水污染控制工程3PPT课件
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例：用Na+和有机胺离子RNH3+去除带负电的碘化银溶液 造成的浊度。
发现有机胺离子脱稳的能力比Na+大得多， Na+ 投加过量 不会造成胶粒再稳，而有机胺则不然，超过一定投量时能 使胶粒再稳。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及电荷变号现象
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。
局限性-不能解释以下现象：
·混凝剂投加过多，混凝效果反而下降； ·与胶粒带同样电荷的聚合物或高分子也会有很好的混凝效果。
单纯根据静电现象解释
2、吸附电中和
指胶粒表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、 胶粒等，中和了部分电荷，因而降低了电位，减小了静电 斥力，使胶粒脱稳。吸附+静电作用
·当两个胶粒相互接近时，由于电位降低，它们互相排斥的 力就减小了，即：溶液中离子浓度高的胶粒间斥力比离子 浓度低的要小。
·由于扩散层变薄，它们相撞时距离减小，导致相互间吸力 增大，合力变为以吸力为主，胶粒得以迅速凝聚。
F斥1/d2， F吸 1/d6
该机理可以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，淡水携带胶
吸附层
扩散层
胶粒
｛｝
胶团
胶粒带电 胶团不带电
氢氧化铁胶体的结构
当胶粒运动时，扩散层中的大部分反离子就会脱离胶 团，向溶液主体扩散，脱离的界面称为滑动面，其结 果必然使胶粒产生剩余电荷，这样胶粒与扩散层之间 就会形成电位差，称为胶体的动电电位，即Zeta电位 （电位），而胶粒表面的电位离子与溶液主体之间 的电位差则成为总电位（ 电位 ）。
3、吸附架桥
指高分子物质和胶粒、以及胶粒与胶粒之间的吸附与桥连作 用。
现象： ·高分子投量过少，不足以形成吸附架桥； ·但投加过多，会出现“胶体保护”现象。 ·已经架桥凝聚的胶粒，如受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。
聚合物在胶粒表面的吸附力： 范德华引力、静电引力、氢键、配位键等
可以解释非离子型或带同电号的离子型高分子絮凝剂有 较好的混凝效果的现象
4、沉淀网捕或卷扫
当金属盐（铝盐、铁盐）或金属氧化物和氢氧化物（如石 灰）做混凝剂时，当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物 或金属碳酸盐时，水中的胶粒可被这些沉淀物在形成时所网 捕。
水中胶粒本身可作为金属氢氧化物沉淀物形成的核心，因而 混凝剂投加量与被去除物质的浓度成反比，即胶粒越多，混 凝剂投加量越少。
第三章 混 凝
• 混凝处理的对象 • 胶体的性质与结构 • 混凝机理 • 混凝剂的发展与应用 • 影响混凝的主要因素 • 混凝动力学 • 混凝设备与应用
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总体概述
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一、概述
1、概念
·无机－有机复合：
聚合铝/铁-聚丙烯酰胺、聚合铝/铁-甲壳素、聚合铝/铁-天然有 机高分子、聚合铝/铁-其它合成有机高分子
·多功能混凝剂：
絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻
2、铝系混凝剂 （1）硫酸铝
·Al2(SO4)3nH2O, n=6, 10, 14, 16, 18, 27 ·大多使用块状或粒状 ·投加方式：干式或湿式， 湿式： 10-20%（重量） ·使用水温：20-40℃ ·适宜pH范围：5.5～8，且随原水的硬度而异
天然
淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 微生物絮凝剂
发展趋势
·无机复合聚合物混凝剂：
聚合硫酸铝铁（PFAS）、聚合氯化铝铁（PFAC）、聚合硫 酸氯化铁（PFSC）、聚合硫酸氯化铝（PASC）、聚合铝硅、 聚合铁硅、聚合硅酸铝、聚合硅酸铁
·有机高分子混凝剂：
阳离子有机化合物、天然改性高分子絮凝剂（无毒易降解， 如甲壳素）、微生物絮凝剂
总电位一定时，扩散层越厚， 电位越高。
一般 粘土电位＝-15 ~- 40mV
细菌电位＝-30 ~ -70mV
2. 胶体的稳定性
1) 胶体受力情况 • 静电斥力：ER－1/d2 • 范德华引力：EA－1/d6
2) 胶体的稳定性与DLVO理论(只适用于憎水性胶体)
DLVO理论
DLVO 理 论 （ Derjagin 、 Landau 、 Verwey 、 Overbeek 四 人 提 出），是目前对胶体稳定性解释得比较完善的理论。
混凝: 包括凝聚和絮凝两步。 凝聚: 指胶体脱稳、并聚集为微絮粒的过程。 絮凝: 指微絮粒通过吸附、卷带、桥连而成长 为更大的絮凝体的过程。
混凝剂: 能起凝聚与絮凝作用的药剂。
2、处理对象 去除水中细小的悬浮物和胶体，范围：1nm~100m 水中主要杂质：粘土（50nm-4 m） 细菌（0.2m-80m） 病毒（10nm-300nm） 蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸
应用
·各种工业废水的预处理、中间处理或城市污水的三级处理 和污泥处理：造纸、钢铁、纺织、煤炭、化工、食品等
·给Βιβλιοθήκη Baidu处理
3、混凝过程涉及到的问题
·水中胶体的性质 ·混凝剂在水中的水解与形态 ·胶体与混凝剂的相互作用
二、胶体的性质
1、胶体的结构
胶核：胶体分子聚合 而成的微粒。
电位形成离子 反离子
｛ [胶核] 电位形成离子, 束缚反离子 ｝自由反离子
动力学稳定性
• 胶体的布朗运动能量Eb＝1.5kT
Eb<Vmax（势垒）
聚集稳定性 • 憎水性胶体 胶体带电相斥 • 亲水性胶体 水化膜的阻碍
聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。
三、混凝机理
1、压缩双电层
加入电解质对胶体进行脱稳 电解质加入→与反离子同电荷离子 →由于异号离子相吸作用 和扩散作用而挤入扩散层、吸附层→胶粒带电荷数减小→压缩 双电层→ 电位 →稳定性 →凝聚
小胶粒与大矾花发生接触凝聚 ―――澄清池中发生的现象
四、混凝剂和助凝剂
1、混凝剂的种类
无机 有机
铝系
硫酸铝 明矾 聚合氯化铝（PAC） 聚合硫酸铝（PAS）
铁系
三氯化铁 硫酸亚铁 硫酸铁（国内生产少） 聚合硫酸铁 聚合氯化铁
人工合成 合成
阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物 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（PEO） 两性型：
发现有机胺离子脱稳的能力比Na+大得多， Na+ 投加过量 不会造成胶粒再稳，而有机胺则不然，超过一定投量时能 使胶粒再稳。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及电荷变号现象
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。
局限性-不能解释以下现象：
·混凝剂投加过多，混凝效果反而下降； ·与胶粒带同样电荷的聚合物或高分子也会有很好的混凝效果。
单纯根据静电现象解释
2、吸附电中和
指胶粒表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、 胶粒等，中和了部分电荷，因而降低了电位，减小了静电 斥力，使胶粒脱稳。吸附+静电作用
·当两个胶粒相互接近时，由于电位降低，它们互相排斥的 力就减小了，即：溶液中离子浓度高的胶粒间斥力比离子 浓度低的要小。
·由于扩散层变薄，它们相撞时距离减小，导致相互间吸力 增大，合力变为以吸力为主，胶粒得以迅速凝聚。
F斥1/d2， F吸 1/d6
该机理可以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，淡水携带胶
吸附层
扩散层
胶粒
｛｝
胶团
胶粒带电 胶团不带电
氢氧化铁胶体的结构
当胶粒运动时，扩散层中的大部分反离子就会脱离胶 团，向溶液主体扩散，脱离的界面称为滑动面，其结 果必然使胶粒产生剩余电荷，这样胶粒与扩散层之间 就会形成电位差，称为胶体的动电电位，即Zeta电位 （电位），而胶粒表面的电位离子与溶液主体之间 的电位差则成为总电位（ 电位 ）。
3、吸附架桥
指高分子物质和胶粒、以及胶粒与胶粒之间的吸附与桥连作 用。
现象： ·高分子投量过少，不足以形成吸附架桥； ·但投加过多，会出现“胶体保护”现象。 ·已经架桥凝聚的胶粒，如受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。
聚合物在胶粒表面的吸附力： 范德华引力、静电引力、氢键、配位键等
可以解释非离子型或带同电号的离子型高分子絮凝剂有 较好的混凝效果的现象
4、沉淀网捕或卷扫
当金属盐（铝盐、铁盐）或金属氧化物和氢氧化物（如石 灰）做混凝剂时，当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物 或金属碳酸盐时，水中的胶粒可被这些沉淀物在形成时所网 捕。
水中胶粒本身可作为金属氢氧化物沉淀物形成的核心，因而 混凝剂投加量与被去除物质的浓度成反比，即胶粒越多，混 凝剂投加量越少。
第三章 混 凝
• 混凝处理的对象 • 胶体的性质与结构 • 混凝机理 • 混凝剂的发展与应用 • 影响混凝的主要因素 • 混凝动力学 • 混凝设备与应用
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总体概述
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一、概述
1、概念
·无机－有机复合：
聚合铝/铁-聚丙烯酰胺、聚合铝/铁-甲壳素、聚合铝/铁-天然有 机高分子、聚合铝/铁-其它合成有机高分子
·多功能混凝剂：
絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻
2、铝系混凝剂 （1）硫酸铝
·Al2(SO4)3nH2O, n=6, 10, 14, 16, 18, 27 ·大多使用块状或粒状 ·投加方式：干式或湿式， 湿式： 10-20%（重量） ·使用水温：20-40℃ ·适宜pH范围：5.5～8，且随原水的硬度而异
天然
淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 微生物絮凝剂
发展趋势
·无机复合聚合物混凝剂：
聚合硫酸铝铁（PFAS）、聚合氯化铝铁（PFAC）、聚合硫 酸氯化铁（PFSC）、聚合硫酸氯化铝（PASC）、聚合铝硅、 聚合铁硅、聚合硅酸铝、聚合硅酸铁
·有机高分子混凝剂：
阳离子有机化合物、天然改性高分子絮凝剂（无毒易降解， 如甲壳素）、微生物絮凝剂
总电位一定时，扩散层越厚， 电位越高。
一般 粘土电位＝-15 ~- 40mV
细菌电位＝-30 ~ -70mV
2. 胶体的稳定性
1) 胶体受力情况 • 静电斥力：ER－1/d2 • 范德华引力：EA－1/d6
2) 胶体的稳定性与DLVO理论(只适用于憎水性胶体)
DLVO理论
DLVO 理 论 （ Derjagin 、 Landau 、 Verwey 、 Overbeek 四 人 提 出），是目前对胶体稳定性解释得比较完善的理论。
混凝: 包括凝聚和絮凝两步。 凝聚: 指胶体脱稳、并聚集为微絮粒的过程。 絮凝: 指微絮粒通过吸附、卷带、桥连而成长 为更大的絮凝体的过程。
混凝剂: 能起凝聚与絮凝作用的药剂。
2、处理对象 去除水中细小的悬浮物和胶体，范围：1nm~100m 水中主要杂质：粘土（50nm-4 m） 细菌（0.2m-80m） 病毒（10nm-300nm） 蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸
应用
·各种工业废水的预处理、中间处理或城市污水的三级处理 和污泥处理：造纸、钢铁、纺织、煤炭、化工、食品等
·给Βιβλιοθήκη Baidu处理
3、混凝过程涉及到的问题
·水中胶体的性质 ·混凝剂在水中的水解与形态 ·胶体与混凝剂的相互作用
二、胶体的性质
1、胶体的结构
胶核：胶体分子聚合 而成的微粒。
电位形成离子 反离子
｛ [胶核] 电位形成离子, 束缚反离子 ｝自由反离子
动力学稳定性
• 胶体的布朗运动能量Eb＝1.5kT
Eb<Vmax（势垒）
聚集稳定性 • 憎水性胶体 胶体带电相斥 • 亲水性胶体 水化膜的阻碍
聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。
三、混凝机理
1、压缩双电层
加入电解质对胶体进行脱稳 电解质加入→与反离子同电荷离子 →由于异号离子相吸作用 和扩散作用而挤入扩散层、吸附层→胶粒带电荷数减小→压缩 双电层→ 电位 →稳定性 →凝聚
小胶粒与大矾花发生接触凝聚 ―――澄清池中发生的现象
四、混凝剂和助凝剂
1、混凝剂的种类
无机 有机
铝系
硫酸铝 明矾 聚合氯化铝（PAC） 聚合硫酸铝（PAS）
铁系
三氯化铁 硫酸亚铁 硫酸铁（国内生产少） 聚合硫酸铁 聚合氯化铁
人工合成 合成
阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物 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（PEO） 两性型：