混凝作用機(jī)理講解學(xué)習(xí)

混凝作用機(jī)理2.1水中膠體的穩(wěn)定性膠體穩(wěn)定性：是指膠體粒子在水中長(zhǎng)期保持分散懸浮狀態(tài)的特性。

與水和廢水泥凝處理有關(guān)的膠體粒子的主要性質(zhì)，就是它的穩(wěn)定性。在一般情況下，由膠粒和水組成的膠體分散體系能長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定。即使是粉徑大干膠粒的細(xì)小物質(zhì)(粒徑在1-10um)，也不會(huì)在水和廢水處理工藝允許的時(shí)間范圍內(nèi)自動(dòng)沉淀下來(lái)。

由Stokes方程可知，粒子的沉降速度與其粒徑平方成正比，因而粒徑愈小，沉降速度越慢。

如果假定水中膠體粒子為球形質(zhì)點(diǎn)，則其自然沉降速度可以用Stokes方程描述：

膠體粒子的平均粒徑—般為1nm-1um，每小時(shí)自然沉降距離僅為10-2cm到l0-4cm?？紤]到膠體分散系統(tǒng)本身所受到的不可避免的擾動(dòng)，這樣的沉降速度實(shí)際上不能使膠粒沉降下來(lái)。

膠體穩(wěn)定性分“動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性”和“聚集穩(wěn)定”兩種。動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性：無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)，對(duì)抗重力影響的能力強(qiáng)。聚集穩(wěn)定性包括：①膠體帶電相斥（憎水性膠體）；②水化膜的阻礙（親水性膠體）在動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性和聚集穩(wěn)定兩者之中，聚集穩(wěn)定性對(duì)膠體穩(wěn)定性的影響起關(guān)鍵作用。2.1.1膠體的雙電層結(jié)構(gòu)膠體顆粒表面帶有電荷的過(guò)程或途徑：1.膠體顆粒結(jié)晶中的晶格取代使膠體表面產(chǎn)生電荷。2.膠體顆粒表面某些化學(xué)集團(tuán)在水中電離使膠體帶電。3.膠體顆粒表面與水作用后溶解并電離使膠體帶電。4.膠體顆粒對(duì)水中某些離子的吸附使膠體帶電。1.膠體粒子的結(jié)構(gòu)AgIK+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－碘化銀膠團(tuán)示意圖（KI過(guò)量）以AgI的水溶膠為例。固體粒子AgI稱(chēng)為“膠核”。若穩(wěn)定劑是KI，則膠核吸附I－帶負(fù)電，反號(hào)離子K+一部分進(jìn)入緊密層，另一部分在擴(kuò)散層。膠核與緊密層的反號(hào)離子構(gòu)成“膠?！薄Ｈ苣z中的獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單位是膠粒，膠粒與擴(kuò)散層離子構(gòu)成“膠團(tuán)”?？捎孟率奖硎荆壕o密層擴(kuò)散層（1）整個(gè)膠團(tuán)是電中性的。（2）膠粒電荷的符號(hào)取決于被吸附離子的符號(hào)，膠粒帶電的多少由被吸附離子與緊密層反號(hào)離子電荷之差（n-x）來(lái)決定。2.膠體粒子的雙電層結(jié)構(gòu)粒子的相反電荷離子是由緊密層和擴(kuò)散層兩部分組成。緊密層中的反號(hào)離子被束縛在膠體粒子周?chē)?，擴(kuò)散層中的反號(hào)離子雖受膠體粒子的靜電引力的影響，但可脫離膠體粒子而移動(dòng)。（設(shè)粒子荷負(fù)電）+++++++++++++緊密層擴(kuò)散層電勢(shì)雙電層示意圖0：固體表面和液體內(nèi)部的總的電位差+++++++++++++緊密層擴(kuò)散層電勢(shì)0動(dòng)電位（電勢(shì)）:緊密層的外界面與本體溶液之間的電勢(shì)差。電勢(shì)決定著膠體粒子在電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)速度。d′0bb'電解質(zhì)對(duì)電勢(shì)的影響當(dāng)電解質(zhì)濃度增加到一定程度時(shí)，擴(kuò)散厚度變零，電勢(shì)也變?yōu)榱?。這就是膠體電泳的速度會(huì)隨著電解質(zhì)濃度的加大而變小，甚至變?yōu)榱愕脑颉?/p>

電勢(shì)對(duì)其它離子十分敏感，外加電解質(zhì)的變化會(huì)引起電勢(shì)的顯著變化。因?yàn)橥饧与娊赓|(zhì)濃度加大時(shí)，會(huì)使進(jìn)入緊密層的反號(hào)離子增加，使得粒子外界面與溶液本體的電勢(shì)差減小，即電勢(shì)下降，從而使雙電層變薄。

2.1.2膠粒之間的相互作用-DLVO理論從總勢(shì)能圖上可以看出，吸附勢(shì)能只是在兩個(gè)膠體顆粒距離很短時(shí)起作用，排斥勢(shì)能則作用稍遠(yuǎn)些。兩個(gè)膠體顆粒處于不同距離時(shí)，總勢(shì)能可能有以下幾種情況：當(dāng)兩膠體顆粒間距很小趨近于0時(shí)，EA趨近于∞，ER增加接近于一個(gè)常數(shù)，此時(shí)EA大于ER，ET未負(fù)值，表現(xiàn)為兩個(gè)膠體顆粒吸引聚集；當(dāng)兩個(gè)膠體顆粒間距很遠(yuǎn)時(shí)，EA和ER均趨近于0，ET趨近于0，此時(shí)膠體顆粒僅受熱運(yùn)動(dòng)和溶劑化的作用影響；當(dāng)兩膠體顆粒的間距與雙電層的厚度在同一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，ER可能會(huì)大于EA，ET為正值，總勢(shì)能曲線(xiàn)上出現(xiàn)一極大值，即為勢(shì)壘，若勢(shì)壘總夠高膠體顆粒的熱運(yùn)動(dòng)無(wú)法克服勢(shì)壘的阻礙，則交替顆粒保持穩(wěn)定，不能聚沉。

2.2混凝機(jī)理1．電性中和作用機(jī)理電性中和作用機(jī)理包括壓縮雙電層與吸附電中和作用機(jī)理，見(jiàn)圖6-4。（1）壓縮雙電層加入電解質(zhì)加入，形成與反離子同電荷離子，產(chǎn)生壓縮雙電層作用，使ξ電位降低，從而膠體顆粒失去穩(wěn)定性，產(chǎn)生凝聚作用。壓縮雙電層機(jī)理適用于叔采－哈代法則，即：凝聚能力離子價(jià)數(shù)6。該機(jī)理認(rèn)為電位最多可降至0。因而不能解釋以下兩種現(xiàn)象：①混凝劑投加過(guò)多，混凝效果反而下降；②與膠粒帶同樣電號(hào)的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。

（2）吸附－電性中和這種現(xiàn)象在水處理中出現(xiàn)的較多。指膠核表面直接吸附帶異號(hào)電荷的聚合離子、高分子物質(zhì)、膠粒等，來(lái)降低電位。其特點(diǎn)是：當(dāng)藥劑投加量過(guò)多時(shí)，電位可反號(hào)。

2．吸附架橋吸附架橋作用是指高分子物質(zhì)和膠粒，以及膠粒與膠粒之間的架橋，架橋模型示意見(jiàn)圖6-5。高分子絮凝劑投加后，通?？赡艹霈F(xiàn)以下兩個(gè)現(xiàn)象：①高分子投量過(guò)少，不足以形成吸附架橋；②但投加過(guò)多，會(huì)出現(xiàn)“膠體保護(hù)”現(xiàn)象，見(jiàn)圖6-6；