水污染控制工程-水污染控制工程-3.1 化学混凝法

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1、压缩双电层机理 (modification of the electrical double layer)
• 双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。 当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度 增高时，则扩散层的厚度将减小。
• 该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有 反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤 压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。
• 由于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。
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溶液中离子浓度与扩散层厚度 的关系
Байду номын сангаас
溶液中离子
浓度低时， 反
扩散层厚度 离
为OA
子
浓
度
溶液中离子
浓度高时，
扩散层厚度 O
减小为OB
溶液中离子浓度高 溶液中离子浓度低
BA
到颗粒表面的距离
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2、吸附电中和机理
(electrical neutralization)
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3、吸附架桥（桥连）机理 (polymer bridging of colloids)
• 吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引 力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与 胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。L
• 本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不 好的现象。
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二、混凝机理
• 混凝是通过向废水中投加化学药剂——混凝 剂(coagulant)，破坏胶体的稳定性，使细 小悬浮颗粒和胶体微粒聚集(aggregation) 成较粗大的颗粒而沉淀，得以与水分离， 使废水得到净化的过程。
• 混凝机理：分为压缩双电层、吸附电中和、 吸附架桥、沉淀物网捕四种。
因为废水中胶粒少，当聚合物伸展部分一端吸附一个胶 粒后，另一端因粘连不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘 连，就不能起架桥作用，从而达不到混凝的效果。
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高分子絮凝剂对胶体或微粒的吸附架桥作
用示意图
初期
吸附
＋
絮体 形成
在吸附桥联过程中，胶粒并不一定要脱稳，也 无需直接接触。该机理可解释非离子型或带同号电 荷离子型高分子絮凝剂得到好的絮凝效果的现象。
一、概 述
1、废水分散体系
根据分散相粒度不同，废水可分为三类：
粗分散体系（悬浮液）：分散相粒度>100nm。
胶体分散体系（胶体溶液）：分散相粒度为1~100nm。
分子 - 离子分散体系（真溶液）： 分散相粒度为0.1~1nm。
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2、混凝法的去除对象 粒度1nm~100 μm的细小悬浮颗粒和胶体颗粒。
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1.混凝剂
要求
混凝效果好
对人体健康无害
价廉易得 使用方便
类型
无机盐类 （铁盐和铝盐）
普通铝、铁盐 聚合铝、铁盐
有机高分子类
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(1)无机盐类
1）普通铝、铁盐
• 普通铝盐：硫酸铝、明矾等
聚合硫酸铝
• 普通铁盐：三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁等
2）聚合铝、铁盐
具有一定碱化度的无机高分子聚合物。
否离解及离解后所带离子的电性，可分为
• 阴离子型(anionic) • 阳离子型(cationic) • 非离子型(nonionic)
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(2)有机高分子类混凝剂
• 特点：高分子混凝剂一般为链状结构， 各单体间以共价键结合。
– 单体的总数称为聚合度，高分子混凝剂的聚 合度约为1000－5000，甚至更高。高分子混 凝剂溶于水中，将生成大量的线形高分子。
3、混凝法的用途
•降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、 某些重金属和放射性物质。如造纸、钢铁、纺织、化 工、食品等工业废水及城市污水的三级处理。 •能改善污泥的脱水性能。如污泥处理
4、优点：设备简单，维护操作易于掌握，处理效果
好，间歇或连续运行皆可。
缺点：运行费用较高，沉渣量大，且脱水较困难。
第3章 污水的化学处理法
3.1 化学混凝法 3.2 中和法 3.3 化学沉淀法 3.4 氧化-还原法
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3.1 化学混凝法 Coagulation
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教学内容
一、概述 二、混凝原理 三、混凝剂和助凝剂 四、影响混凝的因素 五、混凝工艺过程与设备
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优点：用量少，絮体生成快，
水解消耗碱度少，适用范围广
聚合氯化铁
• 聚合硫酸铝（poly-aluminium sulfate，简称PAS）
• 聚合氯化铁(poly-ferric chloride, PFC)
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(2)有机高分子类 (polyelectrolytes)
• 分类：
– 天然的：淀粉、纤维素衍生物、多糖、动物骨胶等。 – 人工的：被广泛使用。根据高分子聚合物所带基团能
• 作用机理： 由于氢键结合、静电结合、范德华力等 作用对胶粒的吸附结合。
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2.助凝剂
（1）pH调整剂
• 常用石灰、硫酸、氢氧化钠、碳酸钠等。
（2）絮体结构改良剂
• 如活性硅酸、粘土等。
（3）氧化剂
• 可投加氯气、次氯酸钠、臭氧等氧化剂来
破坏有机物，以提高混凝效果。
• 胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子 或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作 用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带 电荷，减少了静电斥力，降低了ζ电位，使 胶体的脱稳和凝聚易于发生。
• 显然，其结果与压缩双电层相同，但作用机 理是不同的。
• 铝盐和铁盐混凝剂投加量过多，凝聚效果反 而下降的现象，可以用本机理解释。
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三、混凝剂与助凝剂
• 习惯上将低分子电解质称为凝聚剂，而将 高分子药剂称为絮凝剂。
• 混凝剂(coagulant )：一般把能起凝聚与 絮凝作用的药剂统称为混凝剂。
• 助凝剂(coagulant aids)：当单用混凝剂 不能取得良好效果时，可投加某类辅助药 剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助 凝剂。
4、沉淀物网捕机理 (entrapment in the floc structure)
• 沉淀金属氢氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3) 或带金属的碳酸盐(如CaCO3)时，水中的胶 粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时 作为晶核或吸附质所网捕。
• 以上介绍的混凝的四种机理，在水处理中 往往可能是同时或交叉发挥作用的，只是 在一定情况下以某种机理为主而已。