压缩双电层课件.ppt

1、v3.1 胶体的稳定性 v3.2 混凝原理 v3.3 混凝剂 v3.4 混凝动力学 v3.5 混凝剂的配制与投加v3.6 混凝设施 v3.7 混凝试验l 混凝混凝- -沉淀去除对象沉淀去除对象 水和废水中常常不能用自然沉降法除去的悬水和废水中常常不能用自然沉降法除去的悬浮微粒和胶体污染物。浮微粒和胶体污染物。 说明： 胶体：尺寸范围在0.0011um之间的颗粒是水中各种细菌、病毒、污染物的载体。它和悬浮颗粒是水浑浊的主要因素。概概 述述l 混凝混凝-沉淀去除办法沉淀去除办法 1 首先投加化学药剂来破坏胶体和悬浮微粒首先投加化学药剂来破坏胶体和悬浮微粒 在水中形成的稳定分散系，使其聚集为具在水中

2、形成的稳定分散系，使其聚集为具 有明显沉降性能的絮凝体；有明显沉降性能的絮凝体； 2 再用重力沉降法予以分离。再用重力沉降法予以分离。 l基本概念基本概念混凝（混凝（coagulation） ：是指通过某种方法（如投加化学药是指通过某种方法（如投加化学药剂）使水中胶体粒子以及微小悬浮物聚集的过程。混凝是凝剂）使水中胶体粒子以及微小悬浮物聚集的过程。混凝是凝聚（混合）和絮凝的总称。聚（混合）和絮凝的总称。凝聚（凝聚（aggregation）（混合）（混合）指使胶体脱稳并生成微小指使胶体脱稳并生成微小聚集体的过程。聚集体的过程。絮凝（絮凝（flocculation） ：指脱稳的胶体或微小悬浮物聚结

3、成指脱稳的胶体或微小悬浮物聚结成大的絮凝体的过程大的絮凝体的过程 混凝过程涉及：混凝过程涉及：水中胶体的性质；水中胶体的性质；混凝剂在水中的水解产物；混凝剂在水中的水解产物；胶体与混凝剂水解产物之间的相互作用。胶体与混凝剂水解产物之间的相互作用。v混凝剂 coagulant 为使胶体失去稳定性和脱稳胶体相互聚集所投加的药剂。v助凝剂 coagulant aid 为改善絮凝效果所投加的辅助药剂。v混合 mixing 使投入的药剂迅速均匀地扩散于被处理水中以创造良好反应条件的过程。v机械混合 mechanical mixing 水体通过机械提供能量，改变水体流态，以达到混合目的过程。v水力混合 h

4、ydraulic mixing 消耗水体自身能量，通过流态变化以达到混合目的的过程。v絮凝 flocculation 完成凝聚的胶体在一定的外力扰动下相互碰撞、聚集，以形成较大絮状颗粒的过程。v隔板絮凝池 spacer flocculating tank 水流以一定流速在隔板之间通过而完成絮凝过程的构筑物。v机械絮凝池 mechanical flocculating tank 通过机械带动叶片而使液体搅动以完成絮凝过程的构筑物。v折板絮凝池 folded-plate flocculating tank 水流以一定流速在折板之间通过而完成絮凝过程的构筑物。v栅条（网格）絮凝池 grid floc

5、culating tank 在沿流程一定距离的过水断面中设置栅条或网格，通过栅条或网格的能量消耗完成絮凝过程的构筑物。v混合 mixing 使投入的药剂迅速均匀地扩撒于处理水中以创造良好的凝聚反应条件。v凝聚 coagulation 为了消除胶体颗粒间的排斥或破坏其亲水性，使颗粒易于直互接触而吸附的过程。v 絮凝 flocculation (1) 完成凝聚的胶体在一定的外力扰动下相互碰撞、聚集，以形成较大絮状颗粒的过程。曾用名”反应”。 (2) 高分子絮凝剂在悬浮固体和胶体杂质之间吸咐架桥的过程。 v3.1.1 3.1.1 胶体的双电层结构胶体的双电层结构v3.1.2 3.1.2 胶体之间的相

6、互作用胶体之间的相互作用DLVODLVO理论理论v3.1.3 3.1.3 胶体的稳定性胶体的稳定性v水中胶体表面都带有电荷，在一般水质中，粘土、细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体，其表面电荷的产生有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：如下四个机理： 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； 极难溶的离子型晶体与它溶解下来的离子产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，（这一平衡关系由溶度积来物之

7、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、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的。由于金属氧化物或氢氧化物的溶解沉淀反应与溶液溶液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； 颗粒表面离子化能团的离解，特别是高分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酸碱离解而使表面带上子有机物因其极性能团的酸碱离解而使表面带上电荷；（受电荷；（受pH控

8、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）缺陷在晶体某些离子型晶体（结晶物质）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。（粘土及其它铝硅酸盐矿物晶体的表电或负电。（粘土及其它铝硅酸盐矿物晶体的表面电荷成因）面电荷成因） 以上四个机理不是截然可分的，不同情况下由其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。中一个或几个机理起作用。胶核电位形成离子，束缚反离子， 自由反离子吸附层扩散层胶粒胶团双电层内层双电层外层双电层结构：电位离子层（内层）与反离子层（外层）构成了双电层结

9、构：电位离子层（内层）与反离子层（外层）构成了胶体粒子的双电层结构。胶体粒子的双电层结构。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 胶核：胶核：胶体微粒的核心。胶体颗粒的最内层胶体微粒的核心。胶体颗粒的最内层 双电层内层双电层内层 电位离子层：电位离子层：在胶核表面在胶核表面, ,吸附了一层同号电荷的离子吸附了一层同号电荷的离子而形成的离子层。而形成的离子层。 电位离子层所带电荷称为胶体粒子的表面电荷，其电性电位离子层所带电荷称为胶体粒子的表面电荷，其电性和电荷量决定了双电层总电位的符号和大小。和电荷量决定了双电层总电位的符号和大小。

10、双电层的外层双电层的外层 反离子层：反离子层：按其与胶核的紧密程度，又分为按其与胶核的紧密程度，又分为吸附层和扩吸附层和扩散层散层 反离子吸附层：反离子吸附层：紧靠电位离子，并随胶核一起运动，紧靠电位离子，并随胶核一起运动，和电位离子层一起构成了胶体粒子的固定层。和电位离子层一起构成了胶体粒子的固定层。 反离子扩散层：反离子扩散层：固定层以外的那部分反离子。它由于固定层以外的那部分反离子。它由于受电位离子的引力较小，因而不随胶核一起运动，并趋于向受电位离子的引力较小，因而不随胶核一起运动，并趋于向溶液主体扩散，直至与溶液中的平均浓度相等。溶液主体扩散，直至与溶液中的平均浓度相等。 滑动面：滑动

11、面：吸附层与扩散层的交界面在胶体化学上称为吸附层与扩散层的交界面在胶体化学上称为滑动面滑动面 胶粒胶粒：通常将胶核与吸附层合在一起称为胶粒通常将胶核与吸附层合在一起称为胶粒 胶团胶团：胶粒与扩散层组成的电中性胶团，称为胶粒与扩散层组成的电中性胶团，称为胶团。胶团。 由于胶粒内反离子电荷数少于表面电荷数，由于胶粒内反离子电荷数少于表面电荷数，故胶粒总是故胶粒总是带电带电的的 ，其，其电量电量等于表面电荷数与等于表面电荷数与吸附层反离子电荷数之差吸附层反离子电荷数之差 ，其，其电性电性与电位离子与电位离子电性相同。电性相同。l 电位引起的静电斥力，阻止胶粒互相凑近和接触碰电位引起的静电斥力，阻止胶

12、粒互相凑近和接触碰撞，并在水分子的无规则撞击下做布朗运动，使胶撞，并在水分子的无规则撞击下做布朗运动，使胶粒长期稳定地分散于水中。粒长期稳定地分散于水中。 l 电位的大小反映胶粒带电的多少，可以用来衡量电位的大小反映胶粒带电的多少，可以用来衡量胶体稳定性的大小。胶体稳定性的大小。 l 电位愈高，胶体的稳定性就愈高。电位愈高，胶体的稳定性就愈高。 电位决定了电位决定了胶体的聚集稳定性胶体的聚集稳定性当当x=ob时，排斥势能最大，称为势垒；时，排斥势能最大，称为势垒；当当xoc时，表现为吸引势能，可能相吸；时，表现为吸引势能，可能相吸； 但是但是xoc时，距离很远，吸引势能较弱，不能相吸；时，距离

13、很远，吸引势能较弱，不能相吸； xoa时，吸引势能较强，能相吸。时，吸引势能较强，能相吸。当当oa x oc时，排斥势能占优势，胶粒相斥。时，排斥势能占优势，胶粒相斥。 加入相反电荷离子的电解质，降低排斥能逐加入相反电荷离子的电解质，降低排斥能逐渐转化为吸引力，胶体颗粒发生凝聚，以上称为渐转化为吸引力，胶体颗粒发生凝聚，以上称为DLVO理论，只适用于憎水性胶体。理论，只适用于憎水性胶体。讨论讨论胶体的电动电位（胶体的电动电位（电位）：电位）：当胶体粒子运动时，扩散层当胶体粒子运动时，扩散层中的大部分反离子就会脱离胶团，向溶液主体扩散。其中的大部分反离子就会脱离胶团，向溶液主体扩散。其结果必然使

14、胶粒产生剩余电荷（其量等于脱离胶团的反结果必然使胶粒产生剩余电荷（其量等于脱离胶团的反离子所带电荷数值，符号与电位离子相同），使离子所带电荷数值，符号与电位离子相同），使胶粒与胶粒与扩散层扩散层之间形成一个电位差，此电位称为之间形成一个电位差，此电位称为胶体的电动电胶体的电动电位位，常称为，常称为电位电位。总电位或总电位或电位：电位：胶核表面的电位离子与溶液主体之间的胶核表面的电位离子与溶液主体之间的电位差则称为电位差则称为总电位或总电位或电位电位。 在总电位一定时，扩散在总电位一定时，扩散层愈厚，层愈厚，电位愈高，反之，扩散层愈薄，电位愈高，反之，扩散层愈薄，电位愈低。电位愈低。v胶体稳定性

15、胶体稳定性：是指胶体颗粒在水中长期保持分散悬浮状态的特性。：是指胶体颗粒在水中长期保持分散悬浮状态的特性。分为分为“动力学稳定性动力学稳定性”和和“聚集稳定聚集稳定”两种。两种。在动力学稳定性和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。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。v动力学稳定性：动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强v聚集稳定性包括：聚集稳定性包括： 胶体带电相斥胶体带电稳定性（憎水性胶体）；胶体带电相斥胶体带电稳定性（憎水性胶体）； 水化膜的阻碍胶体的溶剂化作用稳定性（亲水性

16、胶体）水化膜的阻碍胶体的溶剂化作用稳定性（亲水性胶体） 注：憎水胶体：注：憎水胶体：动力学稳定性和带电稳定性起主要作用动力学稳定性和带电稳定性起主要作用 亲水胶体：亲水胶体：水化作用稳定性起主要作用水化作用稳定性起主要作用 滑动面上的电位：称为滑动面上的电位：称为 电位电位，决定了憎水胶体的聚集稳，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，当定性，也决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当电位降低，水化膜电位降低，水化膜减薄及至消失。减薄及至消失。返回本章目录3.2 3.2 混混 凝凝 机机 理理3.2.1 3.2.1 硫酸铝在水中的化学反应硫酸铝在水中的化学反应3.2.2 3.2.2

17、胶体的凝聚机理胶体的凝聚机理3.2.3 3.2.3 胶体的絮凝机理胶体的絮凝机理3.2.4 3.2.4 影响混凝效果的因素影响混凝效果的因素 1 1 三价铝离子离解出来：将硫酸铝投入水中后三价铝离子离解出来：将硫酸铝投入水中后。 2 2 在在pHpH4 4的条件下，水溶液中的的条件下，水溶液中的AlAl3 3以六水合铝离子以六水合铝离子 A1(HA1(H2 2O)O)6 6 3 3为主要存在形态。为主要存在形态。 3 3 pHpH值升高，值升高，A1(HA1(H2 2O)O)6 6 3 3就会发生水解、聚合或配合反就会发生水解、聚合或配合反应，生成各种羟基合铝离子。随着应，生成各种羟基合铝离子

18、。随着pHpH值的升高，水解逐级值的升高，水解逐级进行，最终将形成氢氧化铝沉淀。进行，最终将形成氢氧化铝沉淀。H O)(H(OH)A O)(HAl(OH) HO)(H(OH) A O)Al(OH)(H HO)(OH)(HAO)Al(H323422422252252362111实际反应要复杂得多1 1 压缩双电层压缩双电层 2 2 吸附电中和作用吸附电中和作用 3 3 吸附架桥作用吸附架桥作用 4 4 网捕卷扫作用网捕卷扫作用 3.2.2 3.2.2 胶体的凝聚机理胶体的凝聚机理 根据根据DLVODLVO理论，加入电解质能够使胶体颗粒的双电层理论，加入电解质能够使胶体颗粒的双电层变薄，排斥能降到

19、较小时，两颗粒接近时，由排斥力变为变薄，排斥能降到较小时，两颗粒接近时，由排斥力变为吸引力为主，胶体颗粒间凝聚。即：吸引力为主，胶体颗粒间凝聚。即： 电解质加入电解质加入置换出等量电荷的反离子置换出等量电荷的反离子压缩双电层压缩双电层 电位电位 稳定性稳定性 凝聚凝聚 压缩双电层定义压缩双电层定义: 向水中投加电解质后，水中与胶粒上反离子具有相向水中投加电解质后，水中与胶粒上反离子具有相同电荷的离子浓度增加了。这些离子可与胶粒吸附的反离同电荷的离子浓度增加了。这些离子可与胶粒吸附的反离子发生交换或挤入吸附层，使胶粒带电荷数减少，降低子发生交换或挤入吸附层，使胶粒带电荷数减少，降低电位，并使扩散

20、层厚度缩小。电位，并使扩散层厚度缩小。这种作用称为压缩双电层。这种作用称为压缩双电层。示例示例：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。 注：各种电解质离子压缩双电层的能力是不同的：注：各种电解质离子压缩双电层的能力是不同的： 在浓度相等的条件下，电解质离子破坏胶体稳定的在浓度相等的条件下，电解质离子破坏胶体稳定的能力随离子价的增高而加大。能力随离子价的增高而加大。凝聚能力凝聚能力 离子价数离子价数6 6 。 实验表明实验表明：对同一胶体体系，要获得相同的压缩双电层：对同一胶体体系，要获得相同的压缩双电层效果时：效果时： 用一价离子，浓度需用一价离子，浓度需

21、2525150mmol150mmolL L； 用二价离子浓度只要用二价离子浓度只要0.50.52mmol2mmolL L； 用三价离子则浓度可小到用三价离子则浓度可小到0.010.010.1mmol0.1mmolL L。 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）。注：该机理不能解释以下两种现象：注：该机理不能解释以下两种现象：混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也有良好的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。混凝效果。2 2 吸附电中和作

22、用吸附电中和作用 吸附电中和作用是指胶体颗粒表面对异吸附电中和作用是指胶体颗粒表面对异号离子，异号胶粒或带异号电荷的高分子有号离子，异号胶粒或带异号电荷的高分子有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了它的部分或全部电荷，它的部分或全部电荷，减少了减少了静电斥力，因而容易与其它颗粒接近而互相静电斥力，因而容易与其它颗粒接近而互相吸附。吸附。 如果投加的化学药剂是具有能吸附胶粒的链状高分子聚合物，或者两个同号胶粒吸附在同一个异号胶粒上，胶粒间就能连结，团聚成絮凝体而被除去，这就是吸附架桥作用。高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现象：高分子絮凝剂投加后，通

23、常可能出现以下两个现象： 高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；高分子投量过少，不足以形成吸附架桥； 但投加过多，会出现但投加过多，会出现“胶体保护胶体保护”现象；现象； 如下图所示：图图34 架桥模型示意图图图35 胶体保护示意图4 4 网捕卷扫作用网捕卷扫作用 向水中投加含金属离子的化学药剂后，由于金属离向水中投加含金属离子的化学药剂后，由于金属离子的水解和聚合，会以水中的胶粒为晶核形成胶体状沉淀子的水解和聚合，会以水中的胶粒为晶核形成胶体状沉淀物，或者在这种沉淀物从水中析出的过程中，会吸附和网物，或者在这种沉淀物从水中析出的过程中，会吸附和网捕胶粒而共同沉降下来这称为捕胶粒而共同沉降下来这

24、称为网捕卷扫作用网捕卷扫作用。 小胶粒与大矾花发生接触凝聚小胶粒与大矾花发生接触凝聚 澄清池中发生如下图所示澄清池中发生如下图所示。 图图36 网捕卷扫网捕卷扫 不同不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理不同。何种条件下，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、作用机理为主，决定于铝盐的投加量、pH、温度等。实际、温度等。实际上，几种可能同时存在。上，几种可能同时存在。 pH3 简单的水合铝离子起压缩双电层作用；简单的水合铝离子起压缩双电层作用； pH=45 多核羟基络合物起吸附电性中和；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；氢氧化

25、铝起吸附架桥； 絮凝：脱稳的胶体或悬浮物聚集成大的絮凝体絮凝：脱稳的胶体或悬浮物聚集成大的絮凝体 颗粒脱稳的动力来自两个方面：颗粒脱稳的动力来自两个方面： 颗粒在水中的布朗运动；颗粒在水中的布朗运动； 在水力或机械搅拌所造成的流体运在水力或机械搅拌所造成的流体运动。动。异向絮凝（异向絮凝（perikinetic flocculation）：由布朗运）：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。同向絮凝（同向絮凝（orthokinetic flocculation） ：由水力：由水力或机械搅拌所造成的流体运动引起的颗粒碰撞或机械搅拌所造成的流体运动引起的颗粒碰撞

26、聚集称同向絮凝聚集称同向絮凝 3.2.4 影响混凝效果的因素影响混凝效果的因素1 概述概述 影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括：影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括： 原水性质，包括水温、水化学特性、杂质原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质和浓度等；性质和浓度等； 投加的凝聚剂种类与数量；投加的凝聚剂种类与数量； 使用的絮凝设备及其相关水力参数。使用的絮凝设备及其相关水力参数。2 影响因素影响因素 （1）水温影响）水温影响 水温低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细水温低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细 小、松散，凝聚效果较差。其原因有：小、松散，凝聚效果较差。其原因有： 无机盐水解吸热

27、；无机盐水解吸热； 温度降低，粘度升高温度降低，粘度升高布朗运动减弱；布朗运动减弱； 水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚；水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚； 水温与水的水温与水的pH值有关值有关对策：v选用抗低温性能好的混凝剂，如PAC、FeCl3；v增加混凝剂用量；v投加助凝剂，如活化硅酸；v投加粘土以增加矾花比重。 水的水的pHpH值对混凝效果的影响程度，与混凝剂值对混凝效果的影响程度，与混凝剂种类有关。种类有关。 混凝时最佳混凝时最佳pHpH范围与原水水质、去除对象等范围与原水水质、去除对象等密切有关。密切有关。 当投加金属盐类凝聚剂时，其水解会生成当投加金属盐类凝聚剂时，

28、其水解会生成H H+ +，但水中碱度有缓冲作用，当碱度不够时需要投加但水中碱度有缓冲作用，当碱度不够时需要投加石灰。石灰。 石灰投量按下式估算：石灰投量按下式估算： CaOCaO=3ax + =3ax + （3-133-13） 式中，式中，CaOCaO ：纯石灰：纯石灰CaOCaO投量，投量，mmolmmol/L/L； aa：混凝剂投量，：混凝剂投量，mmolmmol/L/L； xx：原水碱度，按：原水碱度，按mmolmmol/L/L，CaOCaO计；计； ：保证反应顺利进行的剩余碱度，一：保证反应顺利进行的剩余碱度，一般取般取0.250.250.5mmol/L0.5mmol/L（CaOCaO

29、）。）。 一般石灰投加量通过试验决定。一般石灰投加量通过试验决定。（3） 水中悬浮物浓度的影响水中悬浮物浓度的影响 杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。可采取的对策有：果差。可采取的对策有： 加高分子助凝剂；加高分子助凝剂； 加粘土加粘土 投加混凝剂后直接过滤投加混凝剂后直接过滤 如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的用量，通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水用量，通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂。常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂。 有机物会保护胶体，阻碍胶体颗粒间的碰撞

30、，有机物会保护胶体，阻碍胶体颗粒间的碰撞，阻碍混凝剂与胶体颗粒间的脱稳凝聚作用。阻碍混凝剂与胶体颗粒间的脱稳凝聚作用。 可采取的对策有：可采取的对策有： 投加氧化剂破坏有机物的保护作用；投加氧化剂破坏有机物的保护作用； 加大混凝剂的投加量。加大混凝剂的投加量。（5） 混凝剂种类与投加量的影响混凝剂种类与投加量的影响 混凝剂种类不同，水解特性不同，适混凝剂种类不同，水解特性不同，适用的水质也不同。用的水质也不同。 投加量增加，一般来说，混凝效果增投加量增加，一般来说，混凝效果增加，但超过最佳投加量不经济。加，但超过最佳投加量不经济。 （6） 混凝剂投加方式的影响混凝剂投加方式的影响混凝剂投加方式

31、：混凝剂投加方式： 干投：指固态混凝剂直接投加到要处理干投：指固态混凝剂直接投加到要处理的原水中；的原水中； 湿投：指将混凝剂配置成一定浓度的水湿投：指将混凝剂配置成一定浓度的水溶液，然后再投加到要处理的原水中。溶液，然后再投加到要处理的原水中。 不同的混凝剂投加方式不同，产生的混不同的混凝剂投加方式不同，产生的混凝效果不同。最好据混凝实验确定。凝效果不同。最好据混凝实验确定。 （7） 水力条件的影响水力条件的影响 水力条件：水力强度和作用时间水力条件：水力强度和作用时间 混合：要求快速，剧烈的水力或机械搅拌混合：要求快速，剧烈的水力或机械搅拌T2minT2min 絮凝：搅拌强度和水流速度逐渐

32、减小，絮凝：搅拌强度和水流速度逐渐减小，T T随颗随颗粒去除的方法不同而定。粒去除的方法不同而定。 返回本章目录3. 3 混混 凝凝 剂剂3.3.1 混凝剂和助凝剂混凝剂和助凝剂3.3.2 混凝剂的发展方向混凝剂和助凝剂混凝剂和助凝剂 1 混凝剂混凝剂 目前混凝剂的种类有不少于目前混凝剂的种类有不少于200300种，分种，分为无机与有机两大系列，见表为无机与有机两大系列，见表3-1。 无无机机铝系铝系 硫酸铝硫酸铝 明矾明矾聚合氯化铝（聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（聚合硫酸铝（PAS） 适宜适宜pH：5.58 铁系铁系 三氯化铁三氯化铁 硫酸亚铁硫酸亚铁硫酸铁（国内生产少）硫酸铁（国内生产少

33、）聚合硫酸铁聚合硫酸铁聚合氯化铁聚合氯化铁 适宜适宜pH：511，但腐蚀性强但腐蚀性强 有有机机 人工人工合成合成 阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物 国外开始增多国外开始增多国内尚少国内尚少 阴离子型：水解聚丙烯酰胺（阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM） 非离子型：聚丙烯酰胺（非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚），聚氧化乙烯（氧化乙烯（PEO） 两性型：两性型： 使用极少使用极少 天然天然 淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 微生物絮凝剂微生物絮凝剂 v与硫酸铝相比，三氯化铁具有以下优点：与硫酸铝相比，三氯化铁具有以下优点： 适用的适用的p

34、H值范围较宽；值范围较宽； 形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实；形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实； 处理低温低浊水的效果优于硫酸铝；处理低温低浊水的效果优于硫酸铝； 但三氯化铁腐蚀性较强。但三氯化铁腐蚀性较强。v硫酸亚铁一般与氧化剂如氯气同时使用，以便将硫酸亚铁一般与氧化剂如氯气同时使用，以便将二价铁氧化成三价铁。二价铁氧化成三价铁。v 聚合氯化铝又称为碱式氯化铝或羟基氯化铝，性聚合氯化铝又称为碱式氯化铝或羟基氯化铝，性能优于硫酸铝。其成分取决于羟基与铝的摩尔数能优于硫酸铝。其成分取决于羟基与铝的摩尔数之比，通常称之为碱化度之比，通常称之为碱化度B，按下式计算：，按下式计算： v聚合铁包括聚合硫酸铁与聚

35、合氯化铁，目前常用聚合铁包括聚合硫酸铁与聚合氯化铁，目前常用的是聚合硫酸铁，它的混凝效果优于三氯化铁，的是聚合硫酸铁，它的混凝效果优于三氯化铁，它的腐蚀性远比三氯化铁小。它的腐蚀性远比三氯化铁小。3AlOHB 高分子絮凝剂一般都是线型高分子聚合物，它们的分子呈高分子絮凝剂一般都是线型高分子聚合物，它们的分子呈 链状，并由很多链节组成。链状，并由很多链节组成。聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺(PAM(PAM（CHCH2 2CHCONHCHCONH2 2）n n) )是一种使用最广的高分是一种使用最广的高分子絮凝剂，常作为助凝剂发挥吸附架桥作用，与其它子絮凝剂，常作为助凝剂发挥吸附架桥作用，与其它混凝剂一起使

36、用，能产生良好的混凝效果。高分子混混凝剂一起使用，能产生良好的混凝效果。高分子混凝剂的凝聚作用如下图所示。凝剂的凝聚作用如下图所示。图图37 高分子混凝剂的凝聚作用高分子混凝剂的凝聚作用2 助凝剂助凝剂 定义：定义：凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药 剂可称剂可称 为助凝剂。为助凝剂。 注：注：助凝剂本身可起凝聚作用，也可以不起凝聚作助凝剂本身可起凝聚作用，也可以不起凝聚作 用，但与混凝剂一起使用时，它能促进水的混凝用，但与混凝剂一起使用时，它能促进水的混凝 过程，产生大而结实的矾花。过程，产生大而结实的矾花。 广义上可分为以下几类：广义上可分为以下几类：

37、 酸碱类：调整水的酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等；，如石灰、硫酸等； 加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸 （SiO2 nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂；）、骨胶、高分子絮凝剂； 氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机 物。如投加物。如投加Cl2、O3等。等。混凝剂和助凝剂的选择原则混凝剂和助凝剂的选择原则混凝效果好；混凝效果好；对人体无危害；对人体无危害；使用方便；使用方便；货源充足，价格低廉；货源充足，价格低廉；新型药剂要有卫生许可。新型药剂要有卫生许可。混凝剂发展方向混凝剂发展方向无机复合聚合物混凝剂：无机复合聚合物混

38、凝剂： 聚合硫酸铝铁（聚合硫酸铝铁（PFASPFAS）、聚合氯化铝铁（）、聚合氯化铝铁（PFACPFAC） 聚合硫酸氯化铁（聚合硫酸氯化铁（PFSCPFSC）、聚合硫酸氯化铝（）、聚合硫酸氯化铝（PASCPASC） 聚合铝硅（聚合铝硅（PASiPASi）、聚合铁硅（）、聚合铁硅（PFSiPFSi）、）、 聚合硅酸铝（聚合硅酸铝（PSAPSA）、聚合硅酸铁（）、聚合硅酸铁（PSFPSF） 无机有机复合无机有机复合： 聚合铝聚合铝/ /铁铁- -聚丙烯酰胺、聚合铝聚丙烯酰胺、聚合铝/ /铁铁- -甲壳素甲壳素 聚合铝聚合铝/ /铁铁- -天然有机高分子天然有机高分子 聚合铝聚合铝/ /铁铁- -其

39、它合成有机高分子其它合成有机高分子 有机高分子絮凝剂：有机高分子絮凝剂： 天然改性高分子絮凝剂：无毒易降解，如甲壳素天然改性高分子絮凝剂：无毒易降解，如甲壳素 多功能絮凝剂：絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻多功能絮凝剂：絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻 微生物絮凝剂微生物絮凝剂返回本章目录3.4.1 3.4.1 异向絮凝异向絮凝3.4.2 3.4.2 同向絮凝同向絮凝3.4.3 3.4.3 理想絮凝反应器理想絮凝反应器3.4.4 3.4.4 混凝控制指标混凝控制指标v混凝动力学：研究颗粒碰撞速率混凝动力学：研究颗粒碰撞速率N和混凝速率的问和混凝速率的问 题，即混合（凝聚）过程和絮凝过程中的动力题，即混合（凝聚

40、）过程和絮凝过程中的动力 学称为混凝动力学（主要研究絮凝动力学）。学称为混凝动力学（主要研究絮凝动力学）。v絮凝过程：絮凝过程： 异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。凝。 同向絮凝：由水力或机械搅拌所造成的流体运动引起的同向絮凝：由水力或机械搅拌所造成的流体运动引起的颗粒碰撞聚集称同向絮凝。颗粒碰撞聚集称同向絮凝。 3.4.1 3.4.1 异向絮凝动力学异向絮凝动力学 颗粒的碰撞速率：颗粒的碰撞速率：(3-1)(3-1) 式中：式中： NpNp：颗粒的碰撞速率；颗粒的碰撞速率； D DB B：布朗运动扩散系数，：布朗运动扩散系数，

41、cmcm2 2/s/s； 为水的运动粘度，为水的运动粘度，cmcm2 2/s/s； 为水的密度，为水的密度，g/cmg/cm3 3； n n：时刻：时刻t t时的颗粒数量浓度，个时的颗粒数量浓度，个/cm/cm3 3 d d：颗粒的直径，：颗粒的直径，cmcm。 因此：因此： ，T T为水的绝对温度，为水的绝对温度，K K； (3-2)(3-2)N Np p28ndDNBp dKTDB3 283pNKTn3/442122KTnndDNdtdnpBppp3/4/1/12tKTnnnpo3/4/1/22/12tKTnnnpohsscmgcmgscmKTntmLKop18.176 .61829/(1

42、038. 114/0 . 1/01. 034/3/6103)20273()2216322/1个 3.4.2 3.4.2 同向絮凝动力学同向絮凝动力学 1 1 层流理论层流理论 层流条件下颗粒的碰撞示意见图层流条件下颗粒的碰撞示意见图3-83-8。 颗粒的碰撞速率按下式计算：颗粒的碰撞速率按下式计算：(3-3)(3-3) 适用于层流状态的水流，不适用于实际紊流状态水流适用于层流状态的水流，不适用于实际紊流状态水流 G G值的计算：在被搅动的水流中，考虑一个瞬间受煎而扭转的隔离体值的计算：在被搅动的水流中，考虑一个瞬间受煎而扭转的隔离体 见图见图3-93-9。设在时间。设在时间 内，隔离体扭转了内

43、，隔离体扭转了 角度，于是角速度角度，于是角速度 为：为： (3-4) 23043Nn dGuGzGzuztlt 1 zyx t 图图38 图图39 转矩转矩 为：为：(3-5) (3-5) 于是单位体积水所耗功率于是单位体积水所耗功率p p为：为：(3-6)(3-6) 由于由于 ，故，故 (3-7)(3-7) J zyxJ GzyxGzyxzyxJp G pG 当采用机械搅拌时，当采用机械搅拌时，p p由机械搅拌器提供。由机械搅拌器提供。 当采用水力絮凝池时，当采用水力絮凝池时，p p应为水流本身所消耗的能量，应为水流本身所消耗的能量，由下式决定：由下式决定： (3-8)(3-8) 则采用水

44、力絮凝池时，则采用水力絮凝池时， (3-9)(3-9) QTVgQhpV TghG 23043Nn d G代代入入2 2 同向紊流理论同向紊流理论 同向紊流理论：同向紊流理论： 外部施加的能量形成大涡旋；外部施加的能量形成大涡旋；大涡旋将能量输送给小涡旋；大涡旋将能量输送给小涡旋；小涡旋将能量输送给更小涡旋将能量输送给更小的涡旋；小的涡旋；只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗粒碰撞；颗粒碰撞；（3-103-10） 式中，紊流扩散系数式中，紊流扩散系数 ， 为相应于尺度的为相应于尺度的脉动速度，为脉动速度，为（3-113-11） 故故（3-123-12） 2

45、08NdDn115u230158ndN uD u结论：G增加碰撞机率增加絮凝效果增加, 但破碎程度也增加。此现象尚未很好从理论上得到描述。缺点：仍然代入到层流的颗粒碰撞速率N0公式中，N0仍然不是紊流状态下的颗粒碰撞速率。 3208G15Nd n3.4.3 理想絮凝反应器理想絮凝反应器vPF型vCSTR型、多级串联CSTR型vPFCSTR型例题：已知K=5.14x10-5，G=30s-1。要求n0/n=4。试求：1.采用PF型反应器所需絮凝时间为多少分钟？2.采用CSTR型反应器所需絮凝时间为多少分钟？3.采用4个型CSTR反应器串联所需絮凝时间为多少分钟？min158994ln301014.

46、 515stmin321946) 14(301014. 515stst269) 14(301014. 514/15min18107626944sstTv设原水悬浮物体积浓度=510-5。假定悬浮颗粒粒径均匀，有效碰撞系数=1，水温按15计。设计流量Q=360m3/h。搅拌功率P=195W。试求： 絮凝池按PF型反应器考虑，经15min絮凝后，水中颗粒数量浓度将降低百分之几？ 采用3座同体积机械絮凝池（按CSTR型反应器考虑），絮凝池总体积与同。搅拌总功率仍为195W，设3座絮凝池搅拌功率分别为：P1=100，P2=60W，P3=35W，颗粒数量浓度最后降低百分之几？3.4.4 3.4.4 混凝

47、控制指标混凝控制指标 用用G G可以来判断混合和絮凝的程度：可以来判断混合和絮凝的程度： 混合（凝聚）过程：混合（凝聚）过程：与与G有关。有关。此阶段要求剧烈搅拌是为了此阶段要求剧烈搅拌是为了尽快分散药剂，进而药剂能够尽快水解、凝聚。此阶段杂尽快分散药剂，进而药剂能够尽快水解、凝聚。此阶段杂质颗粒微小，质颗粒微小， 平均平均G G7007001000s1000s-1-1，时间通常在，时间通常在101030s30s，时间时间2min2min絮凝过程：絮凝过程：不仅与不仅与G G有关，还有关，还与时间有关。在此阶段，通常以与时间有关。在此阶段，通常以G G值和值和GTGT值作为控制指标。值作为控制

48、指标。 平均平均G G202070s70s-1-1， GTGT1 1104104105105 随着絮凝的进行，随着絮凝的进行，G G值应逐渐减小。值应逐渐减小。返回本章目录3.5.1 3.5.1 投加流程投加流程 3.5.2 3.5.2 计量与投加方式计量与投加方式 3.5.3 3.5.3 投加量自动控制投加量自动控制 1 1 投加流程投加流程a 投配方法：干投法与湿投法（实践中多用湿投法） b 投配流程图：溶解池溶解池溶液池溶液池计量计量设备设备投加投加设备设备混合混合设备设备药剂药剂溶药、配药及投药过程和设备示意图溶药、配药及投药过程和设备示意图补充内容：补充内容：溶解池和溶液池容积的计算

49、：溶解池和溶液池容积的计算：溶解池容积溶解池容积W W1 1 ： W W1 1= =（0.20.20.30.3）W W2 2 （3-143-14）式中：式中：W W2 2为溶液池容积，为溶液池容积，m m3 3 。 （3-153-15）式中：式中： W W2 2溶液池容积，溶液池容积， m m3 3 Q Q处理的水量，处理的水量， m m3 3 / h / h a a混凝剂最大投加量，混凝剂最大投加量，mg/Lmg/L c c溶液浓度，一般取溶液浓度，一般取5%5%20%20% n n每日调制次数，一般不超过每日调制次数，一般不超过3 3次次cnaQcnaQW41710001000100242

50、 （1 1） 计量设备计量设备 转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等。转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等。（2 2） 投加方式投加方式l 泵前投加泵前投加 ：药剂投加在原水泵的吸水管或吸水喇叭口处。：药剂投加在原水泵的吸水管或吸水喇叭口处。安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者，图中水封箱安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者，图中水封箱是为防止空气进入，是为防止空气进入，见图见图3-113-11。l 高位溶液池重力投加：指药剂从较高的溶液池靠自动流高位溶液池重力投加：指药剂从较高的溶液池靠自动流向并加注到原水。适用溶液池位置较高时。向并加注到原水。适用溶液池位置较高时。见图见图3-12