第8章 胶体稳定性
第八章 土壤胶体与土壤离子交换-胶体性质
土壤胶体的结构和性质
4. 土壤胶体的吸附性和交换能力
由于胶体的巨大表面能，使其对周围分 子或离子有很强的吸附力，同样胶体的电 性使其扩散层的离子与土壤溶液中的离子 有交换能力。
比表面积 （cm2·g-1）
45,200
226,000
452,000
2,260,000
很显然,土粒越细比表面越大,土壤中颗粒的形状多种多样. 只有砂粒近 似球形,但其表面大多不平,大部分粘粒多为片状,棒状,针状, 实际上胶 体的表面积比光滑的球体大得多。
由于土壤胶体具有巨大表面积，从而具有巨大的表面能。
立方体数 目 1 103 106 109 1012 1015 1018 1021
总表面积
6cm2 60cm2 600cm2 6000cm2 6m2 60m2 600m2 6000m2
比表面积 （cm2·cm-3）
6 6×10 6×102 6×103 6×104 6×105 6×106 6×107
土壤胶体的结构和性质
土壤干燥、冻结过程中，水膜消失，也就加大了电解质浓度，减 小扩散层厚度，使胶粒互相凝聚而形成结构。生产上晒垡、冻垡等 措施也就起了这个作用，所以晒、冻垡有利于土壤形成结构； 相反，土壤水分过多，土壤溶液电解质浓度相应减小，扩散层加厚， 胶粒互相排斥而成溶胶状。 常年泡水的沤水田、烂泥田，土粒分散，缺少结构，通气性差， 栽秧后易产生浮秧，就是因为胶粒分散，土壤不沉实。这种情况下， 施用石灰（CaO）、石膏（CaSO4），增加Ca2+浓度，对沉实土壤， 改良土性，有明显效果。
H2SiO3
HSiO3- +H+
SiO32-+H+ （带正电）
土壤胶体的结构和性质
第八章 溶胶
3cV r 4n
1/ 3
超显微镜是根据丁铎尔效应而设计的可看到胶体粒子 的存在及运动的显微镜. 与普通显微镜的差别是强光源照射, 在与入射光垂直的方向上及黑暗视野条件下观察.
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第四节
溶胶的动力学性质
用分子运动论的观点, 研究胶体粒子的无规则运动以及由 此而产生的扩散, 渗透等现象, 研究胶粒在重力场作用下, 粒子 浓度随高度的变化规律. 一、布朗(Brown)运动: 溶胶中的分散相粒子的不停息地作无 规则的运动，这种现象是植物学家(Brown)于1827年首先从水 中悬浮花粉的运动中观察到的. 用超显微镜可以观察布朗运动.
四、超显微镜测定胶体粒子的大小
在超显微镜下看到的是粒子的散射光的影像, 其大小比胶 体粒子本身的投影大数倍之多. 粒子的平均大小可以估算. 设用超显微镜测出体积为V的溶胶中粒子数为n ，而已 知分散相的浓度为c ，则在所测体积V中，胶粒的总质量为 cV ，每个胶粒的质量为cV/n ；假设粒子是半径为r 的球形, 粒子密度为 ，则由 cV/n = (4/3) r3 即可求得胶粒的平均半径:
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丁铎尔效应
由于溶胶的高度分散性和多相不均匀性, 当一束波长大 于溶胶分散相粒子尺寸的入射光照射到溶胶系统, 可发生散 射现象－丁铎尔现象.
透 镜 光 源
溶胶
• 丁铎尔效应
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第三节 溶胶的光学性质
一、光的吸收、散射和反射 • 当入射光的频率与分子的固有频率相同时, 发生光的吸收. • 当光束与体系不发生任何相互作用时, 则可透过. • 当入射光的波长小于分散粒子的尺寸时, 则发生光的反射. • 若入射光的波长大于分散粒子的尺寸时, 则发生光的散射. 可见光波长在400~700nm范围内, 大于一般胶体粒子的尺寸 (1~100)nm, 可发生光的散射. 光的振动频率高达1015Hz, 光的照射相当于外加电磁场作用于 胶体粒子, 使围绕分子或原子运动的电子被迫产生振动, 而质量达 大于电子的原子核是无法跟上如此高频率的振动的, 这样被光照射 的微小晶体上的每个分子, 便以一个次级光源的形式, 向四面八方 辐射出与入射光有相同频率的次级光波. 丁铎尔现象的实质是光 的散射作用. 丁铎尔效应又称为乳光效应, 散射光的强度可由瑞利 00-7-28 10 公式计算.
水处理题库
第一章1.1 水质与水质指标一单选题1、污水呈酸碱性，一般都用 _____ 表示。
A. pH 值 B . COD C . SS D . TOC2、引起富营养化的物质是 _____ 。
A.硫化物、氮 B .氮、磷C.磷、有机物 D .有机物、硫化物3、生化需氧量指标的测定， 水温对生物氧化反应速度有很大影响， 一般以 _____ 为标准。
A .常温B . 10C C . 30CD . 20C4、 城市污水一般是以 ____ 物质为其主要去除对象的。
A. BODB.DOC.SSD.TS5、 污水的物理处理法主要是利用物理作用分离污水中主要呈 ______ 污染物质。
A.漂浮固体状态B.悬浮固体状态C.挥发性固体状态D.有机状态 6、生活污水的pH 一般呈 ___ A. 中性 B. 微碱性 C. 7、 污水最后出路有三种，下面 A 排放水体 B 灌溉农田8 . COD 是指 。
A 生物化学需氧量BC 总需氧量D C 指标来说明。
D.DO 指标来说明。
D.BOD511. B005 指标是反映污水中， B 污染物的浓度。
A.无机物B.有机物C.固体物D.胶体物12. 二级处理的主要处理对象是处理 D 有机污染物。
A. 悬浮状态B. 胶体状态C. 溶解状态D. 胶体，溶解状态13. 二级城市污水处理，要求 BOD5去除 C 。
A. 50 %左右B.80 %左右C.90%左右D.100%14. 生活污水中的杂质以 C 为最多。
A.无机物B.SSC.有机物D.有毒物质15. 生物化学需氧量表示污水及水体被 D 污染的程度。
A.悬浮物B.挥发性固体C.无机物D.有机物16. 排放水体是污水的自然归宿，水体对污水有一定的稀释与净化能力，排放水 体也称为污水的 A 处理法。
A.稀释B. 沉淀C.生物D.好氧17. 水体如严重被污染，水中含有大量的有机污染物， DO 的含量为DA. 0.1B.0.5C.0.3D.0 0中性、微酸性 D. 中性、微碱性_____ 不在其中。
第八章表面现象与分散系统判断题答案
第八章表面现象与分散系统判断题答案1．只有在比表面很大时才能明显地看到表面现象，所以系统表面增大是表面张力产生的原因。
解：错，表面张力产生的原因是处于表面层的分子与处于内部的分子受力情况不一样。
2．对大多数系统来讲，当温度升高时，表面张力下降。
解：对。
3．比表面吉布斯函数是指恒温、恒压下，当组成不变时可逆地增大单位表面积时，系统所增加的吉布斯函数，表面张力则是指表面单位长度上存在的使表面张紧的力。
所以比表面吉布斯函数与表面张力是两个根本不同的概念。
解：错，二者既有区别，又有联系。
4．恒温、恒压下，凡能使系统表面吉布斯函数降低的过程都是自发过程。
解：错，恒温、恒压，W’＝0时，ΔG < 0才是自发过程。
5．过饱和蒸气之所以可能存在，是因新生成的微小液滴具有很大的比表面吉布斯函数。
解：错，新生成的微小液滴有很高的比表面，因而有很高的表面吉布斯函数。
6．液体在毛细管内上升或下降决定于该液体的表面张力的大小。
解：错，液体在毛细管内上升或下降决定于液体能否润湿管壁，润湿与否与σ(l-g)、σ(l-s)和σ(g-s)的相对大小有关。
7．单分子层吸附只能是化学吸附，多分子层吸附只能是物理吸附。
解：错。
8．产生物理吸附的力是范德华力，作用较弱，因而吸附速度慢，不易达到平衡。
解：错。
9．在吉布斯吸附等温式中，Γ为溶质的吸附量，它随溶质(表面活性物质)的加入量的增加而增加，并且当溶质达饱和时，Γ达到极大值。
解：错，达到饱和吸附时，不一定达到饱和浓度。
10．由于溶质在溶液的表面产生吸附，所以溶质在溶液表面的浓度大于它在溶液内部的浓度。
解：错，溶质在表面层的浓度可以低于它在内部的浓度。
11．表面活性物质是指那些加人到溶液中，可以降低溶液表面张力的物质。
解：错，能显著降低溶液表面张力的物质才称为表面活性物质。
12．溶胶在热力学和动力学上都是稳定系统。
解：错，溶胶在热力学上是不稳定的。
13．溶胶与真溶液一样是均相系统。
第八章胶体化学(粘土——水系统)
第八章胶体化学( 粘土——水系统)教学要求：1. 明确胶体的概念及胶粒的粒径范围。
明确憎液溶胶的主要特征。
2. 明确胶体的光学性质（丁达尔效应）、动力性质（布朗运动、扩散、沉降）。
3. 熟悉溶胶的电学性质（电泳、电渗），理解胶粒带电的原因。
4. 明确扩散双电层理论，能根据胶体制备条件写出胶团的结构式。
5. 掌握憎液溶胶的稳定和聚沉的原因，了解电解质及其他因素对溶胶稳定性的影响。
6. 清楚聚沉值、聚沉能力、价数规则的含义，能判断电解质聚沉能力的大小。
7. 了解粘土胶体结构的带电原因，及影响其阴、阳离子交换能力大小的因素。
8. 明确影响粘土泥浆流动性、稳定性、触变性、可塑性的因素。
教学重点难点：1．明确胶体分散系统的分类、性质及稳定因素，熟悉胶体的基本理论。
2．重点掌握粘土-水系统的胶体的特性，明确其带电原因、电学性质、胶团结构。
明确粘土-水系统的其胶体性质（流动性、稳定性、触变性、可塑性）。
胶体化学部分省略粘土——水系统1粘土的荷电性（1）负电荷：①粘土晶格内离子的同晶置换，硅氧四面体中Si4+被Al3+所转换，或铝氧八面体中三价的铝被二价镁、铁所置换。
蒙脱石：2：1型，二八面，层间水，高岭石：1：1型，二八体，无层间水高岭石中破键,少量同晶置换，③吸附在表面的腐殖质离解而产生。
（2）两性电荷①高岭石在酸性或中性及弱碱性条件下，带正电荷。
②高岭石在强碱性条件下，OH基中H解离，使得边面带负电荷。
2 粘土的离子吸附与交换粘土由于同晶置换，破键和吸附腐殖质的离解使得粘土带负电。
（1）吸附：介质中的阳离子。
H+饱和是纯粘土；Na+饱和是Na粘土；自然界中大量存在是Ca2+。
离子被吸附的难易程度取决于离子的电价及水化半径，电价升高，易被吸附，同价阳离子+>K+>Na+>Li+水化半径越小，越被吸附。
其顺序 H+>Al3+>Ba2+Sr2+>Ca2+>Mg2+NH4（2）离子交换：由于各种阳离子的被吸附能力不同，因而已被吸附在粘土颗粒上的阳离子，就可能被吸附能力更强的离子所置换。
水质工程学(上)答案
14章4．反应器原理用于水处理有何作用和特点？答：作用：推动了水处理工艺发展；特点：在化工生产中，反应器都只作为化学反应设备来独立研究，但在水处理中，含义较广泛，许多水处理设备与池子都可作为反应器来进行分析研究，包括化学反应、生物化学反应以至纯物理过程等。
例：沉淀池。
5.试举出3种质量传递机理的实例。
答：质量传递包括主流传递、分子扩散传递、紊流扩散传递。
1、主流传递：在平流池中，物质将随水流作水平迁移。
物质在水平方向的浓度变化，是由主流迁移和化学引起的。
2、分子扩散传递：在静止或作层流运动的液体中，存在浓度梯度的话，高浓度区内的组分总是向低浓度区迁移，最终趋于平均分布状态，浓度梯度消失。
如平流池等。
3、紊流扩散传递：在绝大多数情况下，水流往往处于紊流状态。
水处理构筑物中绝大部分都是紊流扩散。
6.（1）完全混合间歇式反应器（CMB）不存在由物质迁移而导致的物质输入和输出，且假定是在恒温下操作（2）完全混合连续式反应器（CSTR）反应物投入反应器后，经搅拌立即与反应器内的料液达到完全均匀混合，输出的产物其浓度和成分与反应器内的物料相同(3)推流型反应器（PF）反应器内的物料仅以相同流速平行流动，而无扩散作用，这种流型唯一的质量传递就是平行流动的主流传递答:在水处理方面引入反应器理论推动了水处理工艺发展。
在化工生产过程中，反应器只作为化学反应设备来独立研究，但在水处理中，含义较广泛。
许多水处理设备与池子都可作为反应器来进行分析研究，包括化学反应、生物化学反应以至物理过程等。
例如，氯化消毒池，除铁、除锰滤池、生物滤池、絮凝池、沉淀池等等，甚至一段河流自净过程都可应用反应器原理和方法进行分析、研究。
介绍反应器概念，目的就是提供一种分析研究水处理工艺设备的方法和思路。
7.为什么串联的CSTR 型反应器比同容积的单个CSTR 型反应器效果好？答：因为使用多个体积相等的CSTR 型反应器串联，则第二只反应器的输入物料浓度即为第一只反应器的输出物料浓度，串联的反应器数愈多，所需反应时间愈短，理论上，当串联的反应器数N 趋近无穷时，所需反应时间将趋近于CMB 型和PF 型的反应时间。
水质工程学Ⅰ思考题
第1章水质与水处理概论一、选择题1．地表水水质特点是（）A. 浊度变化大B. 水温不稳定C. 含盐量大D. 易受有机污染E. 细菌多2．地下水与地表水相比，其特点是（）A. 分布广B. 水温稳定C. 受污染少D. 含盐量少E. 浊度低3．水中杂质按颗粒尺寸大小可分为（）A. 胶体B. 悬浮物C. 溶解杂质D. 有机物E. 细菌第2章水的处理方法概论一、问答题1、三种理想反应器的假定条件是什么?研究理想反应器对水处理设备的设计和操作有何作用?2、3种理想反应器的容积或物料停留时间如何求得？试写出不同反应级数下3种理想反应器内物料的平均停留时间公式。
3、在实验室内作氯消毒试验。
已知细菌被灭火速率为一级反应，且k=0.85min-1。
求细菌被灭火99.5%时，所需消毒时间为多少分钟？4、设物料i分别通过CSTR型和PF型反应器进行反应后，进水和出水中i浓度值比均为C0/Ce=10，且属一级反应，k=2h-1。
求水流在CSTR型和PF型反应器内各需多少停留时间。
5、PF型和CMB型反应器为什么效果相同？两者优缺点比较。
第3章凝聚和絮凝一、选择题1．混合阶段要求快速剧烈，通常不超过（）A. 5分钟B. 2分钟C. 1分钟D. 30秒2．破坏胶体的稳定性可采用投加（）A. 氧化剂B. 食盐C. 消毒剂D. 混凝剂3．胶体稳定性的关键是（）A. 动力学稳定性B. 聚集稳定性C. 水化膜D. 范德化力作用4．异向絮凝是由下列因素造成的颗粒碰撞（）A. 布朗运动B. 机械C. 水力D. 水泵5．影响混凝效果的水力控制参数是（）A. 流量QB.流速υC. 水温TD. 速度梯度G6．胶体能稳定存在于水中的原因是（）A. 具有布朗运动B. 溶解度高C. 表面积大D. 表面水化膜E. 双电层结构7．同向絮凝中,颗粒的碰撞速率与下列因素有关( )A. 速度梯度B. 颗粒浓度C. 颗粒直径D. 絮凝时间E. 搅拌方式8．影响混凝效果的主要因素为（）A. 水温B. 水的PHC. 水的碱度D. 水的流速E. 水中杂质含量9．在机械絮凝池中，颗粒碰撞主要靠（）提供能量A.机械搅拌器B. 自身能量消耗C. 水平流速 D . 布朗运动10．压缩双电层与吸附电性中和作用的区别在于（）A. 前者会出现电荷变号B. 后者会出现电荷变号C. 前者仅靠范德华引力 D . 后者仅靠静电引力11．为防止絮凝体破碎，在絮凝阶段要求速度梯度（）A. 逐渐增大B. 逐渐减小C. 维持不变D. 都可以12．在混合阶段，剧烈搅拌的目的是（）A. 造成颗粒碰撞B. 药剂快速水解、聚合及颗粒脱稳C. 使速度梯度减小 D . A、B、C都有二、名词解释1.胶体稳定性2.同向絮凝3. 胶体脱稳4. 异向絮凝5.聚集稳定性6. 动力学稳定三、简答题1、在净化水时投加混凝剂的作用是什么？2、试写出常用的三种混凝剂及一种有机高分子混凝剂。
第十至十九章给水处理理论至其他处理方法习题及答案
第⼗⾄⼗九章给⽔处理理论⾄其他处理⽅法习题及答案给⽔⼯程第⼗四章给⽔处理概论P252：1、2、3思考题1.⽔中杂质按尺⼨⼤⼩可分成⼏类？了解各类杂质主要来源特点及⼀般去除⽅法。
2.叙述我国天然地表⽔源和地下⽔源的⽔质特点。
3 了解《⽣活饮⽤⽔卫⽣标准》中各项指标的意义。
4 反应器原理⽤于⽔处理有何作⽤和特点？5 试举出3种质量传递机理的实例。
6 3种理想反应器的假定条件是什么?研究理想反应器对⽔处理设备的设计和操作有何作⽤？7 为什么串联的CSTR型反应器⽐同容积的单个CSTR型反应器效果好？8 混合与返混在概念上有何区别？返混是如何造成的？9 PF型和CMB型反应器为什么效果相同？两者优缺点⽐较。
10 3种理想反应器的容积或物料停留时间如何求得？试写出不同反应级数下3种理想反应器内物料的平均停留时间公式。
11 何谓“纵向分散模型”？纵向分散模型对⽔处理设备的分析研究有何作⽤？1.⽔中杂质按尺⼨⼤⼩可分成⼏类？了解各类杂质主要来源特点及⼀般去除⽅法。
答：（1）⽔中杂质按尺⼨⼤⼩可分成悬浮物、胶体和溶解物三类。
（2）悬浮物的主要来源河中的泥沙、下⾬的藻类物质、⽔中腐殖质、矿物质废渣。
悬浮物的特点悬浮物尺⼨较⼤，易于在⽔中下沉或上浮。
如果密度⼩于⽔，则可上浮到⽔⾯。
易于下沉的⼀般式⼤颗粒泥沙及矿物质废渣，能够上浮的⼀般式体积较⼤⽽密度⼩的某些有机物。
悬浮物去除⽅法：⼤的颗粒通过⾃⾏下沉，⽽粒径较⼩的悬浮物须加混凝剂去除。
（3）胶体的主要来源是粘⼟、某些细菌及病毒、腐殖质及蛋⽩质，⼯业废⽔排⼊⽔体，会引⼊各种各样的胶质或有机分⼦物质和带电的⾦属氢氧化物胶体。
胶体的特点是胶体颗粒尺⼨很⼩，在⽔中长期静置也难下沉，同时胶体还带点并且有的胶体分⼦量很⼤。
胶体去除⽅法是投加混凝剂来去除。
（4）溶解体可分有机物和⽆机物两类；⽆机溶解物主要来源⼯业废⽔排放和矿物质；有机溶解物主要来源于⽔源污染，也有天然存在的，如腐殖质。
给水工程课后思考题答案15-19章
十四章：1、水中杂质按尺寸大小可分成几类？了解各类杂质主要来源、特点及一般去除方法。
答：水中杂质按尺寸大小可分成三类：１）悬浮物和胶体杂质：悬浮物尺寸较大，易于在水中下沉或上浮。
但胶体颗粒尺寸很小，在水中长期静置也难下沉，水中所存在的胶体通常有粘土、某些细菌及病毒、腐殖质及蛋白质等。
有机高分子物质通常也属于胶体一类。
天然水中的胶体一般带有负电荷，有时也含有少量正电荷的金属氢氧化物胶体。
粒径大于０.1mm的泥砂去除较易，通常在水中很快下沉。
而粒径较小的悬浮物和胶体物质，须投加混凝剂方可去除。
２）溶解杂质，分为有机物和无机物两类。
它们与水所构成的均相体系，外观透明，属于真溶液。
但有的无机溶解物可使水产生色、臭、味。
无机溶解杂质主要的某些工业用水的去除对象，但有毒、有害无机溶解物也是生活饮用水的去除对象。
有机溶解物主要来源于水源污染，也有天然存在的。
3、了解《生活饮用水卫生标准》中各项指标的意义。
(7’)答：在《标准》中所列的水质项目可分成以下几类。
一类属于感官性状方面的要求，如不的水度、色度、臭和味以及肉眼可见物等。
第二类是对人体健康有益但不希望过量的化学物质。
第三类是对人体健康无益但一般情况下毒性也很低的物质。
第四类有毒物质。
第五类细菌学指标，目前仅列细菌总数、总大肠菌数和余氯三项。
4、反应器原理用于水处理有何作用和特点？(7’)答：反应器是化工生产过程中的核心部分.在反应器中所进行的过程,既有化学反应过程,又有物理过程,影响因素复杂。
在水处理方面引入反应器理论推动了水处理工艺发展。
在化工生产过程中，反应器只作为化学反应设备来独立研究，但在水处理中，含义较广泛。
许多水处理设备与池子都可作为反应器来进行分析研究，包括化学反应、生物化学反应以至物理过程等。
例如，不的氯化消毒池，除铁、除锰滤池、生物滤池、絮凝池、沉淀池等等，甚至一段河流自净过程都可应用反应器原理和方法进行分析、研究。
9、PF型和CMB型反应器为什么效果相同？两者优缺点比较。
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第一部分 给 水 处 理第1章 混 凝1.1 混凝机理简而言之，混凝就是水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。
这一过程涉及三方面的问题：水中胶体粒子（包括微小悬浮物）的性质；混凝剂在水中的水解物种；胶体粒子与混凝剂之间的相互作用。
1.1.1 水中胶体稳定性所谓“胶体稳定性”，系指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性，分“动力学稳定”和“聚集稳定”两种。
动力学稳定系指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。
粒子愈小，动力学稳定性愈高。
聚集稳定系指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。
胶体粒子很小，比表面积大从而表面能很大，在布朗运动作用下，有自发地相互聚集的倾向，但是由于粒子表面同性电荷的斥力作用或者水化膜的阻碍使这种自发聚集不能发生。
不言而喻，如果胶体粒子表面电荷或者水化膜消除，便失去聚集稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从而动力学稳定性也随之破坏，沉淀就会发生。
因此，胶体稳定性，关键在于聚集稳定性。
1.1.2 混凝机理水处理中的混凝现象比较复杂。
不同种类的混凝剂以及不同的水质条件，混凝剂作用机理都有所不同。
混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有3种：电性中和、吸附架桥和卷扫作用。
这3种作用究竟以何者为主，取决于混凝剂种类和投加量、水中胶体粒子性质、含量以及水的PH 值等。
这三种作用有时会同时发生，有时仅其中1-2种机理起作用。
1.2 混凝剂和助凝剂1.2.1 混凝剂应用于饮用水处理的混凝剂应符合以下基本要求：混凝效果好；对人体健康无害；使用方便；货源充足，价格低廉。
混凝剂种类很多，按化学成分可以分为无机和有机两大类。
无机混凝剂品种较少，目前主要是铁盐和铝盐及其聚合物，在水处理中用的最多。
有机混凝剂种类很多，主要是高分子物质，但在水处理中的应用比无机少。
（1） 无机混凝剂常用的无机混凝剂列于表1-1。
聚合铝 聚合铝包括聚合氯化铝和聚合硫酸铝等，目前使用最多的是聚合氯化铝。
聚合氯化铝又名碱式氯化铝或羟基氯化铝。
给水工程下册各章节内容考试复习重点
给水工程下册各章节内容考试复习重点1.给水处理的任务：用不同的方法与装置改变原水的主要质量指标以满足用户的要求，提高水的质量，解决原水不能满足用户要求的矛盾.2.原水中的杂质：（1）悬浮物：尺寸较大，易于在水中下沉或上浮.（2）胶体杂质：颗粒尺寸很小，在水中长期静置也难下沉；天然水中的胶体一般带负电荷. （3）溶解杂质：包括有机物和无机物两类.3.（1）水质标准是用水对象所要求的各项水质参数应达到的指标和限值.（2）水质参数指能反映水的使用性质的量，但不涉及具体数值.4.生活饮用水卫生标准（GB 5749-2006）（1）感官性状和一般化学指标（2）毒理学指标（3）微生物指标（4）放射性指标5.给水处理方法概述：水处理方法应根据水源水质和用水对象对水质的要求确定.①悬浮杂质：沉淀法去除②胶体状态存在水中的杂质：混凝沉淀过滤去除③离子、分子状态存在水中的杂质：生成沉淀物将这种杂质去除④有机物：用活性炭吸附⑤微生物、细菌等：消毒方法----以地表水为水源的水厂采用的常规处理工艺：混凝——沉淀——过滤——消毒6.（1）澄清工艺通常包括混凝、沉淀和过滤.处理对象主要是水中悬浮物和胶体杂质.（2）消毒是消除水中致病微生物的致病作用.7.除铁、除锰和除氟（第19章）：主要针对地下水而言.----常用除铁、锰的方法是：自然氧化法和接触氧化法.----当水中含氟量超过1.0mg/L时，需采用除氟措施：a.投入硫酸铝等使氟化物沉淀；b.利用活性氧化铝等进行吸附交换.8.软化（第21章）：处理对象主要是水中的钙、镁离子.-----软化方法有：离子交换法和药剂软化法.9.生活饮用水预处理和深度处理：主要处理对象是水中的有机污染物.-----处理原理：吸附、氧化、生物降解、膜滤.第15章混凝一、混凝机理1.（1）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.（2）凝聚：胶体失去稳定性的过程.（3）絮凝：脱稳胶体相互聚集.----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.（4）胶体稳定性：指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性.-----胶体稳定性分“动力学稳定”和“聚集稳定”两种.-----动力学稳定：指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力.（无规则的布朗运动强，对抗重力影响的能力强.）-----聚集稳定：指胶体粒子之间不能相互聚集的特性.包括：①胶体带电相斥（憎水性胶体）；②水化膜的阻碍（亲水性胶体）.注：在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳定对胶体稳定性的影响起关键作用.2.DLVO理论：PPT6，P255.胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥势能与吸引势能，分别由静电斥力与范德华引力产生.3.混凝机理:(1)电性中和作用机理:①压缩双电层：----要使胶体脱稳，相互碰撞结合，必须消除或降低排斥能峰，即是消除或降低ζ电位. ----有效措施：投加混凝剂→压缩扩散层→微粒间相互聚集.----混凝剂是正离子→进入胶体的吸附层和扩散层→压缩其厚度→ζ电位减小→胶体脱稳，相互粘结.：②吸附－电性中和：这种现象在水处理中出现的较多.主要是指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，来降低电位.----其特点是：当药剂投加量过多时，电位可反号.（2）吸附架桥：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.----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”现象，（3）网捕或卷扫：金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的网捕与卷扫.所需混凝剂量与原水杂质含量成反比，即当原水胶体含量少时，所需混凝剂多，反之亦然.4.硫酸铝的混凝机理：不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理不同.何种作用机理为主，决定于铝盐的投加量、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；pH=4-5 多核羟基络合物起吸附电性中和；pH=6.5-7.5 氢氧化铝起吸附架桥.二、混凝剂和助凝剂1.混凝剂：主要分为无机混凝剂和有机混凝剂.应用于饮用水处理的混凝剂应符合的基本要求有：混凝效果好，对人体健康无害，使用方便，货源充足，价格低廉.主要分为无机混凝剂和有机混凝剂.表15-12.助凝剂：当单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加某种辅助药剂以提高混凝效果，这种药剂称为助凝剂.助凝剂通常是高分子物质.机理：高分子物质的吸附架桥.作用：（1）调节和改善混凝条件，加速混凝过程；（2）加大絮凝体的密度和重量，使它迅速下沉；（3）在絮凝体之间起吸附架桥和沉淀网捕作用.----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 酸碱类：调整水的pH ，如石灰、硫酸等；② 加大矾花的粒度和结实性：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.三、混凝动力学1.基本概念.混凝动力学：研究颗粒碰撞速率属于混凝动力学范畴.颗粒相互碰撞的动力来自两个方面：①颗粒在水中的布朗运动；②在水力或机械搅拌所造成的流体运动.异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集.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.2.异向絮凝颗粒的碰撞速率可按费克（Fick ）定律计算：28n dD N Bp π= υρπd KT D B 3= 式中：D B ——布朗运动扩散系数；K 为波兹曼常数，1.38×10-16；T 为温度； ν为水的运动粘度； ρ为水的密度.因此： 238KTn Np υρ=故Np 只与颗粒数量和水温有关，而与颗粒粒径无关.但当颗粒的粒径大于1m ，布朗运动消失.从上式可以看出，T ↑会引起Np ↑，所以在水处理不好时，可在原水中加入少量粘土，加大n ，使碰撞加剧，从而使Np 加大.3.同向絮凝（1）层流理论：颗粒的碰撞速率按下式计算： G d n N 32340= z u G ∆∆= G --速度梯度，s-1；△u --相邻两流层的流速增量，cm/s ；△z --垂直于水流方向的两流层之间距离，cm.在公式中，n 和d 均属原水杂质特性，而G 是控制混凝效果的水力条件.故在絮凝设 备中，往往以速度梯度G 作为控制参数之一.在被搅动的水流中，考虑一个瞬间受剪而扭转的隔离体△x ·△y ·△z ，设在时间△t内，隔离体扭转了θ角度，于是角速度△ω为：G:速度梯度；s-1p:单位体积流体所耗功率，W/m3; μ:水的动力粘度，Pa ·s.当采用机械搅拌时，p 由机械搅拌器提供.当采用水力絮凝池时，p 应为水流本身所消耗的能量，由下式决定：gQh pV ρ= QT V = 故采用水力絮凝池时: T gh G ·ν= （甘布公式） 式中：g--重力加速度，9.8m/s2; h--混凝设备中的水头损失，m ；ν--水的运动粘度，m2/s;T--水流在混凝设备中的停留时间，s. （2）同向紊流理论①外部施加的能量形成大涡旋；②大涡旋将能量输送给小涡旋；③小涡旋将能量输送给 更小的涡旋；④只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗粒碰撞. Gz u z t l t =∆∆=∆•∆∆=∆∆=∆1θωμp G =28n dD N Bp π=式中，紊流扩散系数 λλu D =，λu 为相应于λ尺度的脉动速度，为：得： λελv u 151= ε:单位时间、单位体积流体的有效能耗；υ：水的运动粘度；λ：涡旋尺度.4.混凝控制指标自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止，工艺上总称混凝过程.相应设备 有混合设备和絮凝设备.混合（凝聚）过程：在混合阶段，对水流进行剧烈搅拌的目的主要是使药剂快速均匀分散以利于混凝剂快速水解、聚合、及颗粒脱稳.平均G ＝700 ～ 1000s-1，时间通常在 10～30s ，一般＜2min.此阶段，杂质颗粒微小，同时存在颗粒间异向絮凝.絮凝过程：在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚，故以同向絮凝为主.同向絮凝效果不仅与G 有关，还与时间有关.在絮凝阶段，通常以G 值和GT 值作为控 制指标.平均G ＝20 ～ 70s-1，时间为15 ～ 20min ，GT ＝1～104－105 . 随着絮凝的进行，G 值应逐渐减小.四、影响混凝效果的主要因素1.影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括：① 原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质和浓度等；② 投加的凝聚剂种类与数量；③ 使用的絮凝设备及其相关水力参数.2.水温影响水温低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细小、松散，凝聚效果较差.其原因有： ① 无机盐水解吸热，低温水混凝剂水解困难；② 温度降低，粘度升高――布朗运动减弱；③水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚；④水温与水的pH值有关.克服水温低效果差的措施：①增加混凝剂的投量，以改善颗粒之间的碰撞条件.②投加助凝剂（如活化硅酸）或粘土以增加绒体重量和强度，提高沉速.3.水的pH和碱度影响（1）水的PH对混凝效果影响很大，对一般的浑浊水，投硫酸铝的最佳PH范围为6.5-7.5.（2）三价铁盐水解反应同样受PH值的控制. (FeCL36H2O)三价铁盐混凝剂适应的PH值范围较宽，最优PH值大约在6.0-8.4之间.（3）使用 FeSO4·7H2O 时： Fe2+ + H2O<----> Fe(OH)+ + H+Fe(OH)+ + H2O<---->Fe(OH)2 + H+Fe(OH)2溶解度较大，且Fe2+只能形成较简单的络合物，混凝效果较差，因此要把Fe2+氧化成Fe3+，就和FeCl3一样了.（4）氧化的方法：----利用溶解氧氧化： 4FeSO4+O2+10H2O<---->4Fe(OH)3+4H2SO4要求：PH>8.5，这样氧化时间才能短，因此投 FeSO4 同时投加CaO提高原水的PH. PH<8.5时氧化过程缓慢，很难在净化构筑物内完成.----加Cl2氧化： 6FeSO4+3Cl2<---->2Fe(SO4)3 + 2FeCl3（5）从铝盐和铁盐水解反应式可以看出，水解过程中不断产生的H+必然导致水的 PH 值的下降，天然水中含有一定的碱度. HCO3- + H+<---->CO2 + H2O①当投药量较少，原水的碱度又较大时，由于水中的碳酸化合物的缓冲作用，水的PH 值略有降低，对混凝效果不会有大的影响.②当投药量较大，原水的碱度小时，水中的碱度以不足已中和水解产生的酸时，水的 PH将大幅度下降，以至降至最优混凝条件以下.这时便不能获得良好的混凝效果.为了保持水的 PH 值在混凝过程中始终处于最优范围内须向水中投加碱剂，即对水进行碱化，一般投加CaO.AL2(SO4)3 + 3H2O + 3CaO = 2AL(OH)3 + 3CaSO42FeCL3 + 3H2O + 3CaO = 2Fe(OH)3 + 3CaCL2石灰投量按下式估算：[CaO] = 3[a] – [x] + [δ]式中 [CaO]：纯石灰CaO投量，mmol/L；[a]：混凝剂投量，mmol/L；[x]：原水碱度，按mmol/L，CaO计；[δ]：保证反应顺利进行的剩余碱度，一般取0.25～0.5mmol/L（CaO）.一般石灰投量通过试验决定.4 水中悬浮物浓度的影响（见P271）杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差.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.五、混凝剂的配制与投加1.混凝剂的溶解和溶液配制（1）混凝剂投加分固体和液体投加两种方式.我国常用的是液体投加，即将固体溶解后配成一定浓度的溶液投入水中.当直接使用液态混凝剂时，不用溶解池.溶解设备决定于水厂规模和混凝剂品种.溶解池、搅拌设备及管配件等，均应有防腐措施或采用防腐材料.（2）溶解池设计要求：（见PPT）搅拌装置有：机械搅拌、压缩空气搅拌、水泵搅拌、水力搅拌等.⑥中小型水厂，常用自然浸溶，压力水经穿孔管淋溶或冲溶.（3）溶解池容积W1：W1=（0.2～0.3）W2式中W2为溶液池容积.（4）溶液池是配制一定浓度溶液的设施.溶液池容积W2：cn aQ cn aQ W 41710001000100242=⨯⨯= 式中：W2——溶液池容积，m3；Q ——处理的水量，m3/ h ；α——混凝剂最大投加量，mg/L ；b ——溶液浓度，一般取10%～20%；n ——每日调制次数，一般不超过3次.溶液池一般设二个，一用一备.2混凝剂投加（1）对投药设备的基本要求：① 投量准确、易调节.② 设备简单、工作可靠、操作方便.（2）混凝剂投加设备包括计量设备、药液提升设备、投药箱、必要的水封箱以及注入设备等.①计量设备有：转子流量计；电磁流量计；苗嘴；计量泵等.②投加方式：（1）泵前投加：安全可靠，一般适用取水泵房距水厂较近者，图中（P273）水封箱是为防止空气进入.（2）高位溶液池重力投加：适用取水泵房距水厂较远者，安全可靠，但溶液池位置较高.（3）水射器投加：设备简单，使用方便，溶液池高度不会受太大限制，但效率低，易磨损.（4）泵投加：不必另设计量设备，适合混凝剂自动控制系统，有利于药剂与水混合.六 混合和絮凝设备1.混合设备：我国常用的混合设备有三类：水泵混合、管式混合、机械混合.（见P276）2.絮凝设备：分为两大类：水力搅拌式、机械搅拌式.（1）隔板絮凝池：分往复式和回转式.----隔板絮凝池的设计参数:(见P278)----优点：1.适用于大型水厂，因为 Q 小 b 小，不便于施工和维护；2.构造简单、管理方便、效果较好，回转式比往复式效果好，水头损失小 3040%. ----缺点：1.絮凝时间长，容积较大，水头损失较大；2.流量变化大时，效果受影响.（2）折板絮凝池 (图见P280.)通常采用竖流式，它将隔板絮凝池的平板隔板改成一定角度的折板.折板波峰对波谷平行安装称“同波折板”，波峰相对安装称“异波折板”.----优点：①无论是同波还是异波折板间水流流动连续不断，可行成众多小旋涡，提高了颗粒碰撞絮凝效果.②在折板的每个转角处，两折板之间的空间可视为CSTR完全混合连续反应器，众多连续反应器串联起来就接近或相当于推流型（PF型）反应器.所以折板絮凝池接近推流型.③与隔板絮凝池相比，水流条件大大地改善，在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高.所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小.----缺点：①因板距小，安装维修较困难；②折板费用较高，一般常用于中小型水厂.③采用波纹板缺点就更突出.3.机械絮凝池(图见P281)搅拌器有浆板式和叶轮式，按搅拌轴的安装位置分水平轴式和垂直轴式.水平轴式一般适用于大型水厂，垂直轴式一般适用于中小水厂.----第一格搅拌强度最大，而后逐步减小，G值也相应减小，搅拌强度决定于搅拌器转速和桨板面积.4.穿孔旋流絮凝池 (图见P284)----优点是构造简单，施工方便，造价低，可用于中、小型水厂或与其他形式的絮凝池组合应用.----缺点是受流量变化影响较大，故絮凝效果欠佳，池底也容易产生积泥现象.5.网格、栅条絮凝池图见P284网格、栅条絮凝池设计成多格竖井回流式.每个竖井安装若干层网格或栅条，各竖井间的隔墙上、下交错开孔，进水端至出水端逐渐减少，一般分3段控制.前段为密网或密栅，中段为疏网或疏栅，末段不安装网、栅.特点：网格絮凝池效果好，水头损失小，絮凝时间较短，但还存在末端池底积泥现象，小数水厂发现网格上滋生藻类、堵塞网眼现象.其设计参数见P285表15-3.第16章沉淀和澄清一、悬浮颗粒在静水中的沉淀1.水中固体颗粒依靠重力作用，从水中分离出来的过程称为沉淀.按水中固体颗粒的性质，沉淀分为三类：（1）自然沉淀：颗粒在沉淀过程中不改变其大小、形状和密度.（2）混凝沉淀：在沉淀过程中，颗粒由于相互接触凝聚而改变其大小、形状和密度，这种过程称为混凝沉淀.（3）化学沉淀：在某些特种水处理中，投加药剂使水中溶解杂质结晶为沉淀物，称为化学沉淀.2.给水处理中，常遇到两种沉淀：P288（1）自由沉淀：单个颗粒在无边际水体中沉淀，其下沉的过程颗粒互不干扰，且不受器皿壁的干扰，下沉过程中颗粒的大小、形状、密度保持不变，经过一段时间后，沉速也不变.（2）拥挤沉淀：颗粒处于互相干扰的沉淀（网状沉淀）.当水中含有的凝聚性颗粒或非凝聚性颗粒的浓度增加到一定值后，大量颗粒在有限水体中下沉时，被排斥的水便有一定的上升速度，使颗粒所受的摩擦阻力增加，颗粒处于相互干扰状态，此过程称为拥挤沉淀.3.悬浮颗粒在静水中的自由沉淀一般认为，悬浮颗粒与器壁的距离大于50倍颗粒的直径，同时体积浓度小于0.002时（5400mg/L），可认为自由沉淀，此时的沉淀速度称为自由沉淀速度.以球型颗粒为例，在水中作沉降运动时将受重力、浮力、摩擦阻力三种力的作用.重力和浮力：gdF p)(36111ρρπ-=ρp及ρ1：颗粒及水的密度.阻力：422212duCF Dπρ•=CD:阻力系数，与雷诺数有关.得：246)(21331s d s s v d c d g dt dv m ρππρρ--= 颗粒下沉时，起始沉速为零，故以加速度下沉，随着vs 增加，阻力也相应增加，很快颗粒即等速下沉.dvs/dt=0 令上式左边为零，加以整理，得均匀下沉速度vs,简称沉速u. d C g u p D 1134ρρρ-= 上式为沉速基本公式，式中虽不出现Re ，但是，式中阻力系数cD 却与Re 有关. νud Re = ν—水的运动粘度.阻力系数cD 与雷诺数Re 的关系通过实验得出，见图：（1）层流区Re ≤1： eDR c 24= 带入斯笃克斯公式得： 2)1(18d s g u ρρμ-=斯笃克斯公式的适用条件:①10-4＜Re ≤1，颗粒d ≤0.1mm 适用；②浓度＜5000mg/L,与容器壁间距大于50d ；③非絮凝颗粒；④对于非球形的颗粒，d 要乘球形系数（ ＜1)（2）过渡区1≤Re ≤1000： e D R c 10=代入公式，得阿兰公式：<这个公式适用于d ≤2mm 的砂粒.>d g u s 3122)()2254(11⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-=μρρρ（3）紊流区1000≤Re ≤2500：<这个公式适用d ＞2mm 的砂粒.>此时CD 接近于常数0.4，代入前式得牛顿公式： dg u s1183.1ρρρ-=------给水沉淀池中的泥沙颗粒的沉淀一般属于层流沉降状况.给水处理主要研究对象是0.1mm 以下的颗粒的去除问题.在实际应用上，常常以沉速代表某一特点颗粒而无需求出颗粒的直径.沙粒粒径：d ＞0.1mm u ＞7.5mm/s 去除容易d=0.01mm u =0.075mm/s 不易下沉去除d=0.001mm 胶体，不能自行下沉 必须混凝去除4.悬浮颗粒在静水中的拥挤沉淀当大量颗粒在有限的水中下沉时，被排挤的水便有一定的速度，使颗粒所受到的摩擦阻力有所增加，颗粒处于互相干扰状态，此过程称为拥挤沉淀，此时的沉淀速度称为拥挤沉速. 一般讲，当原水含沙量增到一定数量，泥沙即处于拥挤沉淀状态 ，含沙量再大时，在沉淀过程中会产生浊度相差悬殊的清水区和浑水区，两区交界面清晰可见，称为浑液面，该面缓缓下降，直至泥沙完全沉积为止.具体分析见P290-291.二、平流式沉淀池上部为沉淀区，下部为污泥区，池前部有进水区，池后部有出水区.经混凝的原水流入沉淀池后，沿进水区整个截面均匀分配，进入沉淀区，然后缓慢地流向出口区.水中的颗粒沉于池底，沉积的污泥连续或定期排出池外.1.非凝聚性颗粒沉淀过程分析（1）理想沉淀池应符合以下三个假定：①颗粒处于自由沉淀状态：即在沉淀过程中颗粒之间互不干扰，不再凝聚和破碎，颗粒的大小、形状和密度不变，因此颗粒沉速始终不变.②水流沿着水平方向流动.在过水断面上，各点流速相等，在流动过程中，v 始终不变. ③颗粒沉到池底即认为已被去除.（2）分析：原水进入沉淀池，在进水区被均匀分配在A-B 截面上其水平流速为： B h Q v 0= 考察流线III ：正好有一个沉降速度为u0的颗粒从池顶沉淀到池底，称为截留速度（沉淀池能全部去除的颗粒中的最小颗粒的沉速）.u ≥ u0的颗粒可以全部去除，u< u0的颗粒只能部分去除.又可得： 即： LB Q u =0 A Q u =0Q/A 一般称为“表面负荷”或“溢流率”.表面负荷在数值上等于截留速度u0，但含义不同.设原水中沉速为ui （ui<u0）的颗粒的浓度为C ，沿着进水区高度为h0的截面进入的颗粒的总量为QC=h0BvC ，沿着m 点以下的高度为hi 的截面进入的颗粒的数量为hiBvC （见图)，则沉速为ui 的颗粒的去除率为：A Qu E i = 哈真公式.式中： E —沉淀效率.（3）理想沉淀池理论： 即哈真公式. 悬浮颗粒在理想沉淀池中的沉淀效率只与沉淀池的表面负荷率有关，而与其他因素（水深、池长、水平流速、沉淀时间）无关.这一结论抓住了沉淀池的主要矛盾，阐明了决定沉淀效率的主要因素,反应了下列两个问题：①当E 一定时ui 越大，q 也越高，亦即产水量越大，或当Q 、A 不变时ui 越大、E 越高. ui 的大小与混凝效果有关.因此，生产上一定要重视絮凝工艺.② ui 一定，A 增加、E 提高.当W （容积）一定时，池深浅些，则表面积大些，沉淀效率可以高些，此即“浅池理论”.斜板、斜管沉淀池的发展即基于此理论.（4）理想沉淀池的总去除率：i p dp u u p P i ⎰+-=000)1( 式中：p0—所有沉速小于理想沉淀池截留沉速u0的颗粒重量占原水中全部颗粒重量的百分率；u0—理想沉淀池的截留沉速；ui —小于截留沉速的颗粒沉速；pi —所有沉速小于ui 的颗粒重量占原水中全 部颗粒重量的百分率； dpi —具有沉速为ui 的颗粒重量占原水中全 部颗粒重量的百分率.（4）非凝聚性颗粒的沉淀实验分析.(P295.)2.凝聚性颗粒的沉淀实验分析.(P296)3.影响平流式沉淀池沉淀效果的因素（1）沉淀池实际水流状况对沉淀效果的影响. 主要为短流的影响，产生的原因有： ①进水的惯性作用；②出水堰产生的水流抽吸；③较冷或较重的进水产生的异重流；④风浪引起的短流；⑤池内存在的导流壁和刮泥设施等.----水流状况的判别指标-----紊动性和稳定性①紊动性----雷诺数Re 判别.该值表示水流的惯性力与粘滞力两者的对比.υvR R e =v--水的流速； R--水力半径；υ--水的运动拈滞系数.一般认为，在明渠流中，Re ＞500时，水流是紊流状态，平流沉淀池中水流的 Re 一般为 4000～15000，属紊流状态. 在沉淀池中，通常要求降低雷诺数以利于颗粒沉降. ②稳定性----弗劳德数Fr.该值表示水流的惯性力与重力两者的对比.Rg r F 2ν=Fr高，惯性力作用相对增加，重力相对减少.水流对温差、密度异重流及风浪等影响的抵抗的能力强，使沉淀池中的水流流态保持稳定，一般认为平流沉淀池中Fr ＞10-5.-----在沉淀池中，降低Re和提高Fr的有效措施是减小水力半径R，平流沉淀池的纵向分隔及斜板、斜管沉淀池都能达到上述目的.（2）絮凝过程的影响(P300)实际生产性沉淀池的沉淀时间和水深均影响沉淀效果.实际沉淀池也就偏离了理想沉淀池的假定条件.4.平流沉淀池的构造平流式沉淀池分为进水区、沉淀区、存泥区、出水区4部分.（1）进水区进水区的作用是使水流均匀地分布在整个进水的截面上，并尽量减少扰动.一般在絮凝池和沉淀池之间设置穿孔花墙分布进池浑水. 配水孔眼直径取100mm左右，在沉淀区均匀分布，以求将浑水在宽度和深度两个方向上都能均匀分配.孔眼的总面积由孔眼中的水流速度决定，孔眼速度v大，配水均匀性好，但大颗粒絮凝体经过孔眼会被打碎，相反地，v选小，配水均匀性差，但絮凝体被破坏就轻些，所以v≯0 .15~0.2 M/S .（2）沉淀区采用导流墙对平流沉淀池进行纵向分格可以减小水力半径R达到改善水流条件的目的.沉淀池的高度与其前后有关净水构筑物的高程布置有关，一般约3~4米，沉淀区的长度L决定于水平流速和停留时间T，即：L= vT，其中：v=0.01~0.025m/s，停留时间T=1~3h（一般水为1~2h，高温高色度水位2~3h）.沉淀池的宽度决定于流量Q、池深H和水平流速即：B=Q/Hv ，沉淀区的L、B、H之间互相关联，为获得良好的效果，沉淀池应具有合理的构造形式，一般认为狭长型较好.一般认为：长宽比不小于4；长深比宜大于10，宽深比不大于3-4,每格宽度宜在3-8m. （3）出水区（见PPT54）①溢流堰出水；②溢流堰出水；③不淹没孔口出水；④淹没孔口出水（4）存泥区和排泥措施（见PPT59）沉淀池排泥方式有：泥斗排泥、穿孔排泥管、机械排泥等.。
水处理工程习题集-水与废水物化处理的原理与工艺-水处理工程-10
《水处理工程》第一篇水和废水物化处理的原理与工艺习题集第二章混凝1. 何谓胶体稳定性？试用胶粒间相互作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。
2. 混凝过程中，压缩双电层何吸附－电中和作用有何区别？简要叙述硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系。
3. 高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？4.为什么有时需要将PAM在碱化条件下水解成HPAM？PAM水解度是何涵义？一般要求水解度为多少？5.混凝控制指标有哪几种？为什么要重视混凝控制指标的研究？你认为合理的控制指标应如何确定？6.混合和絮凝反应同样都是解决搅拌问题，它们对搅拌有何不同？为什么？7.根据反应器原理，什么形式的絮凝池效果较好？折板絮凝池混凝效果为什么优于隔板絮凝池？8.采用机械絮凝池时，为什么要采用3～4档搅拌机且各档之间需用隔墙分开？9.试述给水混凝与生活污水及工业废水混凝各自的特点。
10.某粗制硫酸铝含Al2O315％、不溶解杂质30％，问：(1)商品里面Al2(SO4)3和溶解杂质各占的百分数；(2)如果水中加1克这种商品，计算在水中产生的Al(OH)3、不溶解杂质和溶解的杂质分别重多少？11.For a flow of 13500 m3/d containing 55mg/L of suspended solids, ferric sulfateis used as a coagulant at a dose of 50mg/L(a) Assuming that there is little alkalinity in the water, what is the dailylime dose?(b) If the sedimentation basin removes 90% of the solids entering it, whatis the daily solids production from the sedimentation basin?12.隔板絮凝池设计流量75000m3/d。
第八章 土壤胶体和土壤离子交换
I win
Mr. Green had a job in a computer company. His boss paid him every Friday. When he got home that day, his wife would make him give her all his money, and then she would give him back only enough to buy his lunch in the office every day. One day Mr. Green came home very excited. He said to his wife, who was listening to the radio, "You'll never know what happened to me today. I won one hundred thousand on the lottery!" "That's great!" said his wife happily. But she thought for a minute and said coldly, "Wait a moment! How could you have the money to buy the ticket?"
H+ K+
Ca+2 H+
Mg+2
非织造学名词解释
名词解释：ES纤维：由两种不同熔点的聚合物构成，高熔点的作为芯层，被低熔点的皮层包覆，制成的纤网在热粘合中皮层组分软化熔融，皮层用聚乙烯，芯层用聚丙烯；这种纤维经热处理后，皮层一部分熔融而起粘结作用，其余仍保留纤维状态，同时是热收缩率小的特性。
海岛纤维：利用纤维内两种不相容的组分，一种组分（岛）高度分散在另一种组分（海）中，通过使用溶剂将海岛型复合纤维中的一种组分溶去。
橘瓣纤维：两种不同成分的聚合物制成辐射型和多层复合纤维后通过机械处理或化学处理的方法使纺刺的复合纤维各个组分剥离，聚合物组分分布为橘瓣型的。
热熔粘结纤维：熔融纺丝制成的合成纤维，均匀作为热熔粘结纤维用于非织造材料的生产。
纤网面密度：指纤网中所含纤维的质量，用单位面积纤网质量来表示。
纤网定向度：纤维在纤网中呈某一方向排列数量的多少称为定向度。
*** 通常用非制造材料的纵向和横向断裂强力的比值来判定纤网的定向度或杂乱度。
***面粘合：采用两台热轧机，纤网通过输网帘送至第一台热轧机，其加热光钢辊在上，棉辊在下，纤网通过轧辊钳口后，其上表面先粘合，然后由一对牵拉辊将纤网从棉网上剥下，经补偿装置再送至狄尔泰热轧机，其加热光辊在下，棉辊在上，对纤网的下表面进行粘合加固。
点粘合：通过对于纤网的局部熔融热粘合而达到加固纤网的目的。
采用一对钢辊进行热轧，其中一根为刻花，另一根为光辊。
通常适合中低面密度的非织造产品。
泡沫浸渍法：用发泡剂和发泡机械装置使粘合剂浓溶液成为泡沫状态，并将发泡的粘合剂涂于纤网上，经加压和热处理，由于泡沫破裂，泡沫中的粘合剂微粒在纤维交叉点成为很小的粘膜状粒子沉积，使纤网粘合后形成多孔性机构。
热裂解现象：高聚物在受热过程中结构发生变化，纤维在制造过程中，热裂解过程进行的速度由耐热性来表征，很多情况下，高聚物能否采用熔融纺丝以及纤维受热处理的条件受到可能发生热裂解或整裂解的限制。
粘均分子量：用稀溶液粘度法测得的平均相对分子质量。
胶体化学第5章-胶体的稳定性
AgI溶胶
实验值 0.093 0.095 0.096 — 0.080
平均值
实 验 值 — — 0.009 — 0.080
平均值
实验值 — 0.067 — 0.069 0.069
平均值
AlCl3 Al(NO3 )3 1/2Al2(SO4 )3 La(NO3 )2 Ce(NO3 )2 Th(NO3 )4
式中，VR为单位面积上的斥力势能(为正值)；D为两板间距；在Stern双 电层模型中γ0的意义为
γ0 exp(zeψ / 2kT ) 1 exp(zeψ / 2kT ) 1
两等同球形粒子间的斥力势能：
2 64an0 kTγ0 VR exp(H ) 2 κ
式中，a为球粒半径；H为两球粒间的最短距离。
0.091
0.006
0.068
0.090
0.090
0.0009
0.0009
0.013
0.013
正电溶胶的聚沉值（mmol/L）
显然，聚沉值大，聚沉能力低；反之，聚沉能力大。 聚沉作用的一些实验规律如下： ⑴Schulze-Hardy规则：起聚沉作用的主要是反离子，反离子价数越 高，聚沉效率也越高。一般地，聚沉值与反离子价数的六次方成反比 。 相同价数的反离子聚沉值虽然相近，但也有差异，其顺序为： Li+ > Na+ > K+ > NH4+ > Rb+ > Cs+ Mg2+ > Ca2+ > Sr2+ > Ba2+ SCN －> I－ > NO3－> Br－ > Cl－ > F－ > Ac－ >1/2 SO42－ 这种顺序称为感胶离子序（Holmeister序）。 Schulze-Hardy规则只是用于惰性电解质，即不与溶胶发生任何特殊 反应的电解质。因此电势决定离子、特性吸附离子等都不应包含在内 ⑵同号离子的影响：一些同号离子，特别是高价离子或有机离子， 在胶粒表面特性吸附後，可降低反离子的聚沉作用，从而对溶胶有稳 定作用。如对 As2S3负溶胶， KCl的聚沉值是 49.5，硝酸钾是 50，甲酸 钾是85，乙酸钾是110，1/3柠檬酸钾是240。
大学科目非织造学名词解释
名词解释：ES纤维：由两种不同熔点的聚合物构成，高熔点的作为芯层，被低熔点的皮层包覆，制成的纤网在热粘合中皮层组分软化熔融，皮层用聚乙烯，芯层用聚丙烯；这种纤维经热处理后，皮层一部分熔融而起粘结作用，其余仍保留纤维状态，同时是热收缩率小的特性。
海岛纤维：利用纤维内两种不相容的组分，一种组分（岛）高度分散在另一种组分（海）中，通过使用溶剂将海岛型复合纤维中的一种组分溶去。
橘瓣纤维：两种不同成分的聚合物制成辐射型和多层免合纤维后通过机械处理或化学处理的方法使纺刺的更合纤维各个组分剥离，聚合物组分分布为橘瓣型的。
热熔粘结纤维：熔融纺丝制成的合成纤维，均匀作为热熔粘结纤维用于非织造材料的生产.纤网面密度：指纤网中所含纤维的质量，用单位面积纤网质量来表示。
纤网定向度：纤维在纤网中呈某一方向排列数量的多少称为定向度。
***通常用非制造材料的纵向和横向断裂强力的比值来判定纤网的定向度或杂乱度。
***面粘合：采用两台热轧机，纤网通过输网帘送至第一台热轧机，其加热光钢辐在上，棉耨在下，纤网通过轧辑钳口后，其上表面先粘合，然后由一对牵拉耨将纤网从棉网上剥下，经补偿装置再送至狄尔泰热轧机，其加热光耨在下，棉耨在上，对纤网的下表面进行粘合加固。
点粘合：通过对于纤网的局部熔融热粘合而达到加固纤网的目的。
采用一对钢辑进行热轧，其中一根为刻花，另一根为光辑。
通常适合中低面密度的非织造产品。
泡沫浸渍法：用发泡剂和发泡机械装置使粘合剂浓溶液成为泡沫状态，并将发泡的粘合剂涂于纤网上，经加压和热处理，由于泡沫破裂，泡沫中的粘合剂微粒在纤维交叉点成为很小的粘膜状粒子沉积，使纤网粘合后形成多孔性机构。
热裂解现象：高聚物在受热过程中结构发生变化，纤维在制造过程中，热裂解过程进行的速度由耐热性来表征，很多情况下，高聚物能否采用熔融纺丝以及纤维受热处理的条件受到可能发生热裂解或整裂解的限制。
粘均分子量：用稀溶液粘度法测得的平均相对分子质量。
取向度：把纤维素内大分子链主轴与纤维轴平行程度称为取向度表观粘度：表征流体流动度难易程度的材料常数，其倒数为表观粘度。
绪 论--introduction
胶体与表面化学的发展
近百年来，它的发展同步于工农业生产的发展，有些方 面甚至是超前的。 一是自然科学整体水平的提高，带动胶体与表面化学素 质增幅； 二是工农业的飞跃发展对胶体与表面化学提出许多高
而新的要求。
中国胶体与表面化学的发展
我国胶体与表面化学的发展基本上是从解放后开始的。
1954年，傅鹰院士－中国胶体化学的奠基人之一，主持 建立了北京大学胶体化学教研室； 1955年，戴安邦院士（南京大学）筹建胶体化学专业， 中国有了第一批胶体化学毕业生； 20世纪90年代以前，只北京大学、南京大学、山东大学、 华东师范大学有胶体与表面化学的研究机构； 1983年，在北京大学召开全国第一届胶体与界面化学学术 会议； 2002年，在山东大学召开第九届全国会议。 ——逐渐与国际接轨。
过程，研究界面性能随物质本性而变化的规律的学科。
2. surface science
2、表面科学 表面物理化学（表面化学） 表面科学
表面化学物理（表面物理）
表面化学——偏重于研究多相物系界面上的性质和由此产生的作
用及其应用。
表面物理——着重于界面结构与界面键及其物理效应的研究。
两者既有区别又有联系，是同一科学领域内不能截然分开的 相邻学科。
六、学习方式与考核 －－learning and examination
学习方式——
学生自主预习+教师课堂讲授+课后巩固复习
考核方式—— 1. 随堂考：闭卷，笔试。 2. 成绩采用100分制记分。 考试成绩占70％，平时成绩占30％。 平时成绩＝课堂点名+课堂表现+作业完成情况
end
分散系统按分散相粒子的大小分类
类型
粗分散系统
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K2[Fe(CN)6] 0.08
Al(NO3)3
0.095
Ce(NO3)3
0.069
溶胶的聚沉
可得到以下一些规律： （1） 聚沉能力主要决定于胶粒带相反电荷的离子的价数。 且聚沉值与异电性离子价数的六次方成反比，这就是 Schulze-Hardy（舒尔茨－哈迪）规则。 如对于给定的溶胶，异电性离子分别为一、二、三价， 则聚沉值的比例为：100︰1.6︰0.14， 即
溶胶的聚沉
在憎液溶胶中加入某些大分子溶液，加入的量不同，
会出现两种情况：絮凝作用和保护作用。 （1）高分子化合物对溶胶的絮凝作用 在胶粒或悬浮体内加入极少量的可溶性高分子化合物， 可导致溶胶迅速沉淀，沉淀呈疏松的棉絮状，这类沉淀称为 絮凝物，这种现象称为絮凝作用（或敏化作用）。
能产生絮凝作用的高分子化合物称为絮凝剂。
溶胶的聚沉
絮凝作用与电解质的聚沉作用完全不同。 由电解质所引起的聚沉过程比较缓慢，所得到的沉淀颗粒 紧密，体积小。
高分子的絮凝作用是由于吸附了憎液溶胶的胶粒以后，高
同时也破坏了双电层的静电平衡, 导致静电斥力产生。
溶胶的稳定性
(2) 胶体系统的相对稳定或聚沉取决于斥力势能和吸力势
能的相对大小。
当粒子间斥力势能在数值上大于吸力势能, 而且足以阻
止由于布朗运动使粒子相互碰撞而粘结时, 则胶体处于相对
稳定状态; 当吸力势能在数值上大于斥力势能, 粒子将相互靠 拢而发生聚沉。调整两者的相对大小, 可以改变胶体系统的
第8章
胶体稳定性
Colloid stability
第8章
胶体稳定性
胶核、胶粒、胶团
一、溶胶的胶团结构
胶团结构式 DLVO理论
二、溶胶的稳定性
影响溶胶稳定性的因素
电解质的聚沉作用
三、溶胶的聚沉
胶体之间的相互作用
一、溶胶的胶团结构
因为胶粒的大小常在1～100nm之间，故每一胶粒必然 是由许多分子或原子聚集而成的。 胶核（colloidal nucleus）：由分子、原子或离子形成的难溶 的质点，它是胶体颗粒的核心。
• 电解质浓度对胶粒势能的影响
溶胶的稳定性
除胶粒带电外, 溶剂化作用也是使溶胶稳定的重要原因。
溶剂化膜的存在增加了胶粒彼此接近时的机械阻力。 分散相粒子的布朗运动是胶体粒子受重力影响而不下沉 的原因。 综上所述, 分散相粒子的带电, 溶剂化作用及布朗运动是溶
胶三个重要的稳定原因。
溶胶的稳定性
影响溶胶稳定性的因素
•三种溶胶聚沉. (左)Al(OH)3; (中)Fe(OH)3; (右)Cu(OH)2
溶胶的聚沉
1、电解质的聚沉作用
溶胶对电解质的影响非常敏感。
聚沉值是使一定量的溶胶在一定时间内完全聚沉所需电 解质的最小浓度，又称临界聚沉浓度（CCC）。 通常用来表示电解质的聚沉能力。 聚沉能力是聚沉值的倒数。聚沉值越大的电解质，聚沉 能力越小；反之，聚沉值越小的电解质，其聚沉能力越强。
50
110 0.65 0.72 0.81 0.093 0.096
RbNO3
AgNO3 Ca(NO3)2 Mg(NO3)2 Pb(NO3)2 Al(NO3)3 La(NO3)3
126
0.01 2.40 2.60 2.43 0.067 0.069 K2SO4 K2Cr2O7 K 2 C 2 O4 0.30 0.63 0.69
溶胶的聚沉
2、胶体之间的相互作用
将胶粒带相反电荷的溶胶互相混合，也会发生聚沉。 与加入电解质情况不同的是，当两种溶胶的用量恰能使
其所带电荷的量相等时，才会完全聚沉，否则会不完全聚沉，
甚至不聚沉。 产生相互聚沉现象的原因：可以把溶胶看成一个巨大的 离子，所以溶胶的混合类似于加入电解质的一种特殊情况。
胶粒（colloidal particle）：滑动面所包围的带电体, 包括胶
核及其表面所吸附的离子和一部分被吸附的反离子。
胶团（micelle）：整个扩散层及其所包围的电中性体, 包括胶
粒和扩散层中的那部分过剩反离子。 胶团分散于液体介质中便是通常所说的溶胶。
溶胶的胶团结构
如在稀 AgNO3 溶液中缓慢加入少量 KI 稀溶液, 得到 AgI 溶胶（正溶胶）, 过剩的 AgNO3 则起稳定剂的作用。 AgI胶团结构式
1、外加电解质的影响 影响最大，主要是影响胶粒的带电 情况，使 电势下降，促使胶粒聚集。 浓度增加，粒子碰撞机会增多。
2、浓度的影响
3、温度的影响
增加。
温度升高，粒子碰撞机会增多，碰撞强度
4、胶体体系的相互作用
带不同电荷的胶粒互吸而聚沉。
三.溶胶的聚沉
聚沉（coagulation）: 憎液溶胶中分散相微粒互相聚集, 颗粒变大, 进而发生沉淀的现象。 影响聚沉的因素很多，如加热、辐射或加入电解质皆可 导致溶胶的聚沉。
感胶离子序
将同价离子按聚沉能力大小排列的顺序。
H+>Cs+>Rb+>NH4+>K+>Na+>Li+
Ba 2+ > Sr 2+ >Ca 2+ >Mg 2+
F－>IO3－ > H2PO4－> BrO3－ > Cl－>ClO3－> Br－>NO3－
>ClO4－ > I－>SCN－>OH－
溶胶的聚沉
（3） 有机化合物的离子都有很强的聚沉能力，这可能与 其具有强吸附能力有关。 （4）电解质的聚沉作用是正负离子作用的总和 有时与胶粒具有相同电荷离子也有显著影响，通常相同电 性离子的价数愈高，聚沉能力愈低。这可能与这些同性离子的 吸附作用有关。 例如，对亚铁氰化铜溶胶（负电）的聚沉值： KBr 为 27.5 mol· -3 ， m 而 K4[Fe(CN)6] 为 260.0 mol· -3 。 m
溶胶的稳定性
• 电解质的浓度或价数增加都会压缩扩散层, 使扩散层变薄, 斥力势能降低;
• 若加入的反离子发生特性吸附时, 斯特恩层内的反离子数
量增加, 使胶体粒子带电量降低。
E 斥 力 0 吸 力
c1
c3 c2
x
从电解质对胶体粒子势 能的影响看, 当电解质的浓度 或价数增加使溶胶发生聚沉 时, 所必须克服的势垒高度和 位臵皆发生变化, 势垒高度随 电解质浓度增大而降低。
Me+ : Me2+ : Me3+ = 16 : 26 : 36 = 1 : 64 : 729
也有许多反常现象, 如H+虽为一价, 却有很强的聚沉能力。
溶胶的聚沉
（2）与胶粒带相反电荷的离子就是价数相同，其聚沉 能力也有差异。 同价正离子, 离子半径愈小, 聚沉值愈大。 同价负离子, 负离子的半径愈小, 聚沉值愈小。
溶胶的稳定性
溶胶粒子间的排斥力起源于胶粒表面的双电层的结构。
• 扩散层未重叠, 两胶团 之间不产生斥力
• 扩散层重叠, 平衡破坏, 产 生渗透用。
两胶团扩散层重叠后, 破坏了扩散层中反离子的平衡分 布, 使重叠区反离子向未重叠区扩散, 导致渗透性斥力产生;
稳定的理论, 简称DLVO理论。
溶胶的稳定性
DLVO理论：认为溶胶在一定条件下稳定存在还是聚沉，
取决于粒子间的相互吸引力和静电斥力。若斥力大于吸力则
溶胶稳定，反之则不稳定。 (1) 在胶团之间, 既存在着引力势能, 又存在着斥力势能。 溶胶粒子间的吸引力在本质上和分子间的范德华吸引力 相同，但是此处是由许多分子组成的粒子之间的相互吸引， 其吸引力是各个分子所贡献的总和。它与距离的三次方成反 比，是一种远程作用力，故称作远程范德华力。
SiO2 H 2O H 2SiO3 2H SiO2 3
写出其胶团结构式：
[(SiO2)m nSiO32－2(n－x) H +] 2x－2xH+
二、溶胶的稳定性
胶体系统是具有一定分散度的多相系统，有巨大的表面
和表面能，因而从热力学上来说，它是不稳定系统，粒子间
有相互聚结而降低表面能的趋势，即具有易于聚沉的不稳定 性。因此在制备溶胶时必须有稳定剂存在。
习惯上将这种稳定性称为溶胶的“聚集稳定性”。它是
保持溶胶分散度不易自行降低的一种性质。
溶胶的稳定性
(4) 加入电解质对吸力势能影响不大, 但对斥力势能的影响 却十分显著。 电解质的加入会导致系统的总势能发生很大的变化, 适当 调整电解质浓度, 可以得到相对稳定的胶体。
•在电荷作用下稳定存在的Fe2O3溶胶
胶粒 [(AgI)m 胶核 胶团 胶粒 = 胶核 +被吸附离子 + 紧密层反离子 胶团 = 胶粒 + 扩散层反离子
NO3－ NO3－
滑动面
NO3－ Ag +
Ag +
nAg+(n－x)NO3－] x+ xNO3－
Ag +
NO3－
(AgI)m
AgI胶团示意图
Ag +
溶胶的胶团结构
如在稀 KI 溶液中缓慢加入少量 AgNO3 稀溶液, 得到AgI 溶胶（负溶胶）, 过剩的 KI 则起稳定剂的作用。
溶胶的聚沉
表8-1
LiCl NaCl KCl 58 51 49.5
憎液溶胶的临界聚沉浓度（mmol· -3） dm
AgI（负溶胶） Li NO3 NaNO2 KNO3 165 140 136 Al2O3（正溶胶） NaCl KCl KNO3 43.5 46 60
As2S3（负溶胶）
KNO3
KAc CaCl2 MgCl2 MgSO4 AlCl3 1/2Al2(SO4)3
胶团结构式为:
胶粒
[ (AgI)m