化学混凝法

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2.胶体的脱稳机理 2.胶体的脱稳机理
胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的 稳定性(stabilization)。 稳定性(stabilization)。 胶体因 电位降低或消除, 胶体因ζ电位降低或消除,从而失去稳定性的过 程称为脱稳(destabilization)。 脱稳(destabilization) 程称为脱稳(destabilization)。 凝聚: 脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程。 凝聚:指脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程。 的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程 絮凝: 未经脱稳的胶体形成大颗粒絮体的过程 絮凝:指未经脱稳的胶体形成大颗粒絮体的过程。 的胶体形成大颗粒絮体的过程。 混凝:包括凝聚和絮凝两个过程。 混凝:包括凝聚和絮凝两个过程。 混凝机理:可分为压缩双电层 吸附电中和、 混凝机理:可分为压缩双电层、吸附电中和、吸 压缩双电层、 附架桥、沉淀物网捕四种 四种。 附架桥、沉淀物网捕四种。
胶体的稳定性正是上述特性的综合表现,尤其是胶粒之间的静 胶体的稳定性正是上述特性的综合表现, 电斥力的作用结果。如要了解胶体带电现象 胶体带电现象和 电斥力的作用结果。如要了解胶体带电现象和使胶体脱稳的途 就必须研究胶体的结构。 径,就必须研究胶体的结构。
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胶核 电位离子
(2) 胶 体 的 结 构
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滑动面 胶团边界
吸附层
束 缚 反 离 子
扩 散 层
胶体的双电 层结构模型
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胶体粒子的结构式: 胶体粒子的结构式:
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例:氢氧化铁胶体由三氯化铁水解形成。 氢氧化铁胶体由三氯化铁水解形成。 试写出氢氧化铁胶体粒子的结构式。 试写出氢氧化铁胶体粒子的结构式。 氢氧化铁胶体粒子的结构式如下所示: 解:氢氧化铁胶体粒子的结构式如下所示: [Fe(OH)3]m nH+
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吸附法等处理
混凝法处理
自然沉淀或 过滤处理
0.1nm 0.1nm
1nm 1nm 100nm
100µm 粒度
真溶液
胶体溶液
悬浮液
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去除对象:主要为废水中细小的悬浮颗 2、去除对象:主要为废水中细小的悬浮颗 胶体颗粒。 粒和胶体颗粒。 混凝法的 3、混凝法的用途
•可以用来降低废水的浊度和色度 , 去除多种高分子 可以用来降低废水的浊度和色度, 可以用来降低废水的浊度和色度 有机物、某些重金属和放射性物质。如造纸、钢铁、 有机物、某些重金属和放射性物质。如造纸、钢铁、 纺织、化工、 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 能改善污泥的脱水性能。 能改善污泥的脱水性能 设备简单,维护操作易于掌握, 4、优点:设备简单,维护操作易于掌握,处理效果 间歇或连续运行皆可。 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。 缺点:运行费用较高,沉渣量大,且脱水较困难。
高分子絮凝剂对胶体或微粒的吸附架 初期 吸附 絮体 桥作用示意图
形成

在吸附桥联过程中,胶粒并不一定要脱稳, 在吸附桥联过程中,胶粒并不一定要脱稳,也无需 直接接触。 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。 子型高分子絮凝剂得到好的絮凝效果的现象。
(4)沉淀物网捕机理 (entrapment in the floc structure)
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• ψ电位对于某类胶体而言,是固定不变的, 电位对于某类胶体而言, 固定不变的 对于某类胶体而言 无法测出,也不具备实用意义。 它无法测出,也不具备实用意义。 • ξ电位可通过电泳或电渗计算得出,测定ξ 电位可通过电泳或电渗计算得出,测定ξ 可通过电泳或电渗计算得出 电位可确定电荷大小以及稳定程度。它随着 电位可确定电荷大小以及稳定程度。 温度、PH值及溶液中反离子浓度等外部条件 温度、PH值及溶液中反离子浓度等外部条件 而变化,在水处理中具有重要的意义。 而变化,在水处理中具有重要的意义。
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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。 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, 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。 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 该过程的实质 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。 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。 由于扩散层厚度的减小,胶粒得以迅速凝聚。
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(2)吸附电中和机理 (electrical neutralization)
• 胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子 胶粒表面对异号离子 异号胶粒、 异号离子、 有强烈的吸附作用, 或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用 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, 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, 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。 脱稳和凝聚易于发生。 因为胶粒吸附了过多的反离子, 因为胶粒吸附了过多的反离子, • 显然,其结果与压缩双电层相同,但作用机 显然,其结果与压缩双电层相同, 使原来的电荷变号, 使原来的电荷变号,排斥力变 理是不同的。 从而发生了再稳现象。 理是不同的大,从而发生了再稳现象。 。 • 铝盐和铁盐混凝剂投加量过多,凝聚效果反 铝盐和铁盐混凝剂投加量过多, 而下降的现象,可以用本机理解释。 而下降的现象,可以用本机理解释。
胶核 (nuclear)
电位形 成离子 束缚反 离子
(n-x)Cl-x+ x Cl- (n-
扩散层 diffuse layer
自由反 离子
吸附层 stationary layer
胶粒(colloidal 胶粒(colloidal particle)
胶团(colloidal 胶团(colloidal micelle)
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(3)吸附架桥(桥连)机理 吸附架桥(桥连) (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 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, 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。 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。 不好的现象。
粗分散体系(悬浮液):分散相粒度 粗分散体系(悬浮液):分散相粒度>100nm。 ):分散相粒度 。 胶体分散体系(胶体溶液):分散相粒度为1~100nm。 胶体分散体系(胶体溶液):分散相粒度为 。 分子 - 离子分散体系(真溶液): 离子分散体系(真溶液) 分散相粒度为0.1~1nm。 。 分散相粒度为
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二、混凝原理
• 混凝是通过向废水中投加化学药剂—— 混凝是通过向废水中投加化学药剂 是通过向废水中投加化学药剂 混凝剂(coagulant),破坏胶体的稳定 混凝剂(coagulant),破坏胶体的稳定 (coagulant) 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, (aggregation)成较粗大的颗粒而沉淀, 成较粗大的颗粒而沉淀 得以与水分离,使废水得到净化。 得以与水分离,使废水得到净化。
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1、废水中胶体颗粒的稳定性 (1)胶体特性
光学性质:在水溶液中能引起光的反射的性质。 光学性质:在水溶液中能引起光的反射的性质。 力学性质:主要是指胶体的布朗运动 力学性质:主要是指胶体的布朗运动。 布朗运动。 表面性能:比表面积大, 表面性能:比表面积大,具有极大的表面自由 使胶体颗粒具有强烈的吸附能力和水化作用。 能,使胶体颗粒具有强烈的吸附能力和水化作用。 动电现象:胶体的动电现象包括电泳与电渗。 动电现象:胶体的动电现象包括电泳与电渗。 电泳现象说明胶体微粒是带电的。 电泳现象说明胶体微粒是带电 带电的
其中, 为胶核中的分子数; 为被吸附的电位离子数; 其中,m为胶核中的分子数;n为被吸附的电位离子数; (n-x)为吸附层中反离子数 为吸附层中反离子数; 为扩散层中的反离子数。 (n-x)为吸附层中反离子数;x为扩散层中的反离子数。
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(3) ψ 电位(总电位)与 ζ 电位(电动电位) 电位(总电位) 电位(电动电位) •胶粒与溶液主体之间的电位差,称为电动电位, 胶粒与溶液主体之间的电位差,称为电动电位, 胶粒与溶液主体之间的电位差 常称ζ电位。 常称ζ电位。 •胶核表面的电位离子与溶液主体之间的电位称 胶核表面的电位离子与溶液主体之间的电位称 为总电位或称ψ电位 。 为总电位或称ψ •在总电位一定时,扩散层愈厚, ζ 电位愈高; 在总电位一定时,扩散层愈厚, 电位愈高; 在总电位一定时 反之扩散层愈薄, 电位也愈低。 反之扩散层愈薄, ζ 电位也愈低。 •ζ电位引起的静电斥力,阻止胶粒互相接近和 ζ电位引起的静电斥力, 接触碰撞。 接触碰撞。
第2章
污水的化学处理法
2.1 2.2 2.3 2.4 化学混凝法 中和法 化学沉淀法 氧化氧化-还原法
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Βιβλιοθήκη Baidu
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2.1 化学混凝法(Coagulation) 化学混凝法(
概述 混凝原理 混凝剂和助凝剂 影响混凝的主要因素 混凝工艺过程与设备
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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: 根据分散相粒度不同,废水可分为三类:
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溶液中离子浓度与扩散层厚度 的关系
溶液中离子 浓度 扩散层厚度 反 离 子 浓 溶液中离子 浓度高 扩散层厚度
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溶液中离子浓度高 溶液中离子浓度

O
B A


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港湾处泥沙沉积现象可用该机理较好地解释。 港湾处泥沙沉积现象可用该机理较好地解释。 因为淡水进入海水时,海水中盐类浓度较大, 因为淡水进入海水时,海水中盐类浓度较大, 使淡水中胶粒的稳定性降低,易于凝聚, 使淡水中胶粒的稳定性降低,易于凝聚,所 以在港湾处泥砂易沉积。 以在港湾处泥砂易沉积。 该机理无法解释的现象:如以三价铝盐或铁 该机理无法解释的现象: 盐作混凝剂,当其投量过多时, 盐作混凝剂,当其投量过多时,凝聚效果反而下 其至重新稳定。 降,其至重新稳定。 压缩双电层机理只是通过单纯静电现象来说明 压缩双电层机理只是通过单纯静电现象 通过单纯静电现象来说明 电解质对脱稳的作用, 电解质对脱稳的作用,如仅用它来解释水中的混 凝现象,会产生一些矛盾。为此, 凝现象,会产生一些矛盾。为此,又提出了其他 几种机理。 几种机理。
ζ =
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4πqδ
ε
q—电动电荷密度 电动电荷密度 δ—扩散层厚度 ε—水的介电常数
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(4) 胶体保持稳定的原因
1)胶体微粒的带电性。同类的胶体微粒间的静 )胶体微粒的带电性。 电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大的颗粒。 电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大的颗粒。 2)水化作用。带电荷的胶粒和反离子都能与周 )水化作用。 围的水分子发生水化作用,形成一层水化壳,阻 围的水分子发生水化作用,形成一层水化壳, 碍各胶粒的聚合。 碍各胶粒的聚合。 上述分析说明,水中胶体物质是相当稳定的,要想 上述分析说明,水中胶体物质是相当稳定的, 去除它,首先要使它们脱稳,然后凝聚和絮凝。 去除它,首先要使它们脱稳,然后凝聚和絮凝。
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, 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, 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。 不能起架桥作用,从而达不到混凝的效果。
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