化学混凝法

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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 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 围的水分子发生水化作用,形成一层水化壳,阻 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 去除它,首先要使它们脱稳,然后凝聚和絮凝。
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• 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。高分子混凝剂溶于水中,将生成 大量的线形高分子。
• 作用机理: (a)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;
(b)线型高分子在溶液中的吸附架桥作用。
在一般情况下,不论混凝剂为何种离子型,对不同电性的 胶体和细微悬浮物都是有效的。但如为离子型,且电性与 胶粒电性相反,就能起降低电位和吸附架桥双重作用,可 明显提高絮凝效果。
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,所 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 盐作混凝剂,当其投量过多时,凝聚效果反而下 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 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,又提出了其他 几种机理。
• 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
溶液中离子
浓度低时,
扩散层厚度 反 为OA 离 子 浓
溶液中离子 度 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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✓ 港湾处泥沙沉积现象可用该机理较好地解释。
• 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。
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。
(3)水温(temperature)
–水温会影响无机盐类的水解 –水温低,水的粘度增大,布朗运动减弱,混凝
效果下降。
(4)共存杂质(impurities) • 有些杂质的存在能促进混凝过程。而有些
物质则不利于混凝的进行。
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2.混凝剂的影响
(1)混凝剂种类(kinds of coagulants) • 混凝剂的选择主要取决于胶体和细微悬浮物
在一定情况下以某种机理为主而已。
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三、混凝剂与助凝剂
• 凝聚(coagulation)是瞬时的,所需的时间是将化学药剂 扩散到全部水中的时间。
• 絮凝(flocculation) 则与凝聚作用不同,它需要一定的 时间让絮体长大,但在一般情况下两者难以截然分开。
• 混凝(coagulation - flocculation)
•最佳投加顺序可通过试验来确定。
•一般而言,当无机与有机并用时,先加无机混凝剂, 再加有机混凝剂。
•但当处理的胶粒在50m以上时,常先加有机混凝剂 吸附架桥,再加无机混凝剂压缩扩散层而使胶体脱稳。
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3.水力条件的影响
• 水力条件对混凝效果有重要影响。 • 两个主要的控制指标是搅拌强度和搅拌时间。
• 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。
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分子 - 离子分散体系(真溶液): 分散相粒度为0.1~1nm。
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吸附法等处理
0.1nm
1nm
0.1nm
1nm
混凝法处理
100nm
自然沉淀或 过滤处理
100m
粒度
真溶液
胶体溶液
悬浮液
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2、去除对象:主要为废水中细小的悬浮颗 粒和胶体颗粒。
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 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
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1.废水水质的影响
(1)浊度(turbidity)
• 浊度过高或过低都不利于混凝,浊度不同, 所需的混凝剂用量也不同。
(2)pH值
• 在混凝过程中,都有一个相对最佳pH值存在, 使混凝反应速度最快,絮体溶解度最小。不 同混凝剂最佳pH值要通过试验确定。
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1.废水水质的影响
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1.混凝剂
类型
无机盐类 (铁盐和铝盐)
有机高分子类
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普通铝、铁盐 聚合铝、铁盐
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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 – 普通铁盐:三氯化铁、硫酸亚铁、硫
酸铁等 2)聚合铝、铁盐
–聚合氯化铝 –聚合硫酸铁
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(2)有机高分子类 (polyelectrolytes)
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• 电位对于某类胶体而言,是固定不变的, 它无法测出,也不具备实用意义。 • 电位可通过电泳或电渗计算得出,测定 电位可确定电荷大小以及稳定程度。它随着 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。
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q—电动电荷密度 δ—扩散层厚度
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ε—水的介电常数 12
扩散层 diffuse layer
自由反 离子
束缚反 离子
胶团(colloidal micelle)
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;x为扩散层中的反离子数。 10
(3) 电位(总电位)与 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, 常称电位。 •胶核表面的电位离子与溶液主体之间的电位称 为总电位或称电位 。 •在总电位一定时,扩散层愈厚, 电位愈高; 反之扩散层愈薄, 电位也愈低。 •电位引起的静电斥力,阻止胶粒互相接近和 接触碰撞。
化学混凝法
2.1 化学混凝法(Coagulation)
❖ 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:
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。
• 与水中微普粒通种铁类盐、性铝质盐、为浓10度~3有0m关g/;L; • 与混凝剂聚品合种盐、为投普加通方盐式的及1/2介~1质/3条; 件有关。
• 最佳混凝有剂机和高最分佳子投混药凝量剂,通应常通只过需试1~验5m确g/定L。。 (3)混若凝投剂加投量加过量顺,序很(s容e易qu造en成ce胶)体的再稳。
• 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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(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
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 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 径,就必须研究胶体的结构。
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电位离子
(2)


滑动面

胶团边界


吸附层
胶体的双电
层结构模型
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胶核
束 缚 反 离 子
扩 散 层
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胶体粒子的结构式:
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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。 ➢力学性质:主要是指胶体的布朗运动。 ➢表面性能:比表面积大,具有极大的表面自由 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。 电泳现象说明胶体微粒是带电的。
(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
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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。
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四、影响混凝的因素
废水水质
混凝剂
水利条件
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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。
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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。
的性质、浓度。
• 如水中污染物主要呈胶体状态,且电位较高, 则应先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚,如絮 体细小,还需投加高分子混凝剂或配合使用 活性硅酸等助凝剂。
• 很多情况下,将无机混凝剂与高分子混凝剂 并用,可明显提高混凝效果,扩大应用范围。
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(2)混一般凝的剂投投加加量量范(围do:sage)
• 分类:
–天然和人工两种,其中天然高分子混凝剂的应用 远不如人工的广泛,主要原因是其电荷密度小, 分子量较低,且容易发生降解而失去活性。
–根据高分子聚合物所带基团能否离解及离解后所 带离子的电性,可分为阴离子型(anionic)、阳离 子型(cationic)和非离子型(nonionic)
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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 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,降低了电位,使胶体的 脱稳和凝聚因易为于胶发粒生吸。附了过多的反离子, • 显然,其结使果原与来压的缩电双荷电变层号,相排同斥,力但变作用机 理是不同的大。,从而发生了再稳现象。
• 混合阶段:要求混凝剂与废水迅速均匀混合,为
此要求搅拌强度要大,但时间要短。速度梯度G应 在500–1000s-1,搅拌时间t应在10–30s。
• 反应阶段:既要创造足够的碰撞机会和良好的吸
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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)。
胶体因电位降低或消除,从而失去稳定性的过 程称为脱稳(destabilization)。
凝聚:指脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程。 絮凝:指未经脱稳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。 混凝机理:可分为压缩双电层、吸附电中和、吸
附架桥、沉淀物网捕四种。
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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。
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例: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。
解:氢氧化铁胶体粒子的结构式如下所示:
[Fe(OH)3]m nH+ (n-x)Cl-x+ x Cl-
胶核 (nuclear)
吸附层 stationary layer
电位形
成离子 胶粒(colloidal particle)
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