物理化学作业

读书报告

摘要：通过阅读参考书籍，了解了水处理工艺中的混凝和沉淀理论。应用胶体双电层理论

分析了混凝剂的作用原理。总结了理想沉淀池和浅池沉淀理论要点，分析了斜板（管）沉淀池的设计原理。通过比较不同形式的沉淀池，总结了平流式，辐流式，竖流式，旋流式，斜板（管）沉淀的池的优缺点，适用条件及设计参数。

关键词：混凝；沉淀；胶体

一、混凝

1.胶体双电子层理论

胶体由胶核、密实层及扩散层

所组成，故称为双电层结构。由于

胶核带负电荷（其表面电位ф称为

总电位或表面电位或热力学电位），

故在其表面将吸附并控制一层较密

实且排列整齐的正电荷离子（该层

表面称为滑动面，ф =0，其电位称

双电子层结构图

为电位）组成胶粒，与其外的扩散

层（被热运动扰乱其排列）中的正

电荷共同形成电性中和并组成胶团。扩散层外边缘的电位为零。

滑动面上的电位决定了憎水胶体的聚集稳定性。也决定亲水胶体的水化膜的阻碍，当ξ电位降低，水化膜减薄及至消失。

2.混凝机理

混凝剂对水中胶体颗粒的混凝作用有三种：电性中和、吸附架桥和卷扫作用。根据DLVO理论，要使胶粒通过布朗运动相撞聚集，必须降低或消除排斥能峰。吸引势能与胶粒电荷无关，它主要取决于构成胶体的物质种类、尺寸和密度。对于一定水质，胶粒的这些特性是不变的。因此，降低排斥能峰的办法即是降低或消除胶粒的动电位。在水中投加电解质可达到此目的。对于水中负电荷胶粒而言，投入的电解质即混凝剂应是正电荷离子或聚合离子，如果是正电荷离子是简单离子，其作用是压缩胶体双电层—为保持胶体电性中和所要求的扩散层厚度，从而使胶体滑动面上的动电位降低。若是聚合离子或是高分子物质，其直接吸附在胶核表面中和动电位，称为吸附-电性中和。

絮凝主要指脱稳的胶体或者微小悬浮物聚集成大的絮凝体的过程。要使两个完全脱稳的胶体颗粒聚集成大颗粒的絮体，需要给胶体颗粒创造相互碰撞的机会。能够是脱稳的胶体颗粒之间发生碰撞的动力有两个方面，一是颗粒在水中的热运动和布朗运动，二是颗粒受外力（水力或者机械力）推动产生运动，这两种运动

对应胶体颗粒的两种絮凝机理，即由布朗运动所引起的胶体颗粒碰撞聚集称为“异向絮凝”机理，由外力所引起的胶体颗粒碰撞聚集称为“同向絮凝”机理。 胶体双电子层理论：胶体粒子是由化学元素组成，并且能在电场中移动，说明胶体颗粒是携带电荷的粒子。

1. 胶体颗粒结晶中的晶格取代胶体表面产生电荷。

2. 胶体颗粒表面某些化学集团在水中电离使胶体带电。

3. 胶体颗粒表面与水作用后溶解并电离使胶体带电。

4. 胶体颗粒对水中某些离子的吸附使胶体带电。

二、沉淀

1.理想沉淀池的基本假设：

颗粒处于自由沉淀状态，颗粒的沉速始终不变。水流沿水平方向流动，在过水断面上，各点流速相等，并在流动过程中流速始终不变。颗粒沉到池底就被认为去除，不再返回水流中。理想沉淀池的工作情况见图。

沉速为u 的颗粒以水平流速v 向右

水平运动，同时以沉速u 向下运动，其

运动轨迹是水平流速v ，沉速u 的合成速度方向直线。具有相同沉速的颗粒无论从哪一点进入沉淀区，沉降轨迹互相平行。从沉淀池最不利点（即进水区液面A ）进入沉淀池的沉速为u 0的颗粒，在理论沉淀时间内，恰好沉到沉淀池终端池底，被称为临界沉速或截留速度，沉降轨迹为直线Ⅲ。

沉速大于u 0的颗粒全部去除，沉降轨迹为直线Ⅰ。沉速小于u 0的某一颗粒沉速为u i ，在进水区液面以下某一高度i 点进入沉淀池，可被去除，沉降轨迹为虚线Ⅱ。而在i 点以上进入沉淀池的u i 颗粒未被去除，如实线Ⅱ，虚线Ⅱ与实线Ⅱ平行。

2.浅池沉淀理论

沉速等于颗粒的去除率，用E i 表示：

Q/A

i

u E i

式中 Q —流量，m ³/s ；

A —沉淀池的表面积，也是沉淀池在水平面上的投影，即为沉淀池面积，㎡。

由此式可知，提高悬浮颗粒去除效率的途径是：一是增大颗粒沉速，二是增大沉淀面积。在沉淀池容积一定的条件下，池深越浅，沉淀池面积越大，悬浮颗粒去除率越高。此即“浅池沉淀原理”。将平流式沉淀池加设底板可以提高处理能力。但是，如此分层排出污泥有一定难度。为解决排泥问题，可把众多水平隔板改为倾斜隔板，并预留排泥区间，这就变成了斜板沉淀池。用管状组件（组成六边形、四边形断面）代替斜板，即为斜管沉淀池。斜板（或斜管）沉淀池沉淀面积是众多斜板（或斜管）的水平投影之和，沉淀面积很大，从而减少了截留速度。又因斜板（或斜管）湿周增大，水流状态为层流，更接近理想沉淀池。

理想沉淀池示意图

特点浅层理论的应用 （1）水力条件好（R 小），Re 小，Fr 大，有利于沉淀； （2）水流为层流，沉淀效率高，产水量大； （3）倾角为60°便于排泥；

（4）水流可从上向下或从下向上流动，颗粒沉于斜管底部，而后自动下滑。 （5）由于停留时间短，其缓冲能力差； （6）对混凝要求高；

（7）维护管理较难，使用一段时间后需更换斜板（管） 设计计算

（1）沉淀池面积q

Q A

选定表面负荷（2.5-3.0mm/s ），计算得到面积A 。 （2）沉淀池总高度

H=h1+h2+h3+h4+h5（=4.66m ） 式中：

h1--超高0.3m ；

h2---清水层高度1.2m ；

h3--斜板（管）按60°自身高度0.866m ； h4--配水区高度1.5m h5--污泥斗高度0.8m 。

三．比较沉淀池的优缺点，使用条件以及设计参数。

1.给水处理中各种沉淀池的优缺点，适用条件及设计参数

沉淀池形式的比较

3.设计参数

各沉淀池设计参数