第四章 混凝澄清法

第四章混凝澄清法第1頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§4-1概述一、膠體顆粒的基本性質(zhì)①水處理中常見(jiàn)膠體：粘土顆粒（對(duì)于d<4μm），大部分細(xì)菌（0.2~80nm），病毒（10~300nm），蛋白質(zhì)。②穩(wěn)定性：膠體顆粒在水中保持分散狀態(tài)的性質(zhì)。③憎水性膠體，親水性膠體或介于兩者之間。④對(duì)憎水性膠體，其穩(wěn)定性可用雙電層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明。對(duì)于親水性膠體，其穩(wěn)定性主要由于它所吸附的大量水分子所構(gòu)成的水殼來(lái)說(shuō)明。第2頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§4-1概述二、（憎水性）膠體的雙電層結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性1．顆粒表面電荷的產(chǎn)生水中膠體表面都帶有電荷，在一般水質(zhì)中，粘土、細(xì)菌、病毒等都是帶負(fù)電的膠體。而氫氧化鋁或氫氧化鐵等微晶體都是帶正電的膠體，其表面電荷的產(chǎn)生有如下四個(gè)機(jī)理：②極難溶的離子型晶體與它溶解下來(lái)的離子產(chǎn)物之間有一平衡關(guān)系，（這一平衡關(guān)系由溶度積來(lái)確定），這使得晶體表面有了一定符號(hào)的電荷。鐵、鋁、氫、氧化物顆粒表面電荷可以是依此機(jī)理產(chǎn)生的。由于金屬氧化物或氫氧化物的溶解沉淀反應(yīng)與溶液pH值有關(guān)，因此，這類顆粒的表面電荷和電勢(shì)受pH控制；①固相表面對(duì)水中某種離子的特異吸附；第3頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§4-1概述以上四個(gè)機(jī)理不是截然可分的，不同情況下由其中一個(gè)或幾個(gè)機(jī)理起作用。③顆粒表面離子化能團(tuán)的離解，特別是高分子有機(jī)物因其極性能團(tuán)的酸堿離解而使表面帶上電荷；（受pH控制）（如蛋白質(zhì)：COOH–R–NH2）④某些離子型晶體（結(jié)晶物質(zhì)）的Schottky缺陷在晶體表面產(chǎn)生過(guò)量的陽(yáng)或陰離子，而在其表面呈帶正電或負(fù)電。（粘土及其它鋁硅酸鹽礦物晶體的表面電荷成因）第4頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§4-1概述2．膠體的雙電層結(jié)構(gòu)

膠核荷電示意圖第5頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三電位離子反離子擴(kuò)散層膠團(tuán)邊界滑動(dòng)面膠粒吸附層膠核ξ電位Ψ電位P46,4-1式入手分析影響zeta電位的因素。第6頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§4-1概述0斥力引力中心距d勢(shì)能峰膠體的動(dòng)能：1.5kT,布朗運(yùn)動(dòng)勢(shì)能峰：數(shù)百至數(shù)千kT第7頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三0斥力引力d三、膠體的脫穩(wěn)及凝聚壓縮雙電層、電性中和、吸附橋聯(lián)、沉淀網(wǎng)捕。第8頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三0斥力引力d第9頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三0斥力引力d第10頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§4-2膠體的脫穩(wěn)及凝聚一、水處理中混凝過(guò)程的特點(diǎn)1．水處理中要求顆粒盡快長(zhǎng)大到一定的粒度，以便在沉淀設(shè)備中能除掉。因此，對(duì)粒度和沉淀時(shí)間有嚴(yán)格要求。2．水處理中絮凝的顆粒是一個(gè)很復(fù)雜的體系①水中原有顆粒，包括粘土、細(xì)菌、病毒、腐植酸及蛋白質(zhì)等（原生顆粒）。②水中投加傳統(tǒng)無(wú)機(jī)混凝劑所產(chǎn)生的顆粒（次生顆粒）。③有機(jī)高分子絮凝劑。3．基于水處理中絮凝的顆粒是一個(gè)很復(fù)雜的體系的特點(diǎn)，在水處理中往往由于有機(jī)和無(wú)機(jī)混凝劑的使用，使得水處理中的混凝機(jī)理更為復(fù)雜。第11頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§4-2膠體的脫穩(wěn)及凝聚二、常用混凝劑以鋁鹽為例，說(shuō)明其作用機(jī)理。當(dāng)Al2(SO4)3配制為10~20%溶液使用時(shí)，pH≈4，發(fā)生下列離解反應(yīng)：

當(dāng)其投加到水中后，發(fā)生如下水解反應(yīng)，水的pH也隨之改變：

式中n=1~6，特別當(dāng)n=3時(shí)，水中產(chǎn)生中性的結(jié)晶膠體，對(duì)應(yīng)pH為5~8。

第12頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§4-2膠體的脫穩(wěn)及凝聚

同時(shí)，還在水解過(guò)程中產(chǎn)生許多聚合離子，這是由于羥基架橋作用而產(chǎn)生。其最簡(jiǎn)單的形式是：OHOH在水解過(guò)程中會(huì)形成無(wú)數(shù)的其它聚合離子，某些經(jīng)研究認(rèn)為存在可能性極大而受到重視，

等。第13頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§4-2膠體的脫穩(wěn)及凝聚水處理中鋁鹽適用的pH范圍為6~8.5，以Al2(SO4)3·14H2O計(jì)的投量為：混凝+過(guò)濾10~100mg/L，直接過(guò)濾0.5~5mg/L。鐵鹽與鋁鹽有相似的水解過(guò)程。適用pH范圍6~8.5，以FeCl3計(jì)投量為：混凝+過(guò)濾7~70mg/L，直接過(guò)濾0.5~5mg/L。第14頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§4-2膠體的脫穩(wěn)及凝聚三、加藥混合與絮凝池的設(shè)計(jì)混凝單元操作中的加藥混合是通過(guò)迅速攪拌達(dá)到混凝劑與顆粒物質(zhì)的充分接觸，其平均速度梯度值與混凝劑的凝聚機(jī)理有密切相關(guān)。對(duì)于沉淀網(wǎng)捕過(guò)程而言，快速混合并不十分重要。對(duì)于壓縮雙電層和吸附電中和，混凝劑應(yīng)在0.1s左右達(dá)到充分混合，在此，值的確定就十分重要?；旌希?/p>

反應(yīng)：

t=10~30st=15~30min第15頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§4-2膠體的脫穩(wěn)及凝聚可用·t間接表示在時(shí)間t內(nèi)顆粒碰撞的總次數(shù)，值在104~105之間則可認(rèn)為符合混合、反應(yīng)的要求。以上參數(shù)是借鑒給水處理之值。實(shí)際廢水處理時(shí)，若有必要，還應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)進(jìn)一步確定混合、反應(yīng)所需之·t。常用混凝劑：凝聚劑：PAC、PFS、AS、FC等絮凝劑：PAM、SiO2水解物、天然高分子物等第16頁(yè)，共17頁(yè)，2023年，2月20日，星期三§4-3澄清池