給水工程教案第課

1、資料內(nèi)容僅供您學習參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。15 混凝15.1 混凝機理混凝就是水中膠體粒子及微小懸浮物的聚集過程( 包括凝聚、絮凝 ) , 這一過程涉及三個方面的問題:1.膠體粒子的性質(zhì);2.混凝劑在水中水解物種;3.膠體粒子與混凝劑之間的相互作用。一、 水中膠體穩(wěn)定性定義 : 膠體粒子在水中能夠長期保持懸浮狀態(tài)而不能沉淀的性質(zhì) , 稱膠體穩(wěn)定性。在膠體化學中 , 高分子溶液可說是穩(wěn)定系統(tǒng)。粘土類膠體及其它憎水性膠體都不是真正穩(wěn)定系統(tǒng)。但從水處理角度而言 , 凡沉降速度十分緩慢的膠體粒子和微小懸浮物 , 均被認為是穩(wěn)定的。膠體穩(wěn)定性分為”動力學穩(wěn)定”和”聚集穩(wěn)定”兩種。1.

2、動力學穩(wěn)定 : 指顆粒布朗運動對重力的影響能力。和顆粒大小有關(guān)。對于大顆粒 , 各方向的撞擊力相等, 相互抵消 , 顆粒在自重作用下沉淀。對于小顆粒 , 由于撞擊平衡的機率很小, 微粒在水中作不規(guī)則運動 , 呈分散狀態(tài)。資料內(nèi)容僅供您學習參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。( 布朗運動的平均動能Eb = 1.5 KT)K 波茲曼常數(shù) ; T 水的勢力學溫度。2.聚集穩(wěn)定 : 指膠體粒子之間因表面同性電荷相斥或水化膜的阻礙作用 , 大于吸附作用而使膠粒不能相互聚集的特性。顆粒小 , 比表面積大 , 從而表面能很大 , 在布朗運動作用下 , 顆粒間有相互吸附聚集的傾向。 但由于顆粒表面同性

3、電荷的斥力作用 , 或水化膜的阻礙使這種自發(fā)聚集不能發(fā)生。 如果將膠體粒子表面同性電荷或水化膜消除, 使失去聚集穩(wěn)定性, 小顆粒便互相聚集成大顆粒 , 從而動力學穩(wěn)定性也被破壞, 沉淀就會發(fā)生。 因此 , 膠體穩(wěn)定性, 關(guān)鍵在于聚集穩(wěn)定性。對于憎水性膠體, 聚集穩(wěn)定性主要決定于膠體顆粒表面的動電位 , 即 z 電位。 z 電位越高 , 同性電荷斥力越大 , 兩顆粒接觸困難。金屬氫氧化物膠體、 膠核帶正電。天然水中膠體雜質(zhì)一般是負電擴膠體 , 如粘土 , 細菌 , 病毒 , 藻正 電 荷 離類 , 腐殖物等。膠 粒表 面粘土 z 電位 -15-40 mV 總 電 位膠 粒 表 面細菌 z 電位

4、-30-70 mV壓 縮 擴 散 層z 電位的測定 傳統(tǒng)電泳法ku( mV)HDu 電泳速度 ;資料內(nèi)容僅供您學習參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。 液體粘度 ; 3.14159;D 溶液介電常數(shù) ;H 電場強度梯度 ;K 微粒形狀系數(shù) , 對球體 , K 6。 激光多普勒電泳法較先進的方法?？煽焖偻瑫r測出z 電位值和電泳速度。雖然膠體的z 電位是導致聚集穩(wěn)定性的直接原因, 但研究方法卻可從兩膠粒之間相互作用力及其之間的距離關(guān)系來進行評價。德加根 ( Derjaguin) 、 蘭道 ( Landon) ( 蘇聯(lián) , 1938 年獨立提出 , 伏維 ( Verwey) 、 奧貝克 (

5、Overbeek) ( 荷蘭 , 1941 年獨立提出 ) , 各自從膠粒之間相互作用能的角度, 闡述膠粒相互作用理論, 簡稱DLVO理論。認為當兩膠粒相互接近以至雙電層發(fā)生重疊時 , 如圖 ( a) 便產(chǎn)生靜電斥力, 靜電斥力與兩膠粒表面間距x有關(guān) , 用排斥勢能 ER 表示。隨 x 增大 , E 按指由圖可知 : 當兩膠粒表面間距oa x oc時 , E R 占優(yōu)勢 , x = ob資料內(nèi)容僅供您學習參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。時, 排斥勢能最大 , 用 Emax 表示 , 稱排斥能峰。當 x oc 時 , 吸引勢能均占優(yōu)勢。不過, x oc 時雖然兩膠粒表現(xiàn)出相互吸引趨勢

6、, 但由于存在排斥能峰這一屏障, 兩膠粒仍無法靠近。只有當 x oa 時 , EA 隨 x 減小而急劇增大 , 凝聚才會發(fā)生。要使 x oa, 布朗運動的動能首先要克服排斥能峰Emax 才行。實際上 , 布朗運動動能 ( E b) E max( 幾百倍 幾千倍 ) 。兩膠粒之間距離無法縮短至oa 以內(nèi) , 故膠體處于分散穩(wěn)定狀態(tài)。用 DLVO 理論闡述典型憎水膠體的穩(wěn)定性及凝聚機理與叔采哈代法則是一致的。 并可進行定量計算。 其正確性已得到一些化學家的實驗證明。水化膜作用 : 除靜電斥力外 , 水化膜作用往往也是重要因素。 對憎水膠粒 ( 如粘土膠體 ) 的水化作用對聚集穩(wěn)定性影響不大。一旦膠

7、體的 z 電位 0, 水化作用也隨之消失。 但對典型的親水膠體 ( 有機物或高分子物質(zhì) ) 而言 , 水化作用卻是膠體聚集穩(wěn)定性的主要原因。水化膜形成 : 水是極性分子 , 由于水分子的取向作用 , 強烈吸附在親水膠粒表面的極性基團上 , 使粒子周圍包裹一層較厚的水化膜 , 阻礙膠粒互相靠近。 因而使范德華引力不起作用。實踐證明 , 雖然親水膠體也存在雙電層結(jié)構(gòu) , 但 z 電位對膠體穩(wěn)定性的影響遠小資料內(nèi)容僅供您學習參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。于水化膜的影響。因此親水膠體的穩(wěn)定性尚不能用 DLVO 理論予以描述。二、 硫酸鋁在水中的化學反應Al 2( SO4) 3 18H2O

8、, 是常見混凝劑之一。溶于水后立即離解出鋁離子Al(H 2O)63,(水合離子 )Al 2SO4 318H 2 OH 2O2Al 33SO 4218H 2 O3+AlAl 3+經(jīng)水解 , 聚合或配合反應可形成多種形態(tài)的配合物或聚合物以及氫氧化鋁。 各種物質(zhì)組分的含量多少以至存在與否 , 決定于鋁離子水解時的條件 , 包括水溫、 pH 值、 鋁鹽投加量等。水解 產(chǎn) 物 的 結(jié) 構(gòu) 形 態(tài) 主 要 取 決 于 羥 鋁 比 OH/Al 每摩爾鋁所結(jié)合的 ( OH) 摩爾數(shù)。 P256 表 15 1 列出近年來有關(guān)專家的研究結(jié)果 , 鋁離子水解、聚合反應的幾種形式。Al 3H 2 O Al OH 2H

9、例:Al OH2H 2OAl OH 2HAl OH 2H 2 OAl OH 3H一級水解二級水解三級水解對混凝有利以上反應與pH 有關(guān)。降低 H + 濃度 , 反應易向右進行。隨著 OH - 電荷 ,最終生成Al(OH) 3 沉淀。當 pH 34 時, 水解基本不進行, 在水中以 Al 3+存在 ;pH 45 時 , 一、 二級水解 , 以 Al(OH) 2+、 Al(OH) 2+存在 ;資料內(nèi)容僅供您學習參考，如有不當或者侵權(quán)，請聯(lián)系改正或者刪除。pH Emax, 從而使膠粒脫穩(wěn)、 凝聚、 沉淀。但要浪費很多能量 , 不可能。辦法 : 經(jīng)過投加電解質(zhì)( 混凝劑 ) 為辦法 , 降低 Emax減小z 電位降低靜電斥力, 壓縮擴散層厚度, 使得 z 電位 0。當 z = 0 時 , 稱等電狀態(tài) , 這時排斥勢能消失。實際上 , 只要將 z 電位降至一定程度 ( 如 z = zk) , 使