表面电荷重新分布。 25001500:5020:1:32MMM 水化作用水化作用是亲水性胶体聚集稳定性的主要原因。是亲水性胶
14、体聚集稳定性的主要原因。 亲水性胶体虽然也存在双电层结构,但亲水性胶体虽然也存在双电层结构,但电位对胶体电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的影响。稳定性的影响远小于水化膜的影响。 二、吸附电中和机理二、吸附电中和机理 异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚;异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚; 大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子,大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子,电位降低,吸电位降低,吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。 在水处理中,一般均投加高价电解质或聚合离子。在水处理中,一般均投加高价电解质或聚合离子。 再稳现象:再稳现象:过多投加多核络合离子,胶核的强烈吸附过多投加
15、多核络合离子,胶核的强烈吸附作用,使胶体重新带电(电荷异号),而出现的再稳现象。作用,使胶体重新带电(电荷异号),而出现的再稳现象。 三、吸附架桥机理三、吸附架桥机理 吸附架桥作用是指链状高分子聚合物在吸附架桥作用是指链状高分子聚合物在静电引力、静电引力、范德华力和氢键力等作用下范德华力和氢键力等作用下,通过活性部位与胶粒和细,通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的现象。微悬浮物等发生吸附桥连的现象。 再稳现象 三、吸附架桥机理三、吸附架桥机理 胶体再稳现象:胶体再稳现象: (1 1)高分子聚合物浓度较高时,对胶粒的包裹,产)高分子聚合物浓度较高时,对胶粒的包裹,产生生“胶体保护胶体保
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