化工絮凝技術(shù)培訓(xùn)

1、1 絮凝技術(shù)胡勇有華南理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院2007年3月7月2n胡勇有n辦公室電話：3 授課方式n課堂學(xué)時：30學(xué)時n講座方式：講7次，5次理論，2次實例n討論：1 2次n課外：100學(xué)時4 考試方式n閉卷考試n大作業(yè)：v工程實例（包括：水質(zhì)水量、工藝流程簡圖及流程說明、主要構(gòu)筑物參數(shù)、藥劑、運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行結(jié)果等）v論文（研究論文、綜述論文等）要求按正式編輯論文格式5 cacl3 h2so4 fecl3 助凝劑 反沖出水回儲水池 naoh 進(jìn)水 清水反沖 污泥 h2so4 naoh ph報警器 出水 圖1 工藝流程框圖 ph 調(diào)節(jié)反應(yīng)罐 絮凝反應(yīng)罐 沉 淀槽 砂 濾器 板框壓濾 污 泥濃

2、 縮罐 離子交換系統(tǒng) 出水 ph調(diào)節(jié)罐 儲水罐 安全槽 放流槽 6 問題n為什么要調(diào)節(jié)ph值？n加入cacl3的作用是什么？n加入fecl3的作用是什么？n加入助凝劑的作用是什么？n沉淀后為什么還要過濾？又為什么還要經(jīng)離子交換處理？7 第一章 概 論 第一節(jié) 前 言v掌握凝聚的基本理論v絮凝作用機(jī)理、動力學(xué)v影響絮混凝效果的各種因素v掌握絮凝技術(shù)的研究方法：性能、機(jī)理、藥劑制備、應(yīng)用(篩選、工藝條件優(yōu)化）v了解絮凝技術(shù)的發(fā)展方向和前沿問題8 第二節(jié) 參考書目水化學(xué)天然水體化學(xué)平衡導(dǎo)論 aquatic chemistry w.stumm j.j.morgan 湯宏霄譯，科學(xué)出版社，1987當(dāng)代給

3、水與廢水處理原理講義許保玖、胡家駿編著，清華大學(xué)出版社，2001論水的混凝 巴賓科夫著，郭連起譯，中國建筑工業(yè)出版社，1986高分子水處理劑（日）永澤編，譯本絮凝技術(shù)（英）r.艾克斯著，原子能出版社，1981絮凝化學(xué)和絮凝劑馬青山，賈瑟等，中國環(huán)境科學(xué)出版社，1988theory and practice of solid-liquid seperation uni.of houston 1975固液分離，（英）l.svarovsky著 ，原子能出版社投藥與混合技術(shù)朱月海編著，中國環(huán)境科學(xué)出版社，1992化學(xué)絮凝劑作用原理徐曉軍，2005科學(xué)出版社微生物絮凝劑胡勇有，2006，化工出版社9 第

4、三節(jié)第三節(jié) 中文現(xiàn)刊中文現(xiàn)刊qx1 環(huán)境科學(xué)學(xué)報qx2 環(huán)境科學(xué)研究qx3 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)qx7 化工環(huán)保qx8 環(huán)境qx9 環(huán)境保護(hù)科學(xué)qx16 環(huán)境科學(xué)叢刊qx17 環(huán)境工程10 中文現(xiàn)刊中文現(xiàn)刊qx18 環(huán)境污染與防治qx19 中國環(huán)境科學(xué)qx21 中國環(huán)境監(jiān)測qx22 環(huán)境導(dǎo)報qx2.0 國外環(huán)境科學(xué)技術(shù)qx 環(huán)境化學(xué)qx1 環(huán)境科學(xué)11 中文現(xiàn)刊px1.10 長江流域資源與環(huán)境qtq08.6 工業(yè)水處理qtq08.2 水處理技術(shù)qtq08.8 化工給排水設(shè)計qtu79-7 給水排水qtu719 中國給排水12 第四節(jié) 英文現(xiàn)刊qx51/c07 water researchqx5/b1

5、4 environmental progressqx5/lb02 water air &soil pollutionqx503/b10 eco-toxicology & environmental safetyqx505/b03 pollution engineeringq715b84-2 research journal of water pollution control federation (jwpcf)13 英文現(xiàn)刊qtu991/b05 water environmental researchqtu991/c03 water servicesqx/b12 enviro

6、nmental science & technologyqtu993/c06 water &waste treatmentq057/lb02 surface scienceq0648/lb03 advances in colloid & interface science14issn 號號 外外文文刊刊名名 確確保保 重重要要 訂訂購購刊刊號號 0043-1354 water research 水水研研究究（英英） 0006-3568 bioscience 生生物物科科學(xué)學(xué)（美美） 8756-7938 biotechnology progress 生生物物技技術(shù)術(shù)進(jìn)進(jìn)展

7、展（美美） 0022-1260 journal of general & applied microbiology、the 普普通通與與應(yīng)應(yīng)用用微微生生物物學(xué)學(xué)雜雜志志（英英） 0343-8651 current microbiology 現(xiàn)現(xiàn)代代微微生生物物學(xué)學(xué)（德德） 0175-7598 applied microbiology and biotechnology 應(yīng)應(yīng)用用微微生生物物學(xué)學(xué)與與生生物物技技術(shù)術(shù)（荷荷） 0916-8451 bioscience biotechnology and biochemistry 生生物物科科學(xué)學(xué)、生生物物技技術(shù)術(shù)與與生生物物化化學(xué)學(xué)（日日）

8、 0954-5824 environmental engineering 環(huán)環(huán)境境工工程程（英英） 1355-770x environment and development economics 環(huán)環(huán)境境與與發(fā)發(fā)展展經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)學(xué)學(xué)（英英） 0032-3640 pollution engineering 污污染染工工程程（美美） 0147-6513 ecotoxicology and environmental safety 生生態(tài)態(tài)毒毒物物學(xué)學(xué)與與環(huán)環(huán)境境安安全全（美美） 0278-4491 environmental progress 環(huán)環(huán)境境進(jìn)進(jìn)展展（美美） 1061-4303 water

9、environment research 水水環(huán)環(huán)境境研研究究（美美） 0894-0630 journal of the air & waste management asso.空空氣氣和和廢廢物物管管理理協(xié)協(xié)會會志志（美美） 0013-936x environmental science & technology 環(huán)環(huán)境境科科學(xué)學(xué)與與技技術(shù)術(shù)（美美） 0736-2501 noise control engineering journal 噪噪聲聲控控制制工工程程（美美） 0095-0696 journal of environmental economics and ma 環(huán)

10、環(huán)境境經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)學(xué)學(xué)與與環(huán)環(huán)境境管管理理雜雜志志（美美） 0276-5055 biocycle 生生物物循循環(huán)環(huán)（美美） 0730-7268 environmental toxicology & chemistry 環(huán)環(huán)境境毒毒物物學(xué)學(xué)與與化化學(xué)學(xué)（美美） 1075-9565 environmental geosciences 環(huán)環(huán)境境地地球球科科學(xué)學(xué)（美美） 0306-7319 inter.journal of environmental analytical chemistry 國國際際環(huán)環(huán)境境分分析析化化學(xué)學(xué)雜雜志志（英英） 0950-6551 water & waste

11、treatment 水水與與廢廢水水處處理理（英英） 15issn 號號 外文刊名外文刊名 確保確保 重要重要 訂購刊號訂購刊號 0269-7491 environmental pollution 環(huán)境污染（英）環(huán)境污染（英） 0273-1223 water science & technology 水科學(xué)與技術(shù)（英）水科學(xué)與技術(shù)（英） 0020-7233 inter.journal of environmental studies 國際環(huán)境研究雜志國際環(huán)境研究雜志,a、b（英）（英） 0143-2060 environmental technology 環(huán)境技術(shù)環(huán)境技術(shù)（英英） 09

12、58-305x energy & environment 能源與環(huán)境能源與環(huán)境（英英） 0733-9372 journal of environmental engineering(asce)環(huán)境工程雜志環(huán)境工程雜志（美美） 1090-0241 journal of geotechnical and geoenvironmental engineering: journal of geotechnical engineering 土工技術(shù)與地質(zhì)環(huán)境工程雜志土工技術(shù)與地質(zhì)環(huán)境工程雜志（美美） 0926-3373 applied catalysis b: environmental 應(yīng)用催

13、化作用應(yīng)用催化作用,b:環(huán)境環(huán)境 （荷荷） 0099-2240 applied & environmental microbiology 應(yīng)用與環(huán)境微生物學(xué)應(yīng)用與環(huán)境微生物學(xué)（美美） 0741-1669 cabs current advances in applied microbiology and biotechnology 應(yīng)用微生物學(xué)與生物應(yīng)用微生物學(xué)與生物技術(shù)近期文獻(xiàn)題錄技術(shù)近期文獻(xiàn)題錄（英英） 0262-5318 derwent biotechnology abstracts 德溫特生物技術(shù)文摘德溫特生物技術(shù)文摘（英英） 0099-2240 applied & en

14、vironmental microbiology 應(yīng)用與環(huán)境微生物學(xué)應(yīng)用與環(huán)境微生物學(xué)（美美） 0920-5861 catalysis today 0021-9797 journal of colloid & interface science 1387-1811 microporous and mesoporous materials 16 第五節(jié) 絮凝技術(shù)的主要內(nèi)容n絮凝劑的研究與開發(fā)應(yīng)用n絮凝反應(yīng)器和混凝構(gòu)筑物的研究與開發(fā)n絮凝反應(yīng)過程控制與自動化17 絮凝劑的定義凡是用來將水溶液中的溶質(zhì)、膠體或者懸浮物顆粒產(chǎn)生絮狀物沉淀的物質(zhì)都叫做絮凝劑在一個水溶液中使用兩種或兩種以上的物質(zhì)使

15、其產(chǎn)生絮狀沉淀時，可把這些物質(zhì)稱作復(fù)合絮凝劑絮凝劑與聚電解質(zhì)的區(qū)別無機(jī)高分子絮凝劑 有機(jī)高分子絮凝劑18n 無機(jī)陽離子絮凝劑n 無機(jī)低分子絮凝劑n 無機(jī)陰離子絮凝劑 無機(jī)絮凝劑n 鋁鹽無機(jī)高分子絮凝劑 無機(jī)高分子絮凝劑n 鐵鹽無機(jī)高分子絮凝劑絮凝劑n 人工合成陽離子n 有機(jī)高分子 人工合成有機(jī)高分子n 人工合成陰離子n 有機(jī)高分子n n 人工合成非離子n 有機(jī)高分子 有機(jī)絮凝劑 n 微生物絮凝劑 天然有機(jī)高分子絮凝劑n 改性天然高分子19 無機(jī)陽離子絮凝劑v三氯化鋁（a1c13.6h2o）v硫酸鋁 a12（so4）3.18h2ov硫酸亞鐵 (feso4.7h2o)v三氯化鐵 (fecl3.6h

16、2o)v硫酸鐵 fe2(so4)3.nh2ov等20 無機(jī)陰離子v氧化鈣 caov氫氧化鈣（石灰水） ca(oh)2v氫氧化鈉 naohv氯化鈣 cacl3v碳酸鈉 na2co3v等21 無機(jī)高分子絮凝劑v聚合氯化鋁 a12(oh)mcl6-mnv聚合硫酸鋁 al2(oh)m(so4)3-m/2nv聚合氯化鐵 fe2(oh)mcl6-mnv聚合硫酸鐵 fe2(oh)m(so4)3-m/2n22 合成陽離子型有機(jī)高分子絮凝劑n丙烯酰胺-甲基丙烯酸-2-羧基丙脂基三甲基氯化銨共聚物n丙烯酰胺-甲基丙烯酸乙脂基三甲基氯化銨共聚物n丙烯酰胺-甲基丙烯酸乙脂基三甲基銨硫酸甲脂共聚物n丙烯酰胺-丙烯酸乙脂

17、基三甲基銨硫酸甲脂共聚物n聚二甲基二烯丙基氯化銨n丙烯酰胺-二甲基二乙烯丙基氯化銨共聚物n乙-羧基丙基二甲基氯化銨-二（乙-羧基丙基）烷基氯化銨共聚物n聚2-羧基丙基二甲基氯化銨n聚三聚氰胺縮甲醛23n丙烯酰胺-丙烯酸乙胺的共聚物n丙烯酰胺-甲基丙烯酸-n-二甲基乙胺脂的共聚物n丙烯酰胺-n-n-二甲基胺基丙烯酰胺共聚物n聚n、n-二甲基-1-羧基乙基-2-羧基丙胺n聚亞胺n聚環(huán)瞇基乙烯n聚苯乙烯四甲基氯化銨n聚乙烯咪唑啉n聚2-羧基丙基-n-二甲基氯化銨n聚二烯丙基二甲基氯化銨24合成陰離子型有機(jī)高分子絮凝劑n聚丙烯酸鈉n聚苯乙烯磺酸鈉n丙烯酰胺-丙烯酸鈉共聚物n順丁烯二酸酐-乙酸乙烯脂共聚

18、物n甲基乙烯基醚順丁烯二酸酐共聚物n甲基丙烯酸甲脂-順丁烯二酸鈉共聚物n苯乙烯-丙烯酸鈉共聚物n聚乙烯醇-丙烯酸鈉共聚物n丙烯酰胺-乙烯基磺酸鈉共聚物n三聚氰胺縮甲基-丙烯酸鈉共聚物25 合成非離子型有機(jī)高分子絮凝劑n聚乙烯醇n聚乙烯基甲基醚n聚丙烯酰胺n聚氧化乙烯n聚乙烯吡咯烷酮n聚乙烯乙烯脂水解產(chǎn)物n聚烷基酚-環(huán)氧乙烷26 天然有機(jī)高分子絮凝劑n微生物絮凝劑n纖維素n三醋酸纖維素n淀粉n陽離子改性淀粉n淀粉醚n丙烯酰胺-淀粉接枝共聚物n環(huán)糊精27n植物樹膠 cg-a f691n甲殼素n果膠n多糖n木質(zhì)素的雙環(huán)氧化物n聚乙二醇交聯(lián)的木質(zhì)素n蠟n藻類n蛋白質(zhì)n動物膠 骨膠28第三章 膠體和懸浮

19、物膠體和懸浮物 第一節(jié)第一節(jié) 膠體的性質(zhì)膠體的性質(zhì)n膠體帶電荷n膠體的布朗運(yùn)動n膠體的丁達(dá)爾效應(yīng)29 第二節(jié)第二節(jié) 膠體和懸浮物顆粒大小膠體和懸浮物顆粒大小n表3-1顆粒大小分類n n 體系 cm nm n 溶質(zhì) 10-7 1 10n 膠體 110-7110-4 1103 10-104n 懸浮物 10-410-2 103105 104-106n 可沉淀物 10-2 105 106n=10-8cm=0.1nm30膠體：0.10.001的粒子，工程范圍：10.001能通過濾紙，擴(kuò)散極慢，不能滲透金屬氫氧化物、蛋白質(zhì)、有機(jī)高分子、粘土等線性分子：含有103109個原子的分子都屬于膠體顆粒，而不論其絕

20、對尺寸水中絕大部分粘土顆粒（4），大部分細(xì)菌（0.280nm）,病毒(10300nm)都為膠體蛋白質(zhì)為線性分子分子量約1043105,聚丙烯酰胺在分子量500萬時,展開長度約為20,相當(dāng)于含有7105個原子的線性分子,亦為膠體顆粒31膠體：10-104 懸浮物：104-106水：0.958 1百萬pam：3.5104 32第三節(jié)第三節(jié) 膠體和懸浮物顆粒的電荷來源膠體和懸浮物顆粒的電荷來源n電離作用n離子溶解n離子吸附n晶格取代33 第四節(jié)第四節(jié) 擴(kuò)散雙電層擴(kuò)散雙電層nhelmhollz提出平行板雙電層理論n擴(kuò)散雙電層理論ngouy擴(kuò)散雙電層理論nstern理論模型ngrahame模型34 圖3

21、-1 斯恩特雙電層示意圖35圖3-2 固體顆粒的斯恩特雙電層模型36 圖3-3 雙電層和擴(kuò)散層的厚度37 圖3-4 雙電層厚度38 圖3-5 格雷厄姆雙電層模型39 第四章絮凝劑的性質(zhì)絮凝劑的性質(zhì) 第一節(jié)無機(jī)絮凝劑的性質(zhì)第一節(jié)無機(jī)絮凝劑的性質(zhì)硫酸鋁分子式為：a12（so4）3.18h2o白色粉末狀或塊狀 有澀味在水中發(fā)生水解反應(yīng)，水解速度緩慢工業(yè)品含約2025%；含2030%不溶物，使用時需清除殘渣化學(xué)純含約5060%使用ph值范圍6.07.8。當(dāng)ph=45.7時，去除水中有機(jī)物為主；當(dāng)ph=5.77.8時，去除水中懸浮物為主；當(dāng)ph=6.47.8時，可以處理高濁度廢水和低色度廢水適合的水溫：

22、2040通常用量15100mg/l高濃度的水溶液有腐蝕性40 硫酸亞鐵又名綠礬 分子式：feso4.7h2o 呈藍(lán)綠色 含鐵20% 顆粒狀 、粉末狀、晶體狀 具有還原作用 使用ph值范圍8.19.6 易水解 水溫影響較小 適用于濃度大，堿性強(qiáng)的廢水 絮凝作用穩(wěn)定，反應(yīng)快，絮凝效果良好 缺點是需要調(diào)堿度，投量大，出水帶顏色 腐蝕性強(qiáng)41 三氯化鐵分子式：fecl3.6h2o片狀和塊狀，六方晶系吸濕性強(qiáng)，易溶于水，同時水解生成棕色絮狀的氫氧化鐵沉淀。溶解于水時，產(chǎn)生氯化氫氣體，污染環(huán)境強(qiáng)氧化劑，能溶于乙醇、乙醚、苯胺等有機(jī)溶劑殘渣量少可用于活性污泥脫水使用的ph值范圍6.011.0，最佳ph值范圍

23、6.08.4通常的用量為51000mg/l1絮凝體粗大，沉淀速度快，不受溫度的影響處理高濁度水效果顯著腐蝕性大，腐蝕混凝土，并使某些塑料變形42 聚合氯化鋁化學(xué)通式為：a12(oh)mcl6-mn n10，m=15無色或黃色固體（粉末、結(jié)晶狀，與堿化度相關(guān)）屬無機(jī)高分子化合物具有架橋作用和專屬吸附性能使用的ph值范圍59水溫影響不大用量少，絮凝效果好腐蝕性小43 聚合硫酸鐵化學(xué)通式為：fe2(oh)m(so4)3-m/2n n10，m=15使用的ph值范圍5.08.5適合的水溫為2040絮凝效果良好，沉淀速度快殘留鐵比三氯化鐵少，腐蝕性也比三氯化鐵小在無機(jī)絮凝劑中，它對cod的去除率和脫色效果

24、最好44 al（iii）的水解nal(h2o)6+3+h2o h3o+al(h2o)5(oh)+2nal(h2o)5(oh)+2+h2o h3o+al(h2o)4(oh)2+nal(h2o)4(oh)2+ +h2o h3o+al(h2o)3(oh)3nal(h2o)3(oh)3 +h2o h3o+al(h2o)2(oh)4-nal(h2o)2(oh)4- +h2o h3o+al(h2o)(oh)52-nal(h2o)(oh)52-+h2o h3o+al(h2o)63-45 圖4-1 al(oh)3溶液平衡時的組成 a.氣浮和澄清分離 b.過濾分離 c.al(oh)4- d. al13(oh)5

25、+ e. al7(oh)174+ f.al3+ g. al(oh)3+46 fe（iii）的水解n fe(h2o)63+ + h2o fe(h2o)5(oh)2+ + h3o+nfe(h2o)5(oh)2+ h2o fe(h2o)4(oh)2+ h3o+nfe(h2o)4(oh)2+ h2o fe(h2o)3(oh)3+ h3o+n fe(h2o)3(oh)3+ h2o fe(h2o)2(oh)4-+ h3o+47 圖4-2 fe(oh)3溶液平衡時的組成 a. 氣浮和澄清分離 b.過濾分離 c.fe(oh)4- d. fe(oh)2+ e. fe(oh)2+ f. fe3+ g. fe(oh

26、)24+48 圖4-1、4-2的意義兩個圖是根據(jù)溶解度和水解平衡常數(shù)計算得出來的圖的a區(qū)適合于使用空氣氣浮法和澄清法的固-液分離b區(qū)適合于直接過濾法，其ph范圍為6.08.5絮凝劑的用量：在a區(qū)為33200mg/l；在b區(qū)為3.320mg/l在b區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行分離操作時，需要添加陽離子型有機(jī)高分子絮凝劑這兩個圖，對于使用空氣氣浮法處理水是很有用的49 圖4-3 鐵和鋁的水合氧化物 的z電位與ph值的關(guān)系50 圖4-4 al(h2o)63+離子51 圖4-5 al2(h2o)2(oh)84+雙分子離子52 圖4-6 al16(h2o)24(oh)3612+高分子53 第二節(jié)第二節(jié) 無機(jī)低分子絮凝劑

27、無機(jī)低分子絮凝劑 存在的問題存在的問題鋁鹽：常受鹽類影響。當(dāng)水中含鹽量高時，需增加藥量，活性污泥的含水率增高，體積大，水分高，增加污泥處理難度氯離子的影響，很活潑、不水合、帶負(fù)電荷，穿透性含硫化合物廢水（例如：紡織印染廢水、石油工業(yè)廢水、酸法造紙廢水、某些化工廢水），用鐵鹽不利。硫化物使fe3+ 還原成fe2+ ，同時生成三硫化二鐵和硫化亞鐵的混合物。該混合物呈膠體狀態(tài)，帶負(fù)電荷，很難形成絮凝沉淀使用鐵鹽的另一個問題是，三氯化鐵具有很強(qiáng)的腐蝕性和在水中殘留鐵離子。設(shè)備受到限制，水質(zhì)受影響使用無機(jī)低分子絮凝劑時，一般反應(yīng)較慢，沉淀速度較慢54第三節(jié) 有機(jī)高分子絮凝劑的性質(zhì)有機(jī)高分子絮凝劑的性質(zhì)l

28、分子量大小l分子結(jié)構(gòu)l電荷密度大小l電荷性質(zhì)55分子量（平均分子量）分布范圍1千萬 分子量很（極）高的高分子絮凝劑1百萬1千萬 分子量高的高分子絮凝劑二十萬1百萬 分子量中等的高分子絮凝劑十萬二十萬 分子量低的高分子絮凝劑五萬十萬 分子量比較低的高分子絮凝劑五萬 分子量很（極）低的高分子絮凝劑56 圖4-7 高分子絮凝劑的分子量分布57 電荷密度來源：帶電的官能團(tuán)通過控制共聚物分子中帶電荷的鏈節(jié)與不帶電荷鏈節(jié)的摩爾比，便可控制有機(jī)高分子絮凝劑的電荷密度聚丙烯酰胺的鏈節(jié)不帶電荷，因此，用陽離子高分子與聚丙烯酰胺共聚能夠得到很高的分子量。所以，常用聚丙烯酰胺與帶電荷的離子型單體接枝共聚來降低電荷密

29、度和增加分子量電荷密度高的絮凝劑，其帶電荷的鏈節(jié)占的比例大，這部分的價格高，成本高，且絮凝效果不如電荷密度低、分子量高的絮凝劑效果好58有機(jī)高分子絮凝劑的結(jié)構(gòu)和形態(tài)伸展結(jié)構(gòu)和無規(guī)線團(tuán)結(jié)構(gòu)高分子絮凝劑是線形結(jié)構(gòu)時，絮凝效果良好，環(huán)狀結(jié)構(gòu)能使絮凝效果降低電場電位59 圖4-8 具有短側(cè)鏈和長側(cè)鏈 的伸展型高分離子60圖4-9 高分子離子形態(tài)和電位剖面61 圖4-10 伸展開的高分子離子 和它的電場62 圖4-11 最大電位值和電位隧道 的立體示意圖63 圖4-12 無規(guī)線團(tuán)高分子離子的四個電位區(qū) a.無電位作用溶液 b.影響到高分子離子球面上的弱電位 c.電位隧道 d.帶電官能團(tuán)附近的電位極大值6

30、4 第四節(jié)第四節(jié) 有機(jī)高分子絮凝劑的特點有機(jī)高分子絮凝劑的特點 和存在的問題和存在的問題用量小，絮凝能力強(qiáng)，沉淀速度快，處理時間短，效率高，產(chǎn)生的污泥較容易處理絕大多數(shù)人工合成的有毒性有些產(chǎn)品只能是稀溶液，運(yùn)輸、儲存有困難產(chǎn)生的污泥體積龐大硫化物與陽離子型有機(jī)高分子絮凝劑起化學(xué)反應(yīng)，形成共價鍵。會降低電荷的中和作用和橋聯(lián)作用，對絮凝作用干擾很大。會增加用藥量65提問n膠體的特性是什么？n膠體的大小、水體中哪些物質(zhì)能形成膠體？n無機(jī)低分子絮凝劑存在哪些缺點？n有機(jī)高分子絮凝劑的分子量發(fā)布怎樣？n有機(jī)高分子絮凝劑的特點與缺限？66 第五章第五章 絮凝作用機(jī)理絮凝作用機(jī)理格魯奇(grutsh)定義凝

31、聚作用：中和膠體和懸浮物顆粒表面電荷，使其克服膠體和懸浮物顆粒的靜電排斥力，從而使顆粒脫穩(wěn)的過程稱作凝聚作用絮凝作用：膠體和懸浮物顆粒在高分子絮凝劑的作用下，橋連成為粗大的絮凝體的過程凝聚作用是顆粒由小到大的量變過程；絮凝作用是量變過程達(dá)到一定程度時的質(zhì)變過程絮凝化學(xué)：研究絮凝作用機(jī)理、絮凝劑性質(zhì)、膠體或懸浮物顆粒的性質(zhì)、影響絮凝作用的各種條件的科學(xué)67 第一節(jié)第一節(jié) dlvodlvo理論理論dlvo理論是用膠體顆粒間的吸引能和排斥能的相互作用，產(chǎn)生的相互作用能，來解釋膠體的穩(wěn)定性和產(chǎn)生絮凝沉淀的原因膠體顆粒間的排斥能膠體顆粒間的吸引能膠體顆粒間的相互作用能68 圖5-1 顆粒表面電荷相互作用

32、能曲線 va吸引能 vr排斥能 vt相互作用能 vm能峰 d顆粒表面間距離69顆粒間的距離很小和很大時，相互作用能以吸引能為主，能夠形成絮凝體當(dāng)顆粒間的距離處于中等程度時，相互作用能以排斥能為主，顆粒處于穩(wěn)定狀態(tài)，不能形成絮凝體顆粒相距很遠(yuǎn)時，吸引能和排斥能都等于零曲線vt有兩個最小能量值。顆粒間的相互作用能達(dá)到第一或第二最小能量值時，便產(chǎn)生絮凝沉淀曲線vt存在能量障礙。顆粒間相互作用能曲線vt有一個能量峰vm。能量峰vm是顆粒凝聚和絮凝的能量最大障礙70 圖5-2 電解質(zhì)對相互作用能的影響 va吸引能 vr1、vr2、vr3排斥能的降低 vt1、vt2、vt3對應(yīng)vr1、vr2、vr3的相互

33、作用能 d帶電顆粒表面間的距離71 四種絮凝作用機(jī)理q通過絮凝作用捕集和“清掃”膠體顆粒q壓縮雙電層，減少表面電荷q高分子絮凝劑的橋連q由于吸附作用而使電荷中和72 第二節(jié)第二節(jié) 膠體的捕集膠體的捕集為了捕集膠體，要使用大量的絮凝劑清掃過程：水解 高分子 三維空間立體結(jié)構(gòu) 捕獲膠體顆粒隨著高分子化合物體積的收縮、沉淀物和懸浮物象多孔的網(wǎng)子一樣，從水中將膠體顆粒清掃下來，形成絮狀沉淀適合于此機(jī)理的分離方法有澄清法和溶解空氣氣浮法當(dāng)使用“清掃”機(jī)理進(jìn)行固液分離時，產(chǎn)生的絮凝物是粘稠狀的?？梢约尤?.050.4mg/l的陰離子型有機(jī)高分子絮凝劑，以利于沉淀分離。特別是應(yīng)用溶解空氣氣浮法時，效果非常好

34、應(yīng)用“清掃”機(jī)理時，要避免使用過濾法進(jìn)行固液分離“清掃”缺點：污泥量大，難以脫水，耗藥量大73 第三節(jié) 壓縮雙電層從dlvo理論可知，比較薄的雙電層能夠降低排斥能如果排斥能（z電位）降低到相當(dāng)小時，顆粒就能夠被第二最小能量值的吸引力所吸引，產(chǎn)生疏松的絮凝體，這樣的絮凝體不易沉降，容易擴(kuò)散，而且只適合于靜止沉積分離74 第四節(jié) 電荷的中和作用電荷的中和作用電荷中和作用：膠體顆粒的z電位降低到足以克服能量障礙而產(chǎn)生絮凝沉淀的過程膠體顆粒間的相互作用能處于第一最小能量值形成穩(wěn)定的絮凝體75電荷中和作用是吸附作用引起的它導(dǎo)致膠體顆粒與水之間界面的改變，從而使物理化學(xué)性質(zhì)改變電荷中和作用能夠使水中的膠體

35、和懸浮物顆粒被分離除去的效果最佳適合于氣浮分離、過濾分離以及澄清沉淀分離76用不同類型、不同分子量的有機(jī)高分子絮凝劑，測定其z電位，出現(xiàn)以下幾種情況：帶大量電荷的陽離子表面活性劑很容易使懸浮物顆粒表面改變電荷符號。然而看不見絮凝現(xiàn)象，也不容易看到有z 電位由負(fù)值變?yōu)檎档倪^程分子量很低的陽離子高分子絮凝劑的作用與表面活性劑相類似分子量50，000200，000的有機(jī)高分子絮凝劑電荷中和時，形成細(xì)小疏松的絮凝體，如果再加入0.1mg/l含有少量陰離子官能團(tuán)的有機(jī)高分子絮凝劑，便能改變細(xì)小絮凝體的狀態(tài)，使其變得粗大分子量高到2，000，000的陰離子有機(jī)高分子絮凝劑，電荷中和時，形成的絮凝體很容易

36、被發(fā)現(xiàn)。絮凝效果非常好77 圖5-3 中和電荷降低z電位和擴(kuò)散層 有效厚度達(dá)到脫穩(wěn)和絮凝作用示意圖78 第五節(jié) 橋連n帶不同電荷的物質(zhì)的橋連n這類橋連是帶負(fù)電荷的膠體顆粒與帶正電荷的陽離子高分子絮凝劑的橋連n這類橋連也涉及到電荷中和機(jī)理n其脫穩(wěn)作用是由于庫侖引力的原因79所用的陽離子有機(jī)高分子絮凝劑丙烯酰胺-丙烯酸乙酯基三甲基銨硫酸甲脂的共聚物（am-aeta-ms）丙烯酰胺-甲基丙烯酸乙酯基三甲基銨硫酸甲酯（am-metams）的共聚物丙烯酰胺-甲基丙烯酸乙酯基三甲基氯化銨（am-metac）的共聚物丙烯酰胺-甲基丙烯酸-2-羧基丙烯基三甲基氯化銨（am-maptac）的共聚物丙烯酰胺-二甲

37、基二烯丙基氯化銨（am-dmdaac）的共聚物80帶相同電荷的物質(zhì)的橋連-是帶同種電荷的膠體顆粒與帶負(fù)電荷的有機(jī)高分子絮凝劑的橋連顆粒表面的電荷是凈的庫侖電荷，表面帶有正電荷，也帶有負(fù)電荷。雖然總的負(fù)電荷多于總的正電荷，但表面仍有只帶正電荷的區(qū)域（比如，沿著晶面邊沿上就只帶正電荷）這些只帶正電荷的區(qū)域成為吸引點，它吸引帶負(fù)電荷的陰離子有機(jī)高分子絮凝劑的羧基官能團(tuán)，與其結(jié)合形成絮凝體當(dāng)固體顆粒具有很高的負(fù)z電位時，龐大的絮凝體將顆粒包裹在里面，由于周圍都是帶負(fù)電荷的絮凝體，顆粒受各方面的排斥作用，不能從絮凝體中逃脫。與絮凝體一同沉淀下來。但當(dāng)龐大的絮凝體破裂時，排斥力不能平衡，顆粒容易從絮凝體中

38、跑掉。故絮凝體一定不要遇到剪切力，以免破壞絮凝體。只能采用沉積澄清法固液分離反號離子的作用，分子量非常高的極性有機(jī)高分子絮凝劑的特性和反號離子的遷移81 例子n首先用無機(jī)絮凝劑，將固體顆粒的z電位調(diào)到-1-5mv，或者，用分子量為250，000的陽離子有機(jī)高分子絮凝劑，降低固體顆粒的z電位，然后使用少量的陰離子有機(jī)高分子絮凝劑，效果非常好n用活性污泥作陰離子有機(jī)高分子絮凝劑來處理活性污泥（微生物絮凝劑），絮凝效果極好82提問n什么叫凝聚？什么叫絮凝？n簡述膠體顆粒間的相互作用能曲線n簡述絮凝作用的四大機(jī)理n“捕集”和“清掃”作用主要針對什么絮凝劑？n壓縮雙電層與電荷中和對絮凝而言有何區(qū)別？n帶

39、相同電荷的物質(zhì)的橋連的主要原因是什么？83第六節(jié) 化學(xué)絮凝模型和生物絮凝模型化學(xué)絮凝模型和生物絮凝模型 化學(xué)絮凝模型（一）高分子絮凝劑帶電荷的球面，把位于膠體顆粒表面雙電層中的反號離子吸引住，使反號離子保持在雙電層中，而不被溶劑的靜電引力拉走在膠體顆粒表面與高分子絮凝劑的球面相接近的地方，電荷不平衡，負(fù)電荷過剩，負(fù)的庫侖電位增加增加的負(fù)庫侖電位，將高分子絮凝劑電位隧道中的可流動反號離子吸引過來高分子絮凝劑的電位隧道作為反號離子的導(dǎo)管，反號離子從此導(dǎo)管中流出，中和一部分膠體顆粒表面電荷由于電荷的中和作用，降低了膠體顆粒表面上的局部地區(qū)的排斥能。顆粒間的距離變小，相互作用能以吸引能為主局部地區(qū)上正

40、的相互作用能，使高分子絮凝劑膠體顆粒間的第一或第二最小能量的吸引力起作用，并反應(yīng)形成絮凝體84 圖5-4 同種電荷的化學(xué)絮凝模型 a.表示出電位隧道，影響球面和流動的反號離子的極化陰離子有機(jī)高分子絮 凝劑 b.充滿反號離子的雙電層 c.絮凝劑和顆粒形成化學(xué)鍵85 第七節(jié)第七節(jié) 生物高分子（微生物）生物高分子（微生物） 的電學(xué)性質(zhì)的電學(xué)性質(zhì)膠體顆粒的z電位是切面和溶液間的電荷差微生物的切面較小，在莢膜的外邊，沒有固定的距離假設(shè)切面以外的部分類似于膠體雙電層模型中反號離子的擴(kuò)散層部分，切面邊上的莢膜類似于-電位隧道在細(xì)菌軟層的最外層表面上，酸性聚糖至少會部分地使細(xì)菌表面帶上負(fù)電荷易流動反號離子在莢

41、膜和溶液之間建立平衡。莢膜中被束縛的反號離子能平行地移動到微生物的細(xì)胞壁上高分子絮凝劑的電位隧道和生物電位隧道（莢膜）的主要區(qū)別是莢膜的體積大86圖5-5 活性污泥絮凝體電位模型87 化學(xué)絮凝模型（二）膠體和懸浮物顆粒帶的電荷與絮凝劑帶的電荷符號相反的絮凝模型高分子絮凝劑很容易與帶相反電荷的膠體顆粒起反應(yīng)許多研究人員假設(shè)這種反應(yīng)是定量吸附的 ，吸附使電荷中和直到等電點電荷中和效果取決于高分子絮凝劑的類型和官能團(tuán)的含量分子量高的陽離子有機(jī)高分子絮凝劑的橋連作橋連作用和鑲嵌作用用和鑲嵌作用的原因88 圖5-6 顆粒表面的正電荷區(qū)和負(fù)電荷區(qū)89 圖5-7 分子量高電荷密度高的 有機(jī)高分子絮凝劑的吸附

42、模型90 圖5-8 分子量高電荷密度低的 有機(jī)高分子絮凝劑的吸附模型91圖5-9 有機(jī)高分子絮凝劑的吸附模型92圖5-10 絮凝體表面的殘余負(fù)電荷示意圖93第六章第六章 化學(xué)處理的必要條件化學(xué)處理的必要條件第一節(jié)第一節(jié) 影響絮凝作用的因素影響絮凝作用的因素v溶液的ph值v溫度v攪拌速度，時間v絮凝劑的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)v分子量v用量v分離方法和工藝設(shè)計94 第二節(jié) z電位從切面到溶液之間的電位是z電位z電位表示擴(kuò)散層的厚度和電荷密度的特性z電位能夠反映出膠體顆粒的穩(wěn)定性可以測定出來對絮凝化學(xué)中， z 電位是非常重要的參數(shù)95 擴(kuò)散層厚度；顆粒的電荷密度； d 水的介點常數(shù)dz496 電泳速度與z電位有

43、下列關(guān)系,水的動力粘滯系數(shù),z電位單位為mvdvz4979899提問n影響絮凝作用的七個主要因素是什么？影響絮凝作用的七個主要因素是什么？n簡述化學(xué)絮凝模型一簡述化學(xué)絮凝模型一n簡述化學(xué)絮凝模型二簡述化學(xué)絮凝模型二n生物絮凝模型屬于哪類絮凝模型，為什生物絮凝模型屬于哪類絮凝模型，為什么？么？100作業(yè)作業(yè)i i（案例賽）（案例賽）n分組：分4個組，每組7人n交錢：每人20元，工程碩士學(xué)員30元n基本要求：v完成案例具體各項內(nèi)容，提交案例報告v制成powerpoint的形式v案例主講，時間20分鐘v裁判（每組1人）101作業(yè)作業(yè)i i（案例賽）（案例賽）n題目： 印染廢水處理工程實例102項 目

44、 要 求 評分標(biāo)準(zhǔn) 備 注 概況 工程的位置、生產(chǎn)排污、 周邊情況及處理要求 5 設(shè)計依據(jù)和原則 環(huán)評、 監(jiān)測數(shù)據(jù)、 標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范及法律文件及設(shè)計原則 5 設(shè)計范圍 5 自然條件 污水站址的自然條件 5 污水處理規(guī)模及水質(zhì) 5 污水處理要求 出水執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)、 是否有回用要求 5 處理工藝流程 流程框圖 15 工藝說明 特點、藥劑 15 處理工藝參數(shù) 工藝參數(shù)的選擇及計算 10 主要構(gòu)筑物 材質(zhì)及尺寸 10 主要設(shè)備 型號及產(chǎn)地 10 總平面圖布置 10 103燒杯試驗燒杯試驗 n快速、簡便n了解絮凝效果如何，投藥量和現(xiàn) 場運(yùn)行的好壞 104儀器設(shè)備 n正式的燒杯攪拌試驗需要六聯(lián)攪拌機(jī)，ph酸度計

45、（或精密ph試紙），濁度儀，微量加藥管，燒杯若干。定濃度的稀酸、稀堿液，試驗用藥劑標(biāo)準(zhǔn)溶液。n 若是粗略估計試驗，則燒杯，量筒，攪拌棒，滴管或移液管，藥劑，精密ph試紙等。 105試驗方法 n試驗條件應(yīng)盡可能地反映出實際情況。要考慮的內(nèi)容主要包括：被處理的n水、固體顆粒的大小、離子強(qiáng)度（溶解的鹽量）、溫度和ph值。n g值（速度梯度）、gt值即攪拌時間和攪拌強(qiáng)度，應(yīng)盡可能地與實際反應(yīng)動力條件一致，只有這樣，得到的結(jié)果才能與實際的反應(yīng)情況一致。模擬效果。 106n試驗結(jié)果估計nz電位n脫水試驗 107脫水試驗方法n1）將污泥加入到幾個1000ml的量筒中。n2）用帶孔的活塞作為攪拌器，在垂直方向

46、做上下攪拌。n3）加入各種濃度的絮凝劑。n4）輕輕地將污泥和絮凝劑混合。n5）混合后，令其自然沉降，記錄分層的高度和時間。 108燒杯試驗和量筒試驗簡要總結(jié)歸納可燒杯試驗和量筒試驗簡要總結(jié)歸納可以得出如下八條結(jié)果：以得出如下八條結(jié)果： 1）選擇最有效的絮凝劑，最佳ph值。n2）最佳投加量。n3）不同絮凝劑絮凝效果（絮凝過程）比較。n4）加藥的最有效順序。n5）混合時間和絮凝反應(yīng)時間。n6）絮凝體沉降特性。n7）澄清后的水質(zhì)。n8）污泥的質(zhì)量。 109絮凝化學(xué)動力學(xué)絮凝化學(xué)動力學(xué) n絮凝化學(xué)動力學(xué)是研究絮凝化學(xué)反映速度的科學(xué)，也就是研究絮凝沉淀的速度的科學(xué)。n排斥能量曲線和吸引能量曲線相加而得到

47、膠體顆粒的相互作用能量曲線。相互作用能量曲線能夠反映出膠體顆粒是否能夠形成絮凝沉淀和絮凝反應(yīng)的快慢。并且具有兩個最小能量值。當(dāng)膠體顆粒的相互作用能量達(dá)到第一最小能量值時，能夠發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生絮凝沉淀，所生成的絮凝體堅實，粗大，反應(yīng)速度快，而且，是不可逆反應(yīng)。我們把研究這個反應(yīng)速度的科學(xué)，稱作為快速絮凝化學(xué)動力學(xué)。n當(dāng)膠體顆粒的能量達(dá)到第二最小能量值時，也能夠發(fā)生絮凝反應(yīng)，不過，產(chǎn)生的絮凝體疏松，細(xì)小，反應(yīng)速度緩慢。而且，當(dāng)加入適當(dāng)量的電解質(zhì)時，疏松細(xì)小的絮凝體又可能消失，重新形成帶電的膠體顆粒，所以說，反應(yīng)是可逆的。我們研究后一個反應(yīng)速度的科學(xué)，稱作為緩慢絮凝化學(xué)動力學(xué)。 110快速絮凝化學(xué)動力

48、學(xué)快速絮凝化學(xué)動力學(xué) n在不停的運(yùn)動著的膠體顆粒的絮凝作用與其所帶電荷的性質(zhì)和數(shù)量有關(guān)，也與膠體顆粒的布朗運(yùn)動有關(guān)。n當(dāng)膠體顆粒表面帶有許多電荷時，顆粒間由于靜電排斥力的作用，運(yùn)動著的顆粒不能接近，相互碰撞的次數(shù)很少，碰撞的作用力也很小，因此，不能結(jié)合在一起，不能起反應(yīng)。n當(dāng)顆粒的表面電荷被中和后，排斥能減弱，排斥力變小，由于顆粒的布朗運(yùn)動而造成相互碰撞次數(shù)增多，碰撞作用力增大，碰撞結(jié)果能夠結(jié)合在一起，發(fā)生反應(yīng)，形成絮凝體。因此，絮凝體形成速度和顆粒間的碰撞頻率成正比。 111假設(shè)體系中單位體積里的膠體顆粒數(shù)量為 n，顆粒的體積大小都相同，都是球形。膠體顆粒之間的任何碰撞都是有效的，結(jié)合成絮凝

49、體，并且是不可逆的。這樣，膠體顆粒在單位時間內(nèi)，通過面積 a 的數(shù)量，即擴(kuò)散速度，就應(yīng)該等于絮凝反應(yīng)速度。 膠體顆粒的擴(kuò)散速度等于dtdn，它與膠體顆粒的濃度梯度 dxdn成正比，這是菲克（fick）第一擴(kuò)散定律。 dtdn=dadxdn （7-1） 式中：dn 在 dt 時間內(nèi)，通過面積 a 的膠體顆粒數(shù)量； d 擴(kuò)散系數(shù) dn 在垂直于面積 a 的方向上，距離為 ds 時，膠體顆粒減少的數(shù)量，dxdn是濃度梯度。 用體系的體積 v 除式（7-1）的兩邊，則得： dtvnd)(= -dxdnvda 即：dtdn= -dxdnvda （7-2） 112dn 是單位體積內(nèi)，在 dt 時間里，顆粒

50、減少的數(shù)量。所以， dtdn 是單位體積的顆粒擴(kuò)散速度。 在上述假設(shè)的前提下， 單位體積的顆粒擴(kuò)散速度就應(yīng)該等于絮凝體生成的速度，也就等于反應(yīng)速度 vf。所以， fv = -dtdn = dxdnvda 即 fv = dxdnvda 或 fv = vdaxn （7-3） n 表示單位時間內(nèi)，通過擴(kuò)散層的顆粒數(shù)量；x 表示擴(kuò)散層的厚度。 113從式（7-3）可以得出下列結(jié)論： （a）絮凝體的生成速度與擴(kuò)散層的厚度成反比。當(dāng)擴(kuò)散層厚時，絮凝速度慢，所以，加入電解質(zhì)時，使擴(kuò)散層的厚度變薄，即x值變小，vf增大。加快絮凝沉淀的速度。 （b）絮凝沉淀速度 vf與擴(kuò)散系數(shù) d 成正比，所以，當(dāng)適當(dāng)攪拌溶液

51、時，提高擴(kuò)散能力，d 值增高，使絮凝沉淀速度加快。但是，攪拌的速度要適當(dāng)，不能過快，因為攪拌速度太快時，能將形成的絮凝體粉碎，不利于絮凝沉淀。 （c）絮凝體的生成速度與溫度成正比。因為擴(kuò)散系數(shù) d = ofnrt (7-4) 式中：t 絕對溫度，k； r 氣體常數(shù)（8.31j/mol） ； n0 阿佛加德羅常數(shù)（6.021023） 。 當(dāng)膠體顆粒是球形時，則有下列關(guān)系式，即，斯托克斯定律： rf6 式中： r 固體顆粒半徑； 固體的粘度。 114將此式代入（7-4）中，則得： d ornrt6 (7-5) 將式（7-5）代入（7-3）中，則得： fv= rvnrtao6xn (7-6) 從式（

52、7-6）可見，vf與 t 成正比。所以當(dāng)溫度升高時，絮凝反應(yīng)速度加快，有利于絮凝體的形成。 （d）從式（7-6）可見，vf與成反比關(guān)系。溶液的粘度小時，對絮凝作用有利，加快反應(yīng)速度。所以當(dāng)溫度降低時，溶液的粘度增加，使絮凝反應(yīng)速度變慢。 115還可以把二個固體顆粒的碰撞視為二個分子的反應(yīng)。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)，則有： dtdn = 2kn (7-7) 式中：n 溶液中的固體顆粒數(shù)； dn 在 dt 時間內(nèi)，固體顆粒減少的數(shù)量，所以，dtdn是反應(yīng)速度。當(dāng)固體顆粒是球形時，其半徑為 r，擴(kuò)散系數(shù)為d，則式（7-7）中的k等于 16rd，即 krd16 所以 dtdn=216 rdn 即， rddt

53、ndn162 將此式積分： torddtnn ndno162 則得： n1-on1=rdt16 所以 oordtnnn161 116令 ofrdnt81 ， 并代入式(7-8)中，則得： nfottn21 (7-9) 式中：n0體系中最初的固體顆粒數(shù)； t 時間； tf絮凝時間，它是兩個固體顆粒相互碰撞結(jié)合在一起所需要的時間。 將式 （7-5）代入絮凝時間ft的公式中，可得到下式： rtrnrntoof86 oortnn43 (7-10) 在 25時，t=298k,水的=0.01 r = 0.8314108(erg/k.mol) n0 = 6.021023 將這些數(shù)值代入式（7-10）中，則得

54、： ofnt111082. 1 (7-11) 從式（7-11）可知，絮凝時間與單位體積中的顆粒數(shù)目成反比關(guān)系。 一般情況下，膠體溶液每立方厘米含有顆粒數(shù)為 1014，所以，絮凝時間為 1/500s 左右。 這說明膠體顆粒間的反應(yīng)速度是很快的。 117緩慢絮凝化學(xué)動力學(xué)緩慢絮凝化學(xué)動力學(xué) 當(dāng)膠體顆粒的能量達(dá)到第二最小能量值時，膠體顆粒的相互碰撞也能產(chǎn)生絮凝沉淀。但是，這時的膠體顆粒的雙電層厚度大，z電位高，顆粒間的排斥能大，兩個顆粒之間的距離長，顆粒之間的相互碰撞受到阻力障礙。這種阻力障礙與溶液中的電解質(zhì)的性質(zhì)和濃度關(guān)系密切。因此，緩慢絮凝反應(yīng)速度與溶液中的電解質(zhì)性質(zhì)和濃度有關(guān)。把這個因素考慮進(jìn)

55、去后，顆粒在時間dt內(nèi)擴(kuò)散通過面積a的顆粒數(shù)dn，菲克的第一擴(kuò)散定律應(yīng)該加上阻力因素p。 dtdn=d adxdn+p (7-12) p 是阻力障礙因素。在此方程式中，如果沒有 p，這個方程式是表達(dá)快速絮凝速度的。加上 p 之后，就是表達(dá)緩慢絮凝速度。從第一節(jié)中知道，快速絮凝的反應(yīng)速度很大，即顆粒相互碰撞而產(chǎn)生絮凝的絮凝時間很短，所以緩慢絮凝的速度取決于 p 的大小。p 是阻力障礙因素，是阻止顆粒通過面積 a 產(chǎn)生碰撞，使顆粒相互排斥。因此，p 是排斥能的函數(shù)。排斥能量大時，p 值也大。排斥能又可以通過z電位反映出來。即負(fù) z 電位高時（這里指絕對值） ，排斥能大。所以可以得出結(jié)論，負(fù) z 電

56、位（絕對值）高時，p 值大，反應(yīng)速度小，即絮凝速度小。而 z 電位是可以通過實驗測出來的。這樣，通過測定 z 電位，來了解和控制絮凝速度。因此，可以向溶液中加入電解質(zhì)，降低 z 電位，來提高反應(yīng)速度。 118將 p 表示為排斥能函數(shù)，它能反映出膠體溶液的穩(wěn)定性。把絮凝反應(yīng)速度，即顆粒減少速度按著兩個顆粒相反應(yīng)的動力學(xué)方法來處理，再根據(jù) dlvo 理論適當(dāng)?shù)奶幚?，最后可以得到如下的關(guān)系式： 21lglgkckp (7-13) 式中：p快速絮凝和緩慢絮凝速度之比； c電解質(zhì)濃度 mmol/l, 1k 2k為常數(shù)。 當(dāng)p =1 時，plg=0,則 lgc=12kk=ck ck:絮凝速度常數(shù)。 這說明

57、快速絮凝時，絮凝速度常數(shù)與溶液中電解質(zhì)的濃度無關(guān)。 當(dāng)plg0 時，plg與 lgc 成線性關(guān)系。其斜率是-k1?？捎脤嶒灧椒y定plg和 lgc，再求出k1。不同膠體溶液的k1值也不同。 119還有一些學(xué)者從不同角度研究絮凝化學(xué)動力學(xué)。smoluchowshi 對膠體顆粒絮凝體的研究是以顆粒碰撞為基礎(chǔ)。他認(rèn)為，膠體顆粒在布朗運(yùn)動作用下，互相碰撞，結(jié)果產(chǎn)生絮凝。 在單位時間單位體積內(nèi)，顆粒碰撞的次數(shù)為nb時，則有： 28rndnbb （7-14） 式中：db 布朗擴(kuò)散系數(shù)； r 顆粒的半徑； n 單位體積里的顆粒數(shù)目。 而式（7-14）中db的可按下式求得： rktdb6 （7-15） 式中：

58、k 為波爾茲曼常數(shù)； t 絕對溫度； 水的粘滯度（g/cm.s） ；r 顆粒半徑。 將式（7-15）代入式（7-14）中，則得： 234 ktnnb （7-16） 由式（7-16）可見，顆粒由于布朗運(yùn)動而產(chǎn)生絮凝的速度取決于相互碰撞次數(shù)，所以絮凝速度與介質(zhì)的粘度成反比關(guān)系，而與溫度成正比，以及與單位體積里的顆粒數(shù)目的平方成正比關(guān)系。 120由此可見在常溫條件下， 由于布朗運(yùn)動而引起的顆粒絮凝的速度是緩慢的， 而且不能形成較大的顆粒，因為只有微小的膠體顆粒才能作布朗運(yùn)動，較大的顆粒不能作布朗運(yùn)動。 斯特恩和坎普提出在水流運(yùn)動的情況下，顆粒相互碰撞次數(shù)sn，則有： dxdvrnns3234 （7-

59、17） 式中：n 單位體積內(nèi)的顆粒數(shù)目； r 顆粒半徑； ns 單位時間單位體積內(nèi)的碰撞次數(shù)； dxdv水流速度梯度。 并且， 2121)()(vptvwdxdv （7-18） 式中：w 投入水中的功（kgm） ； v 水池的容積（m3） ； t 時間（s） ； 水的動力粘滯度（kgfs/m2） ； p投入水中的功率（kgfm/s） 。 如果顆粒間的碰撞是有效的碰撞，那么，絮凝速度就取決于碰撞頻率。 121 dv/dx及p分別代表反應(yīng)器中的平均速度梯度及所施加的攪拌功率。dv/dx一般用g表示。式（718）為camp和stein于1943年發(fā)表的，以后即成為混凝理論中的最基本公式，已得到廣泛應(yīng)

60、用。但在推導(dǎo)式（718）的過程中，是按層流考慮的，而水流速度梯度這個公式則系應(yīng)用于紊流的情況，因此，近年來已有人提出異議。 當(dāng)反應(yīng)器中利用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行攪拌以產(chǎn)生速度梯度g時。 gt是一個無量綱數(shù)，直接反映了在時間t時顆粒數(shù)n的值，它實際上也反映了顆粒的大小，所以是有高低限的。根據(jù)實際給水處理反應(yīng)池的資料統(tǒng)計，g值一般在2070s-1之間，gt數(shù)在104105之間，文獻(xiàn)中的最大g值范圍為10100s-1。 對于混合設(shè)備來說，推薦數(shù)據(jù)為：混合時間小于2min時，可用g=5001000s-1；混合時間達(dá)5min時，g10000s-1時，產(chǎn)生有害影響。122123124125126 微生物絮凝劑微生物絮凝劑v微生物絮凝劑是利用生物技術(shù)，從微生物體或其分泌物中提取、純化而獲得的一種安全、高效，能自然降解的新型