当前位置:首页 >> 电力/水利 >>

给水工程2水处理


第四章

凝聚和絮凝

1637年 1637年 我国开始使用明矾净水 (KAl( (KAl(SO4)2·12H2O) 1884年 1884年 西方才开始使用 凝聚:胶体失去稳定性的过程称为凝聚。 絮凝:脱稳胶体相互聚集称为絮凝。 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。 混凝过程涉及:①水中胶体的性质;②混

凝 剂在水中的水解;③胶体与混凝剂的相互作 用

混凝的目的:向水中投加一些药剂( 混凝的目的:向水中投加一些药剂(常称为混 凝剂) 凝剂)使水中难以沉淀的胶体颗粒能互相聚 合,长大至能够自然沉淀。 投药是混凝工艺必要的前题,混合和絮凝是 混凝工艺的两个阶段。为了提高混凝效果, 技术上的关键在于结合原水水质选用性能良 好的药剂,创造适宜的化学和水力条件,是 混凝工艺各阶段顺利进行的关键。

4.2 混凝的机理
水的混凝机理一直是水处理与化学工作者 们关心的课题,迄今也还没有一个统一的认识。 胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体 系和溶液之间的一类分散体系。

一、水中胶体的稳定性 胶体稳定性是指颗粒在水中长期保持分散悬浮的状态的特性。 胶体稳定性又分为以下两种: 1.动力学稳定:胶体颗粒的布朗运动,构成了动力学稳定性, 1.动力学稳定:胶体颗粒的布朗运动,构成了动力学稳定性, 反映颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。水中粒度较微小的胶 体颗粒,布朗运动足以抵抗重力的影响,因此能长期悬浮水中 而不发生沉降,称为动力学稳定性。 2.聚集稳定性:胶体间的静电斥力和颗粒的表面表面的水化作 2.聚集稳定性:胶体间的静电斥力和颗粒的表面表面的水化作 用,构成聚集稳定性。反映了水中胶体颗粒之间因其表面同性 电荷相斥或则由于水化膜的阻碍作用不能相聚相互凝聚的特性。 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。胶体颗粒的双电层结构见下图. 性的影响起关键作用。胶体颗粒的双电层结构见下图.

3.胶体稳定性的主要原因有三种 3.胶体稳定性的主要原因有三种
(1)微粒的布朗运动; 定义:在胶体溶液里,胶粒永不停息地进行无规则运动,这种 运动叫布朗运动。 布朗运动是使该胶体微粒保持悬浮状态,并不容易沉降, 这是胶体稳定的原因之一。 因此:颗粒越小,温度越高,布朗运动越剧烈。布朗运动并不 是胶体特有的性质。 布朗运动产生的原因 ①水分子在做永不停息的热运动; ②胶体颗粒大,表面积大且不规则,在同一时刻不同方向受 力不同。

布朗运动的特征: ①无规则; ②永不停息。 注意:布朗运动不是分子的热运动,而是分子外在 运动的体现。 (2)胶体颗粒间的静电斥力; (2)胶体颗粒间的静电斥力; 同类的胶体微粒带着同号的电荷,它们之间的静电 斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大颗粒 . (3) 颗粒表面的水化作用。 (3) 带电荷的胶粒和反离子都能与周围的水分子发生水 化作用,形成一层水化壳,阻碍各胶粒的聚合 。

胶体与其它分散系的本质区别是( 胶体与其它分散系的本质区别是( ) A.微粒直径介于 微粒直径介于1~100nm之间 微粒直径介于 之间 B.电泳现象 溶液中带电粒子(离子)在电 电泳现象(溶液中带电粒子 电泳现象 溶液中带电粒子(离子) 场中移动的现象 ) C.布朗运动 布朗运动 D.丁达尔现象 当一束光线透过胶体,从 丁达尔现象(当一束光线透过胶体 丁达尔现象 当一束光线透过胶体, 入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现 的一条光亮的“通路” 的一条光亮的“通路”,这种现象叫丁达 尔现象 )

二、混凝机理
1.双电层作用机理 1.双电层作用机理 胶团双电层的构造决定了在胶粒表面处反离子的浓 度最大,随着胶粒表面向外的距离越大则反离子浓 度越低,最与溶液中离子浓度相等,见图 (a)。 (a)。 当向溶液中投加电解质,使溶液中离子浓度增高, 则扩散层的厚度将从图上的oa减小至ob。 则扩散层的厚度将从图上的oa减小至ob。 当两个胶粒互相接近时,由于扩散层厚度减小, ξ电位降低,因此它们互相排斥的力就减小了,也 就是溶液中离子浓度高的胶间斥力比离子浓度低的 要小。胶粒间的吸力不受水相终组成的影响,但由于 扩散层减薄,它们相撞时的距离就减小了,这样相 互间的吸力就大了。由图(b)、(c)可见其排斥与吸 互间的吸力就大了。由图(b)、(c)可见其排斥与吸 引的合力由斥力为主变成以吸力为主( 引的合力由斥力为主变成以吸力为主(排斥势能消失 了),胶粒得以迅速凝聚。

这个机理能较好地解释港湾处的沉积现象,因淡水进入海 水 时,盐类增加,离子浓度增高,淡水挟带胶粒的稳定性降 低,所以在港湾处粘土和其它胶体颗粒易沉积。 根据这个机理,当溶液中外加电解质超过发生凝聚的临界 凝聚浓度很多时,也不会有更多超额的反离子进入扩散层,不 可能出现胶粒改变符号而使胶粒重新稳定的情况。这样的机理 是藉单纯静电现象来说明电解质对胶粒脱稳的作用,但它没有 考虑脱稳过程中其它性质的作用(如吸附) 考虑脱稳过程中其它性质的作用(如吸附),因此不能解释复杂 的其它一些脱稳现象,例如三价铝盐与铁盐作混凝剂投量过 多,凝聚效果反而下降,甚至重新稳定;又如与胶粒带同电号 的聚合物或高分子有机物可能有好的凝聚效果:等电状态应有 最好的凝聚效果,但往往在生产实践中ξ 最好的凝聚效果,但往往在生产实践中ξ电位大于零时混凝效 果却最好。 实际上在水溶液中投加混凝剂使胶粒脱稳现象涉及到胶 粒与混凝剂,胶粒与水溶液,混凝剂与水溶液三个方面的相互 作用,是一个综合的现象。

2.吸附架桥作用机理 2.吸附架桥作用机理 吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒,以 及胶粒与胶粒之间的架桥,架桥模型示意见 图。高分子絮凝剂具有线性结构,它们具有能与胶
粒表面某些部位起作用的化学基团,当高聚合物与 胶粒接触时,基团能与胶粒表面产生特殊的反应而 相互吸附,而高聚物分子的其余部分则伸展在溶液 中可以与另一个表面有空位的胶粒吸附,这样聚合 物就起了架桥连接的作用。假如胶粒少,上述聚合 物伸 展部分粘连不着第二个胶粒,则这个伸展部分 迟早还会被原先的胶粒吸附在其他部位上,这个聚

合物就不能起架桥作用了,而胶粒又处于稳定状态。 高分子絮凝剂投加量过大时,会使胶粒表面饱和产 生再稳现象。已经架桥絮凝的胶粒,如受到剧烈的 长时间的搅拌,架桥聚合物可能从另一胶粒表面脱 开,重又卷回原所在胶粒表面,造成再稳定状态。 高分子絮凝剂投加后,通常可能出现以下两 个现象: ①高分子投量过少,不足以形成吸附架桥; ②但投加过多,会出现“胶体保护” ②但投加过多,会出现“胶体保护”现象,见 图;

3.网捕或卷扫
当金属盐(如硫酸铝或氯化铁) 当金属盐(如硫酸铝或氯化铁)或金属氧化物和氢氧化 物(如石灰)作凝聚剂时,当投加量大得足以迅速沉淀 如石灰) 金属氢氧化物( 金属氢氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3、Mg(OH)2或金属 碳酸盐( 碳酸盐(如CaCO3)时,水中的胶粒可被这些沉淀物在 形成时所网捕。当沉淀物是带正电荷(Al(OH) 形成时所网捕。当沉淀物是带正电荷(Al(OH)3及 Fe(OH)3在中性和酸性pH范围内)时,沉淀速度可因溶 在中性和酸性pH范围内) 液中存在阴离子而加快,例如硫酸银离子。此外水中 胶粒本身可作为这些金属氧氧化物沉淀物形成的核 心,所以凝聚剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反 比,即胶粒越多,金属凝聚剂投加量越少。

4.吸附和电荷中和作用机理 4.吸附和电荷中和作用机理
吸附电中和作用指颗粒表面对异号离子,异号胶粒或链状 离分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用,由于这种吸附作 用中和了它的部分电荷,减少了静电斥力,因而容易与其它颗、 粒接近而互相吸附。此时静电引力常是这些作用的主要方面, 但在不少的情况下,其它的作用了超过静电引力。举例来说, 用Na+与十二烷基铵离子(C12H25NH3+)去除带负电荷的碘化银 与十二烷基铵离子(C 溶液造成的浊度,发现同是一价的有机胺离子脱稳的能力比 Na+大得多,Na+过量投加不会造成胶粒再稳,而有机胺离子 大得多,Na 则不然,超过一定投置时能使胶粒发生再稳现象,说明胶粒吸 附了过多的反离子,使原来带的负电荷转变成带正电荷。铝盐、 铁盐投加量高时也发生再稳现象以及带来电荷变号。上面的现 象用吸附电中和的机理解释是很合适的。

以上介绍的混凝的四种机理,在 水处理中常不是单独孤立的现象,而 往往可能是同时存在的,只是在一定 情况下以某种现象为主而已,目前看 来它们可以用来解释水的混凝现象。 但混凝的机理尚在发展,有待通过进 一步的实验以取得更完整的解释

三、硫酸铝的混凝机理 三、硫酸铝的混凝机理
AL2(SO4)3 ?18H2O是水厂中常用的混凝剂之一, 溶于水后,立即离解出AL 溶于水后,立即离解出AL 3+ AL2(SO4)3 → 2AL3+ + 3SO4 2 AL 3+并非以这种裸露的简单形态存在,而是结 合有6 合有6个配位水分子的水合离子 AL(H2O)63+ 这是一 种最简单络合物,水合离子水解时,配位水分子可 以失去H 以失去H+而形成单羟基单核络核物。反应如下: [AL(H2O)6]3++H2O?[AL(OH)(H2O)5]2++H3O+ 单羟基单核配合物进一步水解 [AL(OH)(H2O)5]2++H2O+? [AL(OH)2(H2O)4]++H3O+ [AL(OH)2(H2O)4]++H2O? [AL(OH)3(H2O)3]↓+H3O+

不同pH条件下 不同pH条件下,铝盐可能产生的混凝机理 条件下, 不同。何种作用机理为主, 不同。何种作用机理为主,决定于铝盐的投加 pH、温度等。实际上, 量、pH、温度等。实际上,几种可能同时存 在。 pH<3 简单的水合铝离子起压缩双电 层作用; 层作用; pH=4~5 中和; 中和; pH=6.5pH=6.5-7.5 多核羟基络合物起吸附电性

氢氧化铝起吸附架桥; 氢氧化铝起吸附架桥;

四、影响混凝效果的主要因素
(一)水温 水温对混凝效果有明显的影响。低温水絮凝体形成较为缓 慢,絮凝颗粒小、松散、沉淀效果较差,水温低时及时投加 过量的混凝剂效果也很差。 原因有3 原因有3点: 1、水温低会影响无机盐类水解,由于无机盐混凝剂水解是吸 热反应,低温时水解困难,造成水解反应慢。 2、低温时水的黏度较大,使水中杂质颗粒的布朗运动强度减 弱,碰撞机会减少,不利于胶粒凝聚,混凝效果下降,同时 水流剪力增大,影响絮凝体的成长。

3、低温时水中胶体颗粒水化作用增强,妨碍 胶体凝聚,而且水化膜内的水由于黏度和重度 增大,影响了颗粒之间的粘附强度。 (二)、PH值 (二)、PH值 在混凝过程中要求一个最佳PH值,使混凝反应 在混凝过程中要求一个最佳PH值,使混凝反应 速度达到最快状态,絮凝体的溶解度最小。 硫酸铝浊度PH 6.5~7.5色度PH 硫酸铝浊度PH 6.5~7.5色度PH 4.5~5.5 三氯化铁浊度PH 6.0~8.4色度PH 三氯化铁浊度PH 6.0~8.4色度PH 3.5~5.0 (三)、碱度 水中碱度对混凝也起着重要的作用和影响,有 时会超过原水PH值的影响程度,由于水解过程 时会超过原水PH值的影响程度,由于水解过程

中不断产生H 导致水的PH值下降,为了使 中不断产生H+,导致水的PH值下降,为了使 PH值保持最佳范围,通常需要加入碱使中和 PH值保持最佳范围,通常需要加入碱使中和 反应充分进行。 天然水中均含有一定碱度,对PH值有缓冲作 天然水中均含有一定碱度,对PH值有缓冲作 用: HCO3- + H+=CO2+H2O 当原水碱度不足或混凝剂投量很高时,天然水 中的碱度不足以中和水解反应产生的H 中的碱度不足以中和水解反应产生的H+,水的 PH值将大幅下降,不仅超出混凝剂的最佳范 PH值将大幅下降,不仅超出混凝剂的最佳范 围,甚至会影响到混凝剂的水解。

(四)、悬浮物含量 浊度高低和混凝效果有很大的效果,过高或过低都不 利于混凝,根据浊度的不同混凝剂用量也不相同,对 于以浑浊度为主的地表水,主要影响因素就是水中的 悬浮物含量。 当水中悬浮物含量过高时,所需铝盐或铁盐混凝剂 投加量也将增大,为了减少混凝剂的用量,通常会投 加一定量的助凝剂。 当水中悬浮物含量过低时,颗粒碰撞速率大大减 少,混凝效果较差,为提高混凝效果,可以投加高分 子助凝剂,利用吸附架桥作用,使絮凝体的尺寸和密 度增大,也可以通过添加混凝剂提高颗粒碰撞速率并 增加絮凝体的密度。

可采取的对策有: ①加高分子助凝剂; ②加粘土 ③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 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。

4.3 混凝剂
一、混凝剂
为了使胶体脱稳而聚集所投加的药剂,混 凝剂具有破坏胶体稳定性和促进胶体絮凝的 功能。 混凝剂应符合以下要求:①混凝效果 好;②对人体无危害;③使用方便;④货源 充足,价格低廉。 目前混凝剂的种类有不少于200- 目前混凝剂的种类有不少于200-300 种,分为无机与有机两大系列,见下表。

常用的混凝剂
铝系 无 机 铁系 硫酸铝 明矾 聚合氯化铝(PAC) 聚合氯化铝(PAC) 聚合硫酸铝(PAS) 聚合硫酸铝(PAS) 三氯化铁 硫酸亚铁 硫酸铁(国内生产少) 硫酸铁(国内生产少) 聚合硫酸铁 聚合氯化铁 阳离子型:含氨基、亚氨基的聚合物 阳离子型:含氨基、 适宜pH: 适宜pH:5.5~8

适宜pH:5~11, 适宜pH:5~11,但腐蚀 性强

国外开始增多,国内尚 国外开始增多, 少

人工 合成 有 机

阴离子型:水解聚丙烯酰胺(HPAM) 阴离子型:水解聚丙烯酰胺(HPAM) 非离子型:聚丙烯酰胺(PAM), ),聚氧化乙烯 非离子型:聚丙烯酰胺(PAM),聚氧化乙烯 PEO) (PEO) 两性型: 两性型: 淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 淀粉、动物胶、树胶、 使用极少

天然 微生物絮凝剂

无机混凝剂应用历史悠久,广泛用于饮用 水和工业用水的净化处理。 有机混凝剂虽然价格低,但效果较差,特 别是在某些冶炼过程中相当加入了杂质,故 应用相对较少。 与硫酸铝相比,三氯化铁具有以下优点:①适用的 pH值范围较宽;②形成的絮凝体比铝盐絮凝体密 pH值范围较宽;②形成的絮凝体比铝盐絮凝体密 实;③处理低温低浊水的效果优于硫酸铝;④但三 氯化铁腐蚀性较强。 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、助凝剂
助凝剂是指与混凝剂一起使用,主要通过吸附 架桥来促进水的混凝过程的辅助剂。 助凝剂:凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂 可称为助凝剂。助凝剂可以参加混凝,也可不参加混 凝。广义上可分为以下几类: ①调整剂(酸碱类):调整水的pH,如石灰、硫酸 ①调整剂(酸碱类):调整水的pH,如石灰、硫酸 等; ②絮凝体结构改良剂(加大矾花的粒度和结实性): 如活化硅酸(SiO 如活化硅酸(SiO2 nH2O)、骨胶、高分子絮凝 剂; ③氧化剂类:破坏干扰混凝的物质,如有机物。如投 加Cl2、O3等。


相关文章:
清华大学-水处理工程讲义2
清华大学-水处理工程讲义2_环境科学/食品科学_工程科技_专业资料。第2节 水污染现状及来源 一、水污染现状 污水处理率低:污水排放排放量接近 400 亿 m3。 工业...
给水工程
设计目的:通过课程设计,进一步强化专业课程相关知识的学习,初步掌握水处理中常见 ...[2]《室外给水设计手册》 (最新版) [3]《给水工程》严煦世等主编,中国建筑...
给水工程答案
给水工程 第15章 习题答... 2页 1下载券给​水​工​程​答​案...压力滤池常用于工业给水处理中, 往往与离子交换器串联使用。 其特点是: 可省去...
给水工程(上)试题(含答案)
地表水重力供水系统 2. 给水系统中投资最大的是哪一部分,试行分析。 输配水...A.取水系统、水处理系统和泵站 B.水处理系统、输配水系统和管井 C.取水系统...
水处理综述
基本概念 ? 相关概念 2 处理工艺 ? 催化电解 ? 机械处理 ? 污水生化 3 ...给水工程中,粗大杂质由取水构筑物的 设施去除,不列入水处理的范围。 废水处理...
给水工程课后思考题答案
给水工程课后思考题答案_理学_高等教育_教育专区。十四章: 1、水中杂质按尺寸...适用于取水泵房靠近水厂处理构筑物的场合,两者间距不宜大于 150m。 2) 、管...
给水工程课后答案
给水工程》课后习题答案十四章 给水处理概论 1、水中杂质按尺寸大小可分成几类...水中微生物的繁殖及其死亡残骸等;二是人为因素,即工业废 水、农业污水及生活...
水处理工程之给水排水设计规程
本文来源:泳池工程_水处理工程-广州绿恒康体设施有限公司 http://www.gzluheng.cn/news/show_68.html 游泳池和水上游乐池给水排水设计规程2回水口顶面应设格栅...
给水厂排泥水处理设计刍议
给水厂排泥水处理设计刍议_电力/水利_工程科技_专业资料。给水厂排泥水处理设计...给水厂排泥水及污泥的处... 13人阅读 2页 ¥2.00 给水厂排泥水及污泥的...
第24章 其他给水与废水处理工艺系统
24.2 特种水源水处理工艺系统 24.2.1 高浊度水处理工艺系统 1. 高浊度水水质特点 在给水工程范畴内,高浊度水系指原水水质浑浊度高、泥沙含量大的地表水。我...
更多相关标签:
给排水 水处理 | 给排水和水处理 | 水处理和给排水区别 | 给水水处理书籍 | 05ys2给水工程图集 | 水处理工程 | 水处理工程公司 | 水处理工程设计计算 |