第三章 凝聚与絮凝

第三章凝聚与絮凝

名词解释

1.凝聚：胶体脱稳并生成微小絮凝体的过程；

2.絮凝：脱稳的胶体或微小悬浮物聚结成大的絮凝体的过程；

3.混凝：凝聚和絮凝的总称，分别解释。

4.势垒：

5.聚沉值：在指定情形下使一定量的胶体颗粒聚沉所需的电解质的最低浓度。

6.临界电位：将ξ电位降至某一数值使胶体颗粒总势能曲线上的势垒处E=0，

胶体颗粒即可产生凝聚作用，此时的ξ电位称为临界电位。

7.盐基度：B=[OH]/3[Al]=n/6其比值表示水解和聚合反应的程度。

8.Stern层：在与胶体表面附近一、两个分子厚的区域内，反离子由于受到胶

体表面电荷强烈的静电引力而与胶体紧密吸附在一起，这一固定吸附层为stern层。

考点总结

胶体

1.定义：尺寸在1nm-1μm之间颗粒，包括浊质，天然有色成分，病毒，细菌

类，藻类。

2.去除原因：使水产生浑浊的原因；水中细菌、病毒、污染物的载体；为专项

杂质去除的前驱工艺，减轻后部负荷。

3.胶体带电原因：1）同晶置换，胶体颗粒结晶中的晶格取代使胶体表面产生

电荷；2）电离，胶体颗粒表面某些化学基团在水中电离使胶体带点；3）胶体颗粒表面与水作用后溶解并电解使胶体带点；4）胶体颗粒对水中某些离子的吸附使胶体带电。

4.胶体双电层结构：受静电引力、热运动扩散、溶剂化力的共同作用。

胶核电位形成离子束缚反粒子自由反粒子

吸附层扩散层

5.Stern模型

φ0电位：双电层内层与外层之间的电位差；

φs电位：又称Stern电位，为stern平面相对溶液内部的电位差；

ξ电位：胶粒在滑动面上相对溶液内部的电位差。该电位为胶体体系稳定性的指示，其绝对值越大，胶体越稳定，越难处理。

6.胶体稳定的原因

1.动力稳定性：胶体尺寸较小，布朗运动可以客服重力，使胶体稳定；

2.带电稳定性：两个带相同电荷的胶体颗粒存在静电斥力；

3.溶剂化稳定性：胶体颗粒周围有一层水分子规律定向排列的水化层，胶体靠

近时，水化层中水分子被挤压变形产生反弹力；

7.胶体混凝机理

1)压缩双电层作用：高价态离子替换低价态离子使双电层变薄；

2)吸附—电中和作用：胶体颗粒表面吸附异号离子、异号胶体颗粒或带

异号电荷的高分子，从而中和了胶体颗粒本身所带部分电荷，减少了胶体颗粒间的静电斥力，使胶体更易于聚沉。

3)吸附—架桥作用：高分子物质与胶粒也产生吸附作用，起胶粒与胶粒

之间的桥梁作用。

4)网捕—卷扫作用：当铝（铁）盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物

沉淀时，会像多孔的网一样，将水中的胶体颗粒和悬浮浊质捕获、卷扫下来，称网捕或卷扫作用。

（都不可过量投加，吸附电中和会导致带异号电荷再次稳定，高分子絮凝剂会产生类似水化膜的高分子层产生反弹力）

PAC主要利用水解缩合过程中产生的高价多核配合物的压缩双电层作用和吸附电中和作用。

8.絮凝影响因素

影响水混凝的主要因素有：水温、pH值、碱度、水中浊质颗粒浓度、水中有机污染物、混凝剂种类与投加量、混凝剂投加方式、水利条件。

水温：影响混凝剂水解效果，水的黏度，水的布朗运动。对于低温水处理，可以采用助凝剂，回流泥渣或采用接触过滤的形式。

pH值：影响混凝剂的水解效果，对高分子絮凝剂影响相对较小。

碱度：起到缓冲作用，保证絮凝状态的最优酸碱度，并保证管网水质。

水中浊质颗粒浓度：浊质颗粒浓度过低时，颗粒间的碰撞几率大大减小，混凝效果变差。浊质过高时，所需的混凝剂量也将大幅度增加。

水中有机污染物：水中有机物对胶体有保护稳定作用，将胶体颗粒保护起来，阻碍胶体颗粒之间的碰撞，阻碍混凝剂与胶体颗粒之间的脱稳凝集作用。

混凝剂种类与投加量；混凝剂投加方式；水力条件。

9.硫酸铝作用机理和预先水解原因

硫酸铝不断水解过程中，吸附架桥作用不断增强，压缩双电层作用不断减少。

预先水解

10.同向絮凝和异向絮凝及影响因素

异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。布朗运动所造成的颗粒碰撞速率与水温成正比，与颗粒的数量浓度平方成正比，而与颗粒尺寸无关。

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为同向絮凝。颗粒同向碰撞速率与颗粒浓度平方成正比，与粒径的三次方（即体积）成正比，与速度梯度G成正比。

11.混合和絮凝过程

参数混合絮凝

搅拌强度G=700-1000s-1 G=20-70s-1GT=1*104-105

时间10-20s 10-30min

控制原因使胶体颗粒迅速脱稳，超过

水解反应时间水解产物自身

会聚合产生沉淀物，压缩双

电层和吸附电中和能力降低

使细小颗粒之间产生速度梯度；有

足够的反应时间使颗粒逐渐增长到

可以重力沉降的颗粒尺寸。

设施水力混合、水泵混合、

管式混合、机械混合

机械絮凝池/隔板絮凝池/折板絮凝

池/栅条网格絮凝池、穿孔流絮凝池

12.往复式隔板絮凝池与回转式隔板絮凝池

类型往复式回转式

特点转折处能量消耗大，絮体碰

撞机会大，易引起絮体破碎，

施工容易

避免絮体破碎，减少颗粒碰撞，但

进水管在池底，施工困难

13.混凝剂投加方式、优缺点及其适用条件。

投加方式重力投加压力投加加药泵

优点

操作简单，

投加安全可靠

设备简单，使用方

便，不受药液池高程

所限

可以定量投加，不受

压力管压力所限

缺点

必须建造高位药熔

池，增加加药间高层

效率较低，如药液浓

度不当，可能引起堵

塞

价格较贵，泵易引起

堵塞，养护较麻烦

适用条件中小型水厂；考虑输

液管线的水损，输液

管线不宜过长

各种规模均适用适用于大中型水厂