水处理原理与工艺物理化学处理法1混凝

以及导致水体富营养化的磷元素。
（3）在污泥脱水工艺中，将混凝用作前处理手段，改善污泥的
脱水性能
4
混凝主要去除对象：粘土（50nm-4 m） 细菌（0.2m-80m） 病毒（10nm-300nm） 蛋白质（1nm-50nm）
混凝过程涉及到三个方面的问题： 水中胶体的性质 混凝剂在水中的水解 胶体与混凝剂的相互作用
9
胶核与溶液主体间由于表面电荷的存在所产生的电位称 为φ电位，而胶粒与溶液主体间由于胶粒剩余电荷的存在所产 生的电位称为ζ电位。 φ电位对于某类胶体而言，是固定不变 的，无实用意义；而ζ电位可通过电泳或电渗计算得出，随着 温度、pH值及溶液中反离子浓度等条件变化，在水处理中具 有重要的意义。
天然水中的胶体杂质通常是负电荷胶体，如粘土、细菌、 病毒、藻类、腐殖质等。
物化处理法应用的场合很多，多用 在废水的深度处理中，在自来水的 常规处理工艺以及工业给水的处理 工艺中，也常见到物化的处理技术。
3
1、混凝
混凝的目的：向水中投加一些药剂（混凝剂）破坏 胶体的稳定性，使水中难以沉淀的胶体和微小悬浮 物能相互聚合，从而长大至能自然沉淀的程度。
（1）给水处理中，以地表水为水源的生活饮用水的常规处理工
6
胶体的结构 胶体的双电 层结构
7
胶体的双电层结构
胶核表面吸附了一层带同号电荷的离子，
称为电位离子层；电位离子层外吸附了电量与电位离子层总电 量相同而电性相反的离子，称为反离子层。电位离子层与反离 子层就构成了胶体粒子的双电层结构。
在靠近胶核表面的一层内，因吸力较大反离子紧密地吸附 在胶核表面上，故称为吸附层。厚度较薄较固定，不随外界的 条件（水温）变化而变化。
在吸附层之外，还有一层反离子，在此范围内静电吸力因 屏蔽作用而减弱，且受水分子热运动的干扰，与层内的电位离 子及胶核的结合力较为松弛，离子扩散游动在吸附层之外，称 为扩散层。
8
通常将胶核与吸附层合在一起称为胶粒，胶粒再与扩散 层组成电中性胶团（即胶体粒子）。
由于胶粒内反离子电荷数少于表面电荷数，故胶粒总是 带电的，其电量等于表面电荷数与吸附层反离子电荷数之差， 电性与电位离子相同。
水处理中的混凝机理也比较复杂。关于“混凝”一 词，目前尚无统一规范化的定义。
在水处理工程中，混凝是凝聚(coagulation)和絮 凝（flocculation）的总称，其中，凝聚是指胶体被压 缩双电层而失去稳定性，发生相互聚集的过程；絮凝则 指脱稳胶体聚结成大颗粒絮体的过程。
凝聚是瞬时的，只需将药剂全部分散到水中即可， 絮凝则需要一定的时间去完成，但一般情况下很难分开。
粘土胶体的ζ电位一般在－15~-40mV； 细菌的ζ电位一般在-30~-70mV； 藻类的ζ电位一般在-10~-15mV范围内。
10
胶体的稳定性
所谓的胶体稳定性是指胶体颗粒在水中长期保持分散悬浮状态 的特性。
从胶体化学角度而言，胶体溶液并非真正的稳定系统，但从水处 理工程的角度而言，由于胶体颗粒和微小悬浮物的沉降速度十分缓慢， 因此均被认为是“稳定”的。
• 第一章 水处理方法概论 • 第二章 物理处理法工艺原理 • 第三章 化学处理法工艺原理 • 第四章 物理化学处理法工艺原理 • 第五章 生物处理法工艺原理 • 第六章 污水的深度处理技术 • 第七章 工业循环冷却水的水质处理与控制
1
第四章 物理化学处理法工艺原理
2
1、混凝 2、离子交换 3、吸附 4、萃取 5、膜分离
艺中混凝是其中的重要单元，主要去除水中的胶体和部分微
小悬浮物，从表观来看主要是去除产生浊度的物质；
（2）废水处理中，应用非常广泛，既可作为独立的处理单元，
也可以和其他处理法联合使用，进行预处理、中间处理或最
终处理。混凝可以去除废水中呈胶体和微小悬浮物状态来自百度文库有
机和无机污染物，还可以去除某些溶解性物质，如砷、汞等，
胶体的稳定性包含“动力学稳定性”与“聚集稳定性”两方面 的内容：
动力学稳定性：布朗运动强，对抗重力影响的能力强 聚集稳定性：胶体粒子表面同性电荷的静电斥力作用或水化膜的
阻碍作用
其中聚集稳定性对胶体稳定性的影响起到关键的作用。 11
1.2 水的混凝机理
与胶体化学的单一胶体体系相比，水与废水中的胶 体体系要复杂得多。
1637年，我国开始使用明矾净水 1884年，西方才开始使用
5
1.1 胶体的特性与结构
胶体的特性
1）光学性质：胶体在水溶液中能引起光的反射的性质； 2）力学性质：指胶体的布朗运动，这也是胶体颗粒不能 自然沉淀的原因之一； 3）表面性质：胶体颗粒微小，比表面积大，具有极大的 表面自由能，从而使胶体颗粒具有强烈的吸附能力和水 化作用； 4）电学性质：指胶体在电场中产生的动电现象，包括电 泳和电渗。电泳现象说明胶体微粒是带电的，这是胶体 保持其稳定性的重要原因之一。
胶粒因ζ电位降低或消除以至失去稳定性的过程， 称为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。
16
双电层压缩是阐明胶体凝聚的一个重要理论，特别 适用于无机盐混凝剂所提供的简单离子的情况，该理论 可以较好地解释港湾处的沉积现象，因淡水进入海水时， 盐类增加，离子浓度增高，淡水夹带的胶体的稳定性降 低，所以在港湾处粘土和其他胶体颗粒易沉积。
扩散层减薄，从而使ζ电位降低。当大量正离子涌入吸附 层以致扩散层完全消失时，ζ电位为零, 称为等电状态。
理论上来说，此时胶体间斥力消失, 胶粒最易发生聚结。
14
15
实际上，ζ电位只要降至某一程度而使胶粒间排 斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就开始 产生明显的聚集，这时的ζ电位称为临界电位(ζk)。
但是双电层理论认为ζ电位最多可降至零，因而不能 解释水处理中的一些混凝现象，如混凝剂投量过多时胶 体会重新稳定；在等电状态混凝效果应最好，但生产实 践却表明，混凝效果最佳时的ζ电位常大于零；与胶粒 带同电荷的聚合物或高分子有机物可能有好 凝聚效果。
12
目前比较公认的混凝机理
2. 电性中和 作用
1.压缩双电 层机理
3. 吸附架桥 作用
4. 网捕作用
注：在实际水处理中，上述各种机理往往同时或交 叉发挥作用，只是依条件的不同而以其中的某一种 起主导作用而已。
13
(1) 压缩双电层机理
以天然水中带负电荷的粘土胶体为例，在投入铝盐 或铁盐等混凝剂后，混凝剂提供大量正离子会涌入胶体 扩散层甚至吸附层, 因为胶核表面的总电位不变，增加 扩散层及吸附层中的正离子浓度，等于压缩双电层，使