混凝作用機理講解學(xué)習(xí)

混凝作用機理2.1水中膠體的穩(wěn)定性膠體穩(wěn)定性：是指膠體粒子在水中長期保持分散懸浮狀態(tài)的特性。

與水和廢水泥凝處理有關(guān)的膠體粒子的主要性質(zhì)，就是它的穩(wěn)定性。在一般情況下，由膠粒和水組成的膠體分散體系能長時間保持穩(wěn)定。即使是粉徑大干膠粒的細(xì)小物質(zhì)(粒徑在1-10um)，也不會在水和廢水處理工藝允許的時間范圍內(nèi)自動沉淀下來。

由Stokes方程可知，粒子的沉降速度與其粒徑平方成正比，因而粒徑愈小，沉降速度越慢。

如果假定水中膠體粒子為球形質(zhì)點，則其自然沉降速度可以用Stokes方程描述：

膠體粒子的平均粒徑—般為1nm-1um，每小時自然沉降距離僅為10-2cm到l0-4cm?？紤]到膠體分散系統(tǒng)本身所受到的不可避免的擾動，這樣的沉降速度實際上不能使膠粒沉降下來。

膠體穩(wěn)定性分“動力學(xué)穩(wěn)定性”和“聚集穩(wěn)定”兩種。動力學(xué)穩(wěn)定性：無規(guī)則的布朗運動強，對抗重力影響的能力強。聚集穩(wěn)定性包括：①膠體帶電相斥（憎水性膠體）；②水化膜的阻礙（親水性膠體）在動力學(xué)穩(wěn)定性和聚集穩(wěn)定兩者之中，聚集穩(wěn)定性對膠體穩(wěn)定性的影響起關(guān)鍵作用。2.1.1膠體的雙電層結(jié)構(gòu)膠體顆粒表面帶有電荷的過程或途徑：1.膠體顆粒結(jié)晶中的晶格取代使膠體表面產(chǎn)生電荷。2.膠體顆粒表面某些化學(xué)集團(tuán)在水中電離使膠體帶電。3.膠體顆粒表面與水作用后溶解并電離使膠體帶電。4.膠體顆粒對水中某些離子的吸附使膠體帶電。1.膠體粒子的結(jié)構(gòu)AgIK+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+I－I－I－I－I－I－I－I－I－I－碘化銀膠團(tuán)示意圖（KI過量）以AgI的水溶膠為例。固體粒子AgI稱為“膠核”。若穩(wěn)定劑是KI，則膠核吸附I－帶負(fù)電，反號離子K+一部分進(jìn)入緊密層，另一部分在擴(kuò)散層。膠核與緊密層的反號離子構(gòu)成“膠粒”。溶膠中的獨立運動單位是膠粒，膠粒與擴(kuò)散層離子構(gòu)成“膠團(tuán)”?？捎孟率奖硎荆壕o密層擴(kuò)散層（1）整個膠團(tuán)是電中性的。（2）膠粒電荷的符號取決于被吸附離子的符號，膠粒帶電的多少由被吸附離子與緊密層反號離子電荷之差（n-x）來決定。2.膠體粒子的雙電層結(jié)構(gòu)粒子的相反電荷離子是由緊密層和擴(kuò)散層兩部分組成。緊密層中的反號離子被束縛在膠體粒子周圍，擴(kuò)散層中的反號離子雖受膠體粒子的靜電引力的影響，但可脫離膠體粒子而移動。（設(shè)粒子荷負(fù)電）+++++++++++++緊密層擴(kuò)散層電勢雙電層示意圖0：固體表面和液體內(nèi)部的總的電位差+++++++++++++緊密層擴(kuò)散層電勢0動電位（電勢）:緊密層的外界面與本體溶液之間的電勢差。電勢決定著膠體粒子在電場中的運動速度。d′0bb'電解質(zhì)對電勢的影響當(dāng)電解質(zhì)濃度增加到一定程度時，擴(kuò)散厚度變零，電勢也變?yōu)榱?。這就是膠體電泳的速度會隨著電解質(zhì)濃度的加大而變小，甚至變?yōu)榱愕脑颉?/p>

電勢對其它離子十分敏感，外加電解質(zhì)的變化會引起電勢的顯著變化。因為外加電解質(zhì)濃度加大時，會使進(jìn)入緊密層的反號離子增加，使得粒子外界面與溶液本體的電勢差減小，即電勢下降，從而使雙電層變薄。

2.1.2膠粒之間的相互作用-DLVO理論從總勢能圖上可以看出，吸附勢能只是在兩個膠體顆粒距離很短時起作用，排斥勢能則作用稍遠(yuǎn)些。兩個膠體顆粒處于不同距離時，總勢能可能有以下幾種情況：當(dāng)兩膠體顆粒間距很小趨近于0時，EA趨近于∞，ER增加接近于一個常數(shù)，此時EA大于ER，ET未負(fù)值，表現(xiàn)為兩個膠體顆粒吸引聚集；當(dāng)兩個膠體顆粒間距很遠(yuǎn)時，EA和ER均趨近于0，ET趨近于0，此時膠體顆粒僅受熱運動和溶劑化的作用影響；當(dāng)兩膠體顆粒的間距與雙電層的厚度在同一個數(shù)量級時，ER可能會大于EA，ET為正值，總勢能曲線上出現(xiàn)一極大值，即為勢壘，若勢壘總夠高膠體顆粒的熱運動無法克服勢壘的阻礙，則交替顆粒保持穩(wěn)定，不能聚沉。

2.2混凝機理1．電性中和作用機理電性中和作用機理包括壓縮雙電層與吸附電中和作用機理，見圖6-4。（1）壓縮雙電層加入電解質(zhì)加入，形成與反離子同電荷離子，產(chǎn)生壓縮雙電層作用，使ξ電位降低，從而膠體顆粒失去穩(wěn)定性，產(chǎn)生凝聚作用。壓縮雙電層機理適用于叔采－哈代法則，即：凝聚能力離子價數(shù)6。該機理認(rèn)為電位最多可降至0。因而不能解釋以下兩種現(xiàn)象：①混凝劑投加過多，混凝效果反而下降；②與膠粒帶同樣電號的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。

（2）吸附－電性中和這種現(xiàn)象在水處理中出現(xiàn)的較多。指膠核表面直接吸附帶異號電荷的聚合離子、高分子物質(zhì)、膠粒等，來降低電位。其特點是：當(dāng)藥劑投加量過多時，電位可反號。

2．吸附架橋吸附架橋作用是指高分子物質(zhì)和膠粒，以及膠粒與膠粒之間的架橋，架橋模型示意見圖6-5。高分子絮凝劑投加后，通常可能出現(xiàn)以下兩個現(xiàn)象：①高分子投量過少，不足以形成吸附架橋；②但投加過多，會出現(xiàn)“膠體保護(hù)”現(xiàn)象，見圖6-6；