水质工程学第三章.ppt

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1、水质工程学课件第三章现在学习的是第1页，共72页混凝过程涉及到三个方面的问题混凝过程涉及到三个方面的问题：1.1.水中胶体的性质水中胶体的性质 2.2.混凝剂在水中的水解与形态混凝剂在水中的水解与形态 3.3.胶体与混凝剂的相互作用胶体与混凝剂的相互作用现在学习的是第2页，共72页第一节第一节 胶体的稳定性胶体的稳定性水中胶体的稳定性水中胶体的稳定性 胶体微粒胶体微粒难以下沉的微粒难以下沉的微粒 胶体微粒在水中长期处于分散稳定状胶体微粒在水中长期处于分散稳定状态，这个特性称为态，这个特性称为“分散颗粒稳定性分散颗粒稳定性”。现在学习的是第3页，共72页 动力学稳定性：动力学稳定性：胶体微粒布朗

2、运动（水分子的热运动撞胶体微粒布朗运动（水分子的热运动撞击胶粒，使其发生不规则运动）足以抵抗重击胶粒，使其发生不规则运动）足以抵抗重力的影响（粒度较小），使其长期处于悬浮力的影响（粒度较小），使其长期处于悬浮状态不能沉降。状态不能沉降。聚集稳定性：聚集稳定性：胶体间静电斥力（憎水性胶体：同性电胶体间静电斥力（憎水性胶体：同性电荷相斥）荷相斥）胶粒表面的水化作用（亲水性胶体：形胶粒表面的水化作用（亲水性胶体：形成的水化膜阻碍聚集）成的水化膜阻碍聚集）现在学习的是第4页，共72页 两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。（布朗运动虽使胶体具有影响起关键作

3、用。（布朗运动虽使胶体具有动力学稳定性，但另一方面其不规则运动又动力学稳定性，但另一方面其不规则运动又为颗粒间的接触创造了条件；而静电斥力和为颗粒间的接触创造了条件；而静电斥力和水化膜使胶粒间根本无法接触）。水化膜使胶粒间根本无法接触）。由上可知，由上可知，使胶粒具有稳定性的主要原使胶粒具有稳定性的主要原因有三个：因有三个：布朗运动布朗运动 胶粒间的静电斥力胶粒间的静电斥力 胶粒表面的水化作用胶粒表面的水化作用现在学习的是第5页，共72页一、有关静电斥力（憎水胶体的聚集稳性）、有关静电斥力（憎水胶体的聚集稳性）1 1、胶体的双电层结构、胶体的双电层结构 以粘土为例，它由许多的以粘土为例，它由许

4、多的SiOSiO2 2分子组分子组成胶体核心成胶体核心胶核，即胶核，即SiOSiO2 2mm，其表面，其表面有有nSiOnSiO2 2水解，其反应式为：水解，其反应式为：nSiOnSiO2 2+nH+nH2 2O nHO nH2 2SiOSiO3 3 H H2 2SiOSiO3 3是弱酸，能起电离作用，其反是弱酸，能起电离作用，其反应式为：应式为：nHnH2 2SiOSiO3 3 nSiO nSiO3 32-2-+2nH+2nH+现在学习的是第6页，共72页胶团胶粒胶核扩散层吸附层吸附层 扩散层滑 动 面电 位 形 成 离 子反 离 子SiO 3m胶 团 结 构 示 意 图吸 附 层扩 散 层

5、双 电 层SiO3 3SiOHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHSiO3 3SiOSiO3 3SiOSiO3 3SiOSiO3 3SiOSiO3 3SiOSiO3 3SiOSiO3 3SiO自由反离子自由反离子束缚反离子束缚反离子现在学习的是第7页，共72页 胶体分子聚合而成的胶体颗粒胶体分子聚合而成的胶体颗粒胶胶核；核；胶核表面吸附了某种离子而带电，这种胶核表面吸附了某种离子而带电，这种离子为离子为电位形成离子电位形成离子；在静电引力作用下，溶液中的异号离子在静电引力作用下，溶液中的异号离子被吸引至胶核周围，这些异号离子为被吸引至胶核周围，这些异号离子为反反离子；离子；靠近胶核的反离子被

6、电位形成离子吸引靠近胶核的反离子被电位形成离子吸引紧附在固体表面（胶核表面）随颗粒一起移紧附在固体表面（胶核表面）随颗粒一起移动，这部分反离子称为动，这部分反离子称为束缚反离子束缚反离子；现在学习的是第8页，共72页 未贴近固体表面（胶核表面）的反未贴近固体表面（胶核表面）的反离子在其本身热运动的扩散作用力下均离子在其本身热运动的扩散作用力下均匀分散于周围，受静电引力作用较小，匀分散于周围，受静电引力作用较小，当胶粒运动时就与固体表面脱离进入液当胶粒运动时就与固体表面脱离进入液体，这部分反离子为体，这部分反离子为自由反离子自由反离子；现在学习的是第9页，共72页 束缚反离子和电位形成离子组成束

7、缚反离子和电位形成离子组成吸吸附层；附层；自由反离子组成自由反离子组成扩散层扩散层；吸附层和扩散层称为吸附层和扩散层称为双电层双电层；胶粒运动时大部分自由反离子会脱离胶胶粒运动时大部分自由反离子会脱离胶粒，脱开的界面称为粒，脱开的界面称为滑动面滑动面；胶核与吸附层合在一起称为胶核与吸附层合在一起称为胶粒；胶粒；胶粒和扩散层组成胶粒和扩散层组成胶团。胶团。现在学习的是第10页，共72页 静止状态静止状态：电位形成离子和反离子总电位形成离子和反离子总电荷是相等的，故整个胶体是电中性的。电荷是相等的，故整个胶体是电中性的。运动状态运动状态：胶粒所带的负电荷大于吸：胶粒所带的负电荷大于吸附层所带的正电

8、荷（自由反离子脱离胶附层所带的正电荷（自由反离子脱离胶粒），故胶粒在运动中便显示出负电性。粒），故胶粒在运动中便显示出负电性。根据同性相斥的原理，因胶粒带同一根据同性相斥的原理，因胶粒带同一种电性，故在胶粒之间产生斥力。种电性，故在胶粒之间产生斥力。现在学习的是第11页，共72页2 2、电位分布、电位分布 在胶粒移动时，其滑动面所带的电在胶粒移动时，其滑动面所带的电位位电动电位电动电位，用，用表示，表示，表示胶表示胶粒所带电荷的大小，粒所带电荷的大小，越大，胶粒所带越大，胶粒所带电荷越大，胶粒间的斥力也就越大。电荷越大，胶粒间的斥力也就越大。电电位决定了憎水胶体的聚集稳定性。位决定了憎水胶体的

9、聚集稳定性。现在学习的是第12页，共72页3 3、DLVODLVO理论理论 胶体间能否相互接近、凝聚取决于布朗运动胶体间能否相互接近、凝聚取决于布朗运动的动力、范德化引力（使胶体不稳定的因素）和的动力、范德化引力（使胶体不稳定的因素）和静电斥力三者的综合表现。静电斥力三者的综合表现。布朗运动的动能主要和水温有关，一定温度布朗运动的动能主要和水温有关，一定温度下其值基本不变；范德化引力和静电斥力产生的下其值基本不变；范德化引力和静电斥力产生的势能与微粒势能与微粒有关。有关。以上称为以上称为DLVODLVO理论（理论（只适用于憎水性胶体）。只适用于憎水性胶体）。德加根（德加根（derjaguind

10、erjaguin）、兰道（）、兰道（LandonLandon）(苏联，苏联，19381938年独立提出年独立提出；伏维（；伏维（VerweyVerwey）、奥贝克）、奥贝克（OverbeekOverbeek）（荷兰，）（荷兰，19411941年独立提出）年独立提出）现在学习的是第13页，共72页4 4、两胶粒间相互作用、两胶粒间相互作用（综合分析两胶粒间（综合分析两胶粒间相互作用力及其与二者间的距离的关系）相互作用力及其与二者间的距离的关系）E ER R静电斥力产生的排斥势能量（两胶静电斥力产生的排斥势能量（两胶粒的扩散层发生重叠）；粒的扩散层发生重叠）；E EA A范德化引力产生的吸引势能量

11、；范德化引力产生的吸引势能量；E E 两者相加的总势能。两者相加的总势能。现在学习的是第14页，共72页如图总势能曲线，如图总势能曲线，x xoaoa，吸引，吸引，x=oax=oaococ时，排斥；时，排斥；x=obx=ob时，排斥势能最时，排斥势能最大大EmaxEmax；x xococ，虽为吸，虽为吸引，引，但要克服排斥势能但要克服排斥势能峰。峰。胶粒长期处于分胶粒长期处于分散稳定状态散稳定状态现在学习的是第15页，共72页二、胶粒表面的水化作用（亲水胶体的聚集稳二、胶粒表面的水化作用（亲水胶体的聚集稳定性）定性）亲水胶体亲水胶体能与水分子结合的胶体，其胶体微能与水分子结合的胶体，其胶体微粒

12、直接吸附水分子。蛋白质、淀粉等均为亲水胶粒直接吸附水分子。蛋白质、淀粉等均为亲水胶体。体。水化作用水化作用粒子表面极粒子表面极性基团吸附水分子，在粒性基团吸附水分子，在粒子周围形成一层较厚的子周围形成一层较厚的水水化膜化膜，该膜阻碍胶体微粒，该膜阻碍胶体微粒相互靠近。水化膜越厚，相互靠近。水化膜越厚，其稳定性越好。其稳定性越好。-+-+-+-+-+-+-+-+-水 化 膜水 化 膜 示 意 图现在学习的是第16页，共72页第二节第二节 混凝机理混凝机理一、胶体混凝机理一、胶体混凝机理1 1、压缩双电层压缩双电层 前述，对憎水胶体，要使其碰撞凝结，前述，对憎水胶体，要使其碰撞凝结，只有降低或消除

13、排斥势能峰才可（降低排斥只有降低或消除排斥势能峰才可（降低排斥势能）。因势能）。因越大，胶粒所带电荷越大，胶越大，胶粒所带电荷越大，胶粒间的斥力也就越大，故当降低或消除胶粒粒间的斥力也就越大，故当降低或消除胶粒电位，才能降低或消除排斥势能峰。电位，才能降低或消除排斥势能峰。为了降低为了降低电位，有效的方法电位，有效的方法在水在水中加入电离质即混凝剂。中加入电离质即混凝剂。现在学习的是第17页，共72页+胶核表面吸 附 层 d-1 0-4-6未 加 入 电 能 质加 入 电 能 质-3-7-1 0d+1+电 解 质 中 的 正 离 子扩 散 层d1d（压缩扩散层）（压缩扩散层）加入混凝剂加入混凝

14、剂以后，混凝剂离以后，混凝剂离解产生大量的正解产生大量的正离子，由于离子离子，由于离子扩散作用，它们扩散作用，它们进入扩散层和吸进入扩散层和吸附层，势必压缩附层，势必压缩扩散层，使之变扩散层，使之变薄。薄。现在学习的是第18页，共72页 1 1 ，胶粒间排斥势必能减少，排，胶粒间排斥势必能减少，排斥能峰降低，当斥能峰降低，当E EmaxmaxE Eb b，胶粒开始聚合，胶粒开始聚合，这种胶粒开始聚合的电位，称为这种胶粒开始聚合的电位，称为临界电位临界电位。当加入的电解质适量，扩散层为零，即当加入的电解质适量，扩散层为零，即=0=0时，胶粒不带电，此时颗粒自行聚合。时，胶粒不带电，此时颗粒自行聚

15、合。此种状态称为此种状态称为等电状态等电状态。当加入的电解质过量，胶粒电荷变正，当加入的电解质过量，胶粒电荷变正，又升高，胶粒又重新稳定，这种状态称为又升高，胶粒又重新稳定，这种状态称为超荷状态。超荷状态。现在学习的是第19页，共72页 电解质加入电解质加入与反离子同电荷离子与反离子同电荷离子 压缩压缩双电层双电层 电位电位 稳定性稳定性 凝聚凝聚 胶粒因胶粒因电位降低而失去稳定性的过电位降低而失去稳定性的过程程脱稳。脱稳。这种通过加入电解质压缩扩散层，导致这种通过加入电解质压缩扩散层，导致胶粒聚合的作用机理，称为胶粒聚合的作用机理，称为压缩双电层作用压缩双电层作用机理机理。现在学习的是第20

16、页，共72页2.2.吸附吸附电性中和作用电性中和作用 对于一些高价电解质，除了静电作用以对于一些高价电解质，除了静电作用以外，还有其他的物理化学作用。这种高价电外，还有其他的物理化学作用。这种高价电解质，离解为高价反离子，通过吸附作用，解质，离解为高价反离子，通过吸附作用，可直接使胶体电荷中和，降低胶粒间的静电可直接使胶体电荷中和，降低胶粒间的静电斥力，这种作用称为斥力，这种作用称为吸附吸附电性中和作电性中和作用用。（当带负电的胶粒表面吸附的正电荷数。（当带负电的胶粒表面吸附的正电荷数高于其本身电荷数，则会使胶粒电性反转，高于其本身电荷数，则会使胶粒电性反转，重新稳定）重新稳定）现在学习的是第

17、21页，共72页 3 3、吸附架桥作用、吸附架桥作用水解水解高分子物质高分子物质 高聚物（线性分子，网高聚物（线性分子，网状结构，表面积大，吸附能力强），能在状结构，表面积大，吸附能力强），能在距离较远的两胶粒之间进行吸附架桥距离较远的两胶粒之间进行吸附架桥 粗大絮凝体（矾花）。粗大絮凝体（矾花）。指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶指高分子物质和胶粒，以及胶粒与胶粒之间的吸附与桥连。粒之间的吸附与桥连。现在学习的是第22页，共72页 图形描述：图形描述：（1 1）、最优投量：）、最优投量：现在学习的是第23页，共72页（2）、投量过多）、投量过多（3）、紊动过度、过长）、紊动过度、过长现在学习的

18、是第24页，共72页 4 4、卷扫或网捕作用（机械作用）、卷扫或网捕作用（机械作用）当无机盐混凝剂如铝盐、铁盐投入水当无机盐混凝剂如铝盐、铁盐投入水中水解形成大量水和金属氧化物沉淀向网中水解形成大量水和金属氧化物沉淀向网一样可吸附卷带水中胶粒，进行沉淀分一样可吸附卷带水中胶粒，进行沉淀分离。离。现在学习的是第25页，共72页 水处理中上述机理可能同时发挥作用水处理中上述机理可能同时发挥作用不同混凝剂，对上述机理各有侧重：不同混凝剂，对上述机理各有侧重：（1 1）简单的金属离子，如）简单的金属离子，如K K+（NaNa+）、）、AlAl3+3+、CaCa2+2+等；等；当当PHPH3 3起脱稳作

19、用；起脱稳作用；（2 2）有机高分子物质，起架桥作用；）有机高分子物质，起架桥作用；（3 3）无机混凝剂：既有脱稳作用，又）无机混凝剂：既有脱稳作用，又有架桥作用。当投量过多时，还有卷扫作有架桥作用。当投量过多时，还有卷扫作用。用。现在学习的是第26页，共72页现以硫酸铝为例，分析其混凝特性：现以硫酸铝为例，分析其混凝特性：AlAl2 2(S0(S04 4)3 3是一种电解质，溶于水后电离：是一种电解质，溶于水后电离：水解：水解：AlAl2 2(S0(S04 4)3 3 2Al 2Al3+3+3S0+3S04 42 2AlAl3+3+H+H2 2O Al(OH)O Al(OH)2+2+H+H+

20、Al(OH)Al(OH)2 2+H+H2 2O Al(OH)O Al(OH)3 3+H+H+Al(OH)Al(OH)2+2+H+H2 2O Al(OH)O Al(OH)2 2+Al+Al+现在学习的是第27页，共72页 在生成在生成Al(OH)Al(OH)3 3以前，水中主要是以前，水中主要是AlAl3+3+、Al(OH)Al(OH)2+2+、Al(OH)Al(OH)2 2+。它们是带正。它们是带正电荷的离子，能压缩扩散层，降低电荷的离子，能压缩扩散层，降低电电位，使胶粒脱稳、凝聚。位，使胶粒脱稳、凝聚。现在学习的是第28页，共72页如如：2Al(OH)2Al(OH)2+2+进一步聚合：进一步

21、聚合：高分子聚合物高分子聚合物AlAl2 2(OH)(OH)2 2 4+4+Al(OH)+Al(OH)2 2+多核聚合物多核聚合物聚合聚合反应反应AlAl2 2(OH)(OH)2 2 4+4+Al3(OH)45+聚合反应的结果，使聚合物电荷聚合反应的结果，使聚合物电荷 ，聚合度聚合度 单核配合物单核配合物 多核配合物多核配合物OH OH 桥键桥键又：又：现在学习的是第29页，共72页 聚合与水解交错进行，生成各种形态聚合与水解交错进行，生成各种形态的高聚物物，如的高聚物物，如AlAl6 6(OH)(OH)1515 3+3+、AlAl6 6(OH)(OH)1414 4+4+、AlAl7 7(OH

22、)(OH)1717 4+4+等，这种高等，这种高分子聚合物是线性分子，有很强的吸附架分子聚合物是线性分子，有很强的吸附架桥作用，能将胶粒逐步粘结为粗大的矾桥作用，能将胶粒逐步粘结为粗大的矾花。花。现在学习的是第30页，共72页由上分析产物包括：由上分析产物包括：未水解的水合铝离子未水解的水合铝离子 单核羟基配合物单核羟基配合物 多核羟基配合物多核羟基配合物 氢氧化铝沉淀氢氧化铝沉淀 各种产物的比例多少与水解条件（水温、各种产物的比例多少与水解条件（水温、pHpH、铝盐投加量）有关。、铝盐投加量）有关。PHPH3 3，以，以Al(HAl(H2 2O)O)6 6 3+3+存在，可压缩双电层；存在，

23、可压缩双电层；PH=4.5PH=4.56.06.0，多核羟基配合物，多核羟基配合物AlAl3 3(OH)(OH)4 4 5+5+等，电性中和；等，电性中和；PH=7.0PH=7.07.57.5，氢氧化铝聚合物，氢氧化铝聚合物Al(OH)Al(OH)3 3nn，吸附架桥，同时也存在某些羟基配合物的电性中吸附架桥，同时也存在某些羟基配合物的电性中和作用。和作用。现在学习的是第31页，共72页二、影响混凝的因素二、影响混凝的因素水温（适宜温度水温（适宜温度20 30 20 30 ）水温低，水温低，结果结果：1 1、矾花很难形成、矾花很难形成(t(t5)5)2 2、矾花松散，不易沉淀（、矾花松散，不易

24、沉淀（t t10101515）现在学习的是第32页，共72页原因：原因：1 1、水解速度慢（无机盐水解吸热，温度降低，、水解速度慢（无机盐水解吸热，温度降低，水解困难。如硫酸铝在水温为水解困难。如硫酸铝在水温为5 5度左右时，水解度左右时，水解就很慢了）就很慢了）2 2、粘度大：、粘度大：（1 1）布朗运动减弱，碰撞机会少，不利于胶粒）布朗运动减弱，碰撞机会少，不利于胶粒的脱稳凝聚；的脱稳凝聚；（2 2）水流的剪力大，矾花易于破碎；水流的剪力大，矾花易于破碎；（3 3），不易沉淀；，不易沉淀；（4 4）水化作用增强，影响颗粒间粘附水化作用增强，影响颗粒间粘附 G1u现在学习的是第33页，共72

25、页措施：措施：1 1、用铁盐或、用铁盐或PACPAC；2 2、增加混凝剂的投量，以改善颗粒之间的碰、增加混凝剂的投量，以改善颗粒之间的碰撞条件。撞条件。3 3、加助凝剂（如活化硅酸）或粘土以增加絮、加助凝剂（如活化硅酸）或粘土以增加絮体重量和强度，提高沉速。体重量和强度，提高沉速。另外，从工艺上改革另外，从工艺上改革气浮气浮现在学习的是第34页，共72页PHPH值（水的值（水的PHPH对混凝效果影响很大）对混凝效果影响很大）1 1、AlAl2 2(SO(SO4 4)3 318H18H2 2O O水解：水解：AlAl3+3+H+H2 2O Al(OH)O Al(OH)2+2+H+H+Al(OH)

26、Al(OH)2+2+H+H2 2O Al(OH)O Al(OH)2 2+H+H+Al(OH)Al(OH)2 2+H+H2 2O Al(OH)O Al(OH)3 3+H+H+Al Al3+3+3H+3H2 2O Al(OH)O Al(OH)3 3+3H+3H+H H或或PHPH，反应向右进行，反应向右进行现在学习的是第35页，共72页当当PHPH4 4，水中主要是水中主要是AlAl3+3+，脱稳，脱稳当当 PH=4PH=46 6 Al(OH)Al(OH)2+2+，Al(OH)Al(OH)+当当PHPH值低时，高电荷低聚合度的聚合物占主值低时，高电荷低聚合度的聚合物占主导，侧重脱稳；导，侧重脱稳；

27、当当PHPH值高时，低电荷高聚合度的聚合物占主值高时，低电荷高聚合度的聚合物占主导，侧重吸附架桥，这种效果较好。导，侧重吸附架桥，这种效果较好。当当PH=7PH=78 8，水中主要为，水中主要为 Al(OH)Al(OH)3 3Al(OH)Al(OH)3 3 缩聚缩聚水解水解各种形态的聚合物各种形态的聚合物主要起架桥作用，絮凝较果十分优异。主要起架桥作用，絮凝较果十分优异。现在学习的是第36页，共72页当当PHPH8.58.5时时 Al(OH)Al(OH)3 3+H+H2 2O O Al(OH)Al(OH)4 4-溶于水，既不能脱稳，也不能吸溶于水，既不能脱稳，也不能吸附架桥。附架桥。对于除浊，

28、最佳对于除浊，最佳PH=6.5PH=6.57.57.5 对于除色，最佳对于除色，最佳PH=4.5PH=4.55.55.5Al(OH)Al(OH)4 4-+H+H+现在学习的是第37页，共72页2 2、FeClFeCl3 36H6H2 2O O 当当PHPH3 3，主要，主要FeFe3+,3+,溶于水溶于水 PH=3PH=39.69.6各种聚合物各种聚合物,起混凝作用起混凝作用 除浊最佳除浊最佳PH=6PH=68.48.4 除色最佳除色最佳PH=3.5PH=3.55.05.0现在学习的是第38页，共72页3 3、FeSOFeSO4 47H7H2 2O O 电离：电离：FeSOFeSO4 4 当当

29、PHPH8.58.5时时,水解水解:Fe:Fe2+2+H+H2 2O O Fe(OH)Fe(OH)+H+H2 2O O Fe(OH)Fe(OH)2 2溶于水溶于水,混凝效果甚差混凝效果甚差,故需使故需使 FeFe2+2+FeFe3+3+当水中当水中PHPH8.58.5且且OO2 2 足够时，则足够时，则 4Fe(OH)4Fe(OH)2 2+O+O2 2+2H+2H2 2O=4Fe(OH)O=4Fe(OH)3 3 FeFe2+2+SO+SO4 42-2-Fe(OH)Fe(OH)+H+H+Fe(OH)Fe(OH)2 2+H+H+现在学习的是第39页，共72页 然而，天然水中然而，天然水中PHPH8

30、.58.5，氧化进行慢，氧化进行慢，所以采取加氯的措施。所以采取加氯的措施。6FeSO6FeSO4 4+3Cl+3Cl2 2=2FeCl=2FeCl3 3+2Fe+2Fe2 2(SO(SO4 4)3 3 FeCl FeCl3 3可以形成较好矾花，效果好。可以形成较好矾花，效果好。这种因加氯而使这种因加氯而使 FeFe2+2+FeFe3+3+的方法的方法亚铁氯化，加氯量为：亚铁氯化，加氯量为：ClCl2 2=1/8FeSO=1/8FeSO4 47H7H2 2O+1.52.0mg/lO+1.52.0mg/l现在学习的是第40页，共72页 碱度（水中含碱物质的多少）碱度（水中含碱物质的多少）由由Al

31、Al3+3+3H+3H2 2O O 可以看出可以看出,反应过程中不断产生反应过程中不断产生H H+,使水使水PHPH值下降，如要反应向右进行，水中应有足值下降，如要反应向右进行，水中应有足够的碱性物质与够的碱性物质与H H+中和。中和。在天然水中含有一定碱度在天然水中含有一定碱度(HCO(HCO3 3-)当水中碱度充足时当水中碱度充足时,H H+HCO+HCO3 3-利于反应向右进行。利于反应向右进行。Al(OH)Al(OH)3 3+3H+3H+H H2 2O+COO+CO2 2现在学习的是第41页，共72页 当碱度不足时当碱度不足时,加石灰加石灰(CaO)(CaO)Al Al2 2(SO(S

32、O4 4)3 3+3H+3H2 2O+3CaOO+3CaO CaO=3a-+(mmo1/L)CaO=3a-+(mmo1/L)a a混凝剂用量混凝剂用量(mmol/L)(mmol/L)原水碱度原水碱度(按按mmol/L CaOmmol/L CaO计计)剩余碱度剩余碱度,一般取一般取0.250.250.50.5mmol/LCaOmmol/LCaO2Al(OH)2Al(OH)3 3+3CaSO+3CaSO4 4现在学习的是第42页，共72页水中悬浮物浓度的影响水中悬浮物浓度的影响 悬浮物浓度低的后果：碰撞几率悬浮物浓度低的后果：碰撞几率，混凝效，混凝效果果。措施：措施：加高分子助凝剂；加高分子助凝剂

33、；加粘土；加粘土；直接过滤。直接过滤。悬浮物浓度高（高浊水）：混凝剂投量增悬浮物浓度高（高浊水）：混凝剂投量增多，可加助凝剂减少其投量。多，可加助凝剂减少其投量。现在学习的是第43页，共72页 水中有机污染物的影响水中有机污染物的影响 有机物可在胶体表面形成涂层，将有机物可在胶体表面形成涂层，将其保护起来，阻碍胶粒间碰撞；可投加其保护起来，阻碍胶粒间碰撞；可投加预氧化剂破坏其对胶体的保护作用。预氧化剂破坏其对胶体的保护作用。混凝剂种类及投加量的影响混凝剂种类及投加量的影响 混凝剂投加方式的影响混凝剂投加方式的影响 水力条件的影响水力条件的影响现在学习的是第44页，共72页第三节第三节 混凝剂和

34、助凝剂混凝剂和助凝剂混凝剂种类有很多，分：混凝剂种类有很多，分：无机混凝剂无机混凝剂 品种较少，主要为铁品种较少，主要为铁 盐、铝盐及其聚合物盐、铝盐及其聚合物 有机混凝剂有机混凝剂 品种较多品种较多 一般水处理中常用无机类的，下面一般水处理中常用无机类的，下面介绍几种常见的。介绍几种常见的。现在学习的是第45页，共72页一、无机盐混凝剂一、无机盐混凝剂 1 1、硫酸铝：、硫酸铝：AlAl2 2(SO(SO4 4)18H)18H2 2O O 白色结晶体，分为：白色结晶体，分为：精制：精制：AlAl2 2O O3 3 15%15%，不溶性杂质，不溶性杂质0.5%0.5%，价贵，少用。价贵，少用。

35、粗制：粗制：AlAl2 2O O3 3 14%14%，不溶性杂质，不溶性杂质2.4%2.4%，价廉，多用。价廉，多用。特性：混凝效果好，腐蚀性小，使用方特性：混凝效果好，腐蚀性小，使用方便，但水温低时，效果不及铁盐。便，但水温低时，效果不及铁盐。明矾明矾 ALAL2 2(SO(SO4 4)3 3 K K2 2SOSO4 4 24H 24H2 2O O 现在学习的是第46页，共72页 2 2、三氯化铁：、三氯化铁：FeClFeCl3 36H6H2 2O O（铁盐中最常用（铁盐中最常用的）的）褐色结晶体褐色结晶体 特性：易溶解，结成的矾花重，比铝盐特性：易溶解，结成的矾花重，比铝盐形成的密实，易沉

36、淀，适用于低温、低浊形成的密实，易沉淀，适用于低温、低浊水，效果优于硫酸铝，但腐蚀性大。混凝机水，效果优于硫酸铝，但腐蚀性大。混凝机理与硫酸铝相似，但混凝特性略有不同。理与硫酸铝相似，但混凝特性略有不同。现在学习的是第47页，共72页 3 3、硫酸亚铁：、硫酸亚铁：FeSOFeSO4 47H7H2 2O O 半透明的绿色结晶体，俗称半透明的绿色结晶体，俗称“绿绿矾矾”特性：特性：FeFe2+2+效果不如效果不如FeFe3+3+；受温度影；受温度影响小，腐蚀性高，水中色度较高时，不响小，腐蚀性高，水中色度较高时，不宜采用；使用时，一般采用氯化法将宜采用；使用时，一般采用氯化法将FeFe2+2+氧

37、化为氧化为FeFe3+3+，氯和其的比例为，氯和其的比例为1 1：8 8。现在学习的是第48页，共72页二、高分子混凝剂二、高分子混凝剂 1.1.聚合氯化铝，简称聚合氯化铝，简称PACPAC。无机高分子混凝剂系无机高分子混凝剂系Al(OH)Al(OH)3 3的中间产物，的中间产物，一般为溶液。一般为溶液。（1 1）化学式：）化学式：1 1）聚合氯化铝：）聚合氯化铝：AlAl2 2(OH)(OH)n nClCl6-n6-n m m m m聚合度聚合度 nOHnOH数数 n n 当，时，分子式为当，时，分子式为 ()4102Al OHCl现在学习的是第49页，共72页 2 2）碱式氯化铝）碱式氯化

38、铝 AlAln n(OH)(OH)m mClCl3n-m3n-m 如如AlAl6 6(OH)(OH)1414ClCl4 4，AlAl1313(OH)(OH)3434ClCl5 5溶于水后，离解溶于水后，离解 AlAl1313(OH)(OH)3434ClCl5 5 AlAl1313(OH)(OH)3434 5+5+5Cl+5Cl-由于由于AlAl1313(OH)(OH)3434 5+5+电荷高，聚合度高，电荷高，聚合度高，有利于脱稳、吸附架桥，是一种最优形态。有利于脱稳、吸附架桥，是一种最优形态。现在学习的是第50页，共72页（2 2）其性能可用碱化度）其性能可用碱化度B B衡量衡量 B=3Al

39、OH如如 Al Al4 4(OH)(OH)1010ClCl2 2 B=B=%3.834310 B B ，越利于吸附架桥，但过高易产生沉，越利于吸附架桥，但过高易产生沉淀，故淀，故B=50B=5080%80%现在学习的是第51页，共72页优点：优点：（1 1）矾花形成快，颗粒重，混凝效好；）矾花形成快，颗粒重，混凝效好；（2 2）用量低，相当于硫酸铝的）用量低，相当于硫酸铝的1/21/31/21/3；（3 3）加工容易，成本低）加工容易，成本低(铝屑和盐酸铝屑和盐酸)。缺点：缺点：（1 1）原材料较紧张；）原材料较紧张；（2 2）制作时，劳动强度大。）制作时，劳动强度大。现在学习的是第52页，共

40、72页 2.2.聚合铁聚合铁聚合硫酸铁（聚合硫酸铁（PFSPFS），已投入使用），已投入使用聚合氯化铁（聚合氯化铁（PFCPFC），正在研究），正在研究 分分 聚合硫酸铁聚合硫酸铁 Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m n10制作：制作：氧氧 化化 FeSOFeSO4 4 Fe Fe2 2(SO(SO4 4)3 3 氧化过程中，部分氧化过程中，部分OHOH取代取代SOSO4 4聚合硫酸铁聚合硫酸铁特性：混凝效果优良，腐蚀性小。特性：混凝效果优良，腐蚀性小。现在学习的是第53页，共72页3.有机高分子混凝剂有机高分子混凝剂聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 有机高分子聚合物，也称有机高分子聚合物，也称“3#

41、3#絮凝剂絮凝剂”，用用PAMPAM表示。表示。分子结构为分子结构为链节或单体链节或单体 n n 酰胺基酰胺基CHCH2 2 CH CHCONHCONH2 2链节数或聚合度链节数或聚合度 n=29万万 m=150600万万现在学习的是第54页，共72页 碱化水解：碱化水解：R-CONHR-CONH2 2 n n+H+H2 2O+NaOHR-CONHO+NaOHR-CONH2 2 n-n-R-COOR-COO-NaNa+NH+NH4 4OHOH 收卷缩状态得以伸展，吸附架桥作用增强。收卷缩状态得以伸展，吸附架桥作用增强。水 解R-CONHR-COO2现在学习的是第55页，共72页 水解度：水解度

42、：酰胺基转化为羧基的百分数。控制为酰胺基转化为羧基的百分数。控制为303040%40%较好。较好。特性：吸附架桥显著特性：吸附架桥显著 高浊度水高浊度水絮凝剂絮凝剂 低浊度水低浊度水助凝剂助凝剂 问题：问题：制造复杂，价格高制造复杂，价格高 单体有微毒，为安全起见，投量单体有微毒，为安全起见，投量 2mg/l2mg/ln适用适用 现在学习的是第56页，共72页无无机机铝系铝系硫酸铝硫酸铝明矾明矾聚合氯化铝（聚合氯化铝（PACPAC）聚合硫酸铝（聚合硫酸铝（PASPAS）适宜适宜pHpH：5.585.58铁系铁系三氯化铁三氯化铁硫酸亚铁硫酸亚铁硫酸铁（国内生产少）硫酸铁（国内生产少）聚合硫酸铁聚

43、合硫酸铁聚合氯化铁聚合氯化铁适宜适宜pHpH：511511，但腐蚀性，但腐蚀性强强有有机机人工人工合成合成阳离子型：含氨基、亚氨基的聚阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物合物国外开始增多，国内尚少国外开始增多，国内尚少阴离子型：水解聚丙烯酰胺阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAMHPAM）非离子型：聚丙烯酰胺（非离子型：聚丙烯酰胺（PAMPAM），），聚氧化乙烯（聚氧化乙烯（PEOPEO）两性型：两性型：使用极少使用极少天然天然淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等微生物絮凝剂微生物絮凝剂现在学习的是第57页，共72页发展方向：发展方向：无机复合聚合物混凝剂：聚合硫酸铝铁无机复合聚合

44、物混凝剂：聚合硫酸铝铁（PFASPFAS）、聚合氯化铝铁（）、聚合氯化铝铁（PFACPFAC）、聚合硫）、聚合硫酸氯化铁（酸氯化铁（PFSCPFSC）、聚合硫酸氯化铝（）、聚合硫酸氯化铝（PASCPASC）、）、聚合铝硅（聚合铝硅（PASiPASi）、聚合铁硅（）、聚合铁硅（PFSiPFSi）、聚合硅）、聚合硅酸铝（酸铝（PSAPSA）、聚合硅酸铁（）、聚合硅酸铁（PSFPSF）无机有机复合：聚合铝无机有机复合：聚合铝/铁铁-聚丙烯酰聚丙烯酰胺、聚合铝胺、聚合铝/铁铁-甲壳素、聚合铝甲壳素、聚合铝/铁铁-天然有机高天然有机高分子、聚合铝分子、聚合铝/铁铁-其它合成有机高分子其它合成有机高分子现

45、在学习的是第58页，共72页 有机高分子絮凝剂：阳离子有机化有机高分子絮凝剂：阳离子有机化合物合物 天然改性高分子絮凝剂：无毒易降天然改性高分子絮凝剂：无毒易降解，如甲壳素等；解，如甲壳素等；多功能絮凝剂：絮凝、缓蚀阻垢、多功能絮凝剂：絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻。杀菌灭藻。现在学习的是第59页，共72页 三、助凝剂三、助凝剂当单用混凝剂不能取得良当单用混凝剂不能取得良好效果时，须投加某些辅助药剂以提高混凝效好效果时，须投加某些辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。也就是能促进果，这种辅助药剂称为助凝剂。也就是能促进和加速凝聚过程的物质和加速凝聚过程的物质。1、酸碱类（调整）：调节、酸碱

46、类（调整）：调节PH值和碱度，值和碱度，如苏打等；如苏打等；2、氧化剂类：去胶体保护，亚铁氯化，、氧化剂类：去胶体保护，亚铁氯化，如氯；如氯；3、增重剂类（改良）：改善矾花结构，、增重剂类（改良）：改善矾花结构，使矾花加粗加重，易于沉淀，如活化硅酸、骨使矾花加粗加重，易于沉淀，如活化硅酸、骨胶等。胶等。现在学习的是第60页，共72页四、混凝剂选用原则四、混凝剂选用原则（P69P69）混凝效果好混凝效果好 无毒害作用无毒害作用 货源充足货源充足 成本低成本低 新型药剂卫生许可新型药剂卫生许可 借鉴已有经验借鉴已有经验现在学习的是第61页，共72页第四节第四节 混凝动力学混凝动力学 颗粒相互碰撞的

47、动力来自两个方面颗粒相互碰撞的动力来自两个方面 （1 1）颗粒在水中的布朗运动）颗粒在水中的布朗运动 由于布朗运动造成的颗粒碰撞聚由于布朗运动造成的颗粒碰撞聚集集异向絮凝异向絮凝 （2 2）在水力或机械搅拌下造成的流体）在水力或机械搅拌下造成的流体运动，由于流体运动的造成颗粒碰撞聚运动，由于流体运动的造成颗粒碰撞聚集集同向絮凝同向絮凝现在学习的是第62页，共72页一、异向絮凝一、异向絮凝 当当d d1m1m，为布朗运动起作用，即产生，为布朗运动起作用，即产生异向絮凝，它发生在混合池，絮凝池前部。异向絮凝，它发生在混合池，絮凝池前部。布朗碰撞速率：布朗碰撞速率：NpTNpT，n n2 2，与，与

48、d d无关无关 当当d d1m1m，布朗运动不起作用，必须施，布朗运动不起作用，必须施加能量。加能量。238KTnpNP现在学习的是第63页，共72页二、同向絮凝二、同向絮凝 1 1、梯度碰撞、梯度碰撞 依靠速度差所引起的碰撞，它主要发依靠速度差所引起的碰撞，它主要发生在絮凝池底部、两侧。生在絮凝池底部、两侧。在在Rij=ri+rj 范围，碰撞范围，碰撞d yd vrirju+uuRij现在学习的是第64页，共72页 Camp,steinCamp,stein，提出：，提出：n n直径为直径为d d的单位体积颗粒数目；的单位体积颗粒数目；G G速度梯度速度梯度u/u/z z23043Nn d G

49、现在学习的是第65页，共72页G值的求法：值的求法：水的动力粘度，水的动力粘度，PaSPaS P P单位体积水所耗功率单位体积水所耗功率W/mW/m3 3pG 现在学习的是第66页，共72页 当混凝设备有效容积为当混凝设备有效容积为V V时，时，P PT T混凝设备所消耗的总的功率：混凝设备所消耗的总的功率：当采用机械搅拌时，当采用机械搅拌时，P PT T由机械搅拌器提供由机械搅拌器提供;当采用水力搅拌时，当采用水力搅拌时，P PT T由水流本身能量由水流本身能量（即水头损失）提供（即水头损失）提供VTpp VPGT现在学习的是第67页，共72页gQhrQhpTQTV 又又 gQhghGQTT

50、 g重力加速度，重力加速度，9.8m/s2；h混凝设备中的水头损失，混凝设备中的水头损失，m；水的运动粘度，水的运动粘度，m2/s；T水流在混凝设备中的停留时间，水流在混凝设备中的停留时间，s；现在学习的是第68页，共72页2 2、紊流、紊流(湍流湍流)碰撞碰撞 一般絮凝池的流态为紊流，除了水流速度一般絮凝池的流态为紊流，除了水流速度以外，还有横向的脉冲流速。由于脉动流速产生以外，还有横向的脉冲流速。由于脉动流速产生微涡体，扩散于水流中，引起颗粒间的碰撞，它微涡体，扩散于水流中，引起颗粒间的碰撞，它发生在水体内部。发生在水体内部。列维奇（列维奇（LevichLevich）19621962年提出