第三章+混凝
第三章混凝
3-1 混凝的基本理论
3.1.1 混凝及其处理对象
1、混凝的概念
向被处理水或废水中投加一定种类、一定数量的化学药剂（混凝剂），并创造一定的水力等条件，以使水中污染物相互凝聚、颗粒增大并与水分离而达到处理目标。
2、处理对象
去除水和废水大部分以胶体形式存在于水中的物质，尺度一般在10-6～10-9m之间。包括绝大部分粘大颗粒（<4μm）、大部分细菌（0.2~80nm）、病毒及一些高分子量的有机物。
—溶解或不溶性胶体颗粒（1mμm~0.1 μ m）
—微小的SS
—其他致浊物质
这类物质的去除不能依靠自身的沉淀性能，按stokes公式
d=10μm下沉1m需 100分钟
d= 1μm下沉1m需 10,000分钟
因此，这部分悬浮物很难经自然沉淀或直接气浮从水中去除。为此，我们必须设法改善胶体的界面性能，增大其尺寸，从而使其能易于从水中分离。
3.1.2 胶体及其稳定性
1、分散体系
两种以上的物质混合在一起组成的体系为分散体系。其中被分散的物质为分散相，分散相周围连续的物质为分散介质。
分散体系按溶质的尺度来分，可分为三类：
真溶液d<1nm
胶体1nm 悬浮液d>1μm 2、胶体的基本特性 （1）光学特性：丁达尔效应（即光的散射）； （2）布朗运动：受水分子热运动的影响而产生的不规则运动； （3）表面性能：比表面积极大，因而表面自由能极大，具有吸附能力； （4）电学性质： a．电泳现象：胶体在电场作用下的定向运动。 →+ 粘土、细菌、蛋白质 负电 →- Al(OH)3颗粒，Fe(OH)3颗粒正电 b．电渗现象：液体在电场中透过多孔性固体的现象（与电泳相反）。 c．动电现象：胶体溶液系统内固相与液相之间产生的相对移动。 3、胶体颗粒带电原因 （1）胶体颗粒表面对溶液中离子的吸附 选择性—有共同成分的离子。 FeCl3+3H2O→Fe(OH)3+3HCl Fe(OH)3+HCl→FeOCl+2H2O FeOCl→FeO++ Cl- Fe(OH)3胶体吸附FeO+而带正电。 （2）胶体颗粒表面的溶解 胶体表面与水反应，生成的化合物离解出正、负离子，微粒吸附了其中的一种离子而带电。如粘土颗粒： SiO2 +H2O→H2SiO3 H2SiO3→2H++ SiO32- 其余的SiO2吸附SiO32-带负电 （3）胶体表面的电离 如蛋白质： 等电点：使两性胶体呈中性时的pH值。 许多蛋白质的等电点在pH4~5（弱酸性区），故天然水中细菌带负电。 4、胶体的双电层结构 （1）胶团的结构 胶核—胶体分子聚合而成的胶体微粒。 电位形成离子—胶核表面吸附的某种离子。 反离子—电位形成离子在静电作用下所吸附的溶液中的异号离子。 双电层—胶体微粒表面所吸附的阴、阳离子层。 束缚反离子—紧附在胶体微粒表面并随其运动的反离子。 吸附层—电位形成离子与束缚反离子所组成的电位层（几个离子或一个分子大小）。 自由反离子—胶体微粒运动时，与其表面脱离而与液体一起运动的反离子。与电位形成离子具有相反电荷的离子，受到两种力的作用。①静电引力：靠近带电微粒；②热运动扩散作用和溶剂化作用，均匀分散。 扩散层—自由反离子构成的离子层。 胶粒—由胶核与吸附层组成。 胶团—由胶粒与扩散层组成。 Fe（OH)3胶体分散系胶团结构 5、胶体的ζ电位 胶体在滑动时所显示的电位，滑动界面上可通过电流速度计算距离。 胶体颗粒移动时其滑动面上相对于溶液内部的电位差。决定胶体颗粒稳定性的重要指标。计算公式为： 粘土胶体颗粒一般为-15 ~ -40 mV；细菌一般为-30~ -70 mV；藻类一般为-10~ -15mV；Fe(OH)3溶液一般为+56mV。 6、胶体颗粒间的相互作用 3.1.3 亲水胶体与憎水胶体 1、憎水胶体 (hydrophobic colloid) 吸附层中离子与胶核直接接触的胶体，具有双电层。常为无机胶体。 2、亲水胶体 (hydrophilic colloid) 胶体微粒直接吸附水分子，形成水合（水化）壳。多为分子量很大的高分子化合物或高聚物。亲水胶体吸水分散成胶体，脱水回复到原物质，其稳定性高于憎水胶体（疏水）。 双电层理论适用于疏水胶体。 3.1.4 胶体的稳定性与凝聚 1、稳定性 胶体溶液不断保持分散的悬浮状态的特性。 2、稳定的原因： ①布朗运动：保持分散状态；提供碰撞机会 ②静电斥力：疏水胶体外的同号电荷形成静电斥力，又叫ζ电位库仑力，与颗粒间距离的平方成反比，与电位成正比。 ③水（溶剂）化作用：亲水胶体由于具有水壳，具有水化作用。其大小与水壳的厚度有关。 ④范德华引力：分子间的作用力，与分子间距离的6次方成反比。 水中胶体颗粒的稳定性，取决于上述因素的综合作用。 稳定的胶体溶液中: 碰撞时两个滑动面内的离子层厚度较大，范德华引力较弱，同时由于布朗运动的动能不足以克服能垒，使双电层结构不易遭破坏，从而胶体保持稳定。对于亲水胶体其水壳厚度使之不能相互接近。 3、胶体颗粒的脱稳与絮凝 （1）定义 使胶体失去稳定性过程。 （2）同号胶体的凝聚 ①稳定的原因：由于两胶粒间隔着两个滑动面内的离子层厚度而保持相斥状态，范德华引力不起作用。 ②脱稳与凝聚：压缩双电层 投加电解质，增大反离子浓度，这些反离子与扩散层中的反离子发生交换，进而挤入滑 动面和吸附层，使胶粒所带电荷数减少，ζ电位降低。这种作用叫压缩双电层。 ζ电位等于0时称为等电点，此时胶团尺寸最小，最易脱稳。 各种电解质压缩双电层的能力不同，遵循叔而采法则：与离子价数6次方成正比。 （3）异号胶体的凝聚 异号电荷若大致相等，可依靠静电引力相互聚凝，ζ电位降低。若电荷差异大，则可能变为同号胶体。 （4）亲水胶体凝聚 ①稳定的原因：水化壳的存在 ②脱稳与凝聚：投加电解质：压缩去除水合层，中和电荷，脱水 与压缩双电层的区别:离子价数无重要影响，主要是阴离子作用。 （5）接触凝聚 胶体颗粒由于吸附在巨大颗粒表面上产生的凝聚现象称为接触凝聚，可能包括几种不同的现象。 压缩双电层 小胶粒被同号大胶粒吸附 电中和 小胶粒被异号大胶粒吸附 巨大颗粒一般指矾花、滤料。 3-2 混凝的过程与机理 3.2.1 水处理中混凝的特点 天然水中的颗粒是一个很复杂的体系──大小不一，组分多样，性质各异。废水中存在的颗粒有： 粘土、细菌、腐植酸、蛋白质等； 无机混凝剂产生的颗粒，高分子混凝剂产生的颗粒； 比胶体化学中研究的单一胶体更为复杂。 水的混凝过程要考虑：颗粒增大至足以沉降的粒度，有较结实和比重大的结构。 3.2.2 凝聚机理 基本概念（术语的含意） 凝聚（Coagulation）—胶体颗粒被压缩双电层而失去稳定性的过程。所需时间短（10~30秒），只需将扩散到全部水中即可。要求强烈而快速混合。 絮凝（Flocculation）—脱稳后的胶体颗粒相互聚集成大颗粒絮体的过程。需要一定时间（20~30分钟），要求控制良好的水力条件。 混凝—包括凝聚和絮凝两个过程。 1、压缩双电层机理 投加电解质，增大溶液中离子浓度，减小扩散层厚度(降低ζ电位)，使得最大排斥势能(能垒)减小以及消失。 适用:河口、海湾处的沉积现象； 无法解释:胶粒反号与再稳定； 最佳混凝效果时ζ电位不为零； 高分子混凝剂作用。 （1）DLVO理论 压缩双电层可降低胶体颗粒间的排斥势。胶体颗粒的双电层可通过提高溶液中反离子的数量而实现。 （2）叔菜—哈代规则 起聚沉作用的主要是反离子。反离子价数越高，效率越高。一般与反离子价数的六次方成反比。 （3）聚沉值 在一定条件下，使一定量胶体颗粒聚聚沉所需的反离子的最低浓度。 2、吸附电中和作用机理 胶粒表面强烈吸附异号离子、胶粒或链状分子带异电荷的部位，使静电斥力减小，胶粒脱稳而沉淀。是由于吸附和静电引力两种作用的结果。 适用：胶粒表面电性改变，再稳定。 （1）作用过程 胶体颗粒表面吸附异号离子、异号胶体颗粒和异号（高）分子，由此中和其部分或全部电荷，减小排斥力。 （2）作用驱动力 静电引力、氢键、配位键及范德华引力等。 （3）再稳定现象 胶体颗粒吸附高离子而使其电性反号，重新产生斥力而稳定。 压缩双电层和吸附电中和作用机理 3、吸附架桥作用机理 与不带电荷高分子吸附架桥； 与带异号电荷的高分子吸附架桥； 与带同号电荷的高分子物质的吸附架桥； 适用:非离子型或带同号电荷的离子型高分子絮凝剂的混凝。 聚合物对脱稳胶体的吸附架桥作用 4、沉淀物网捕作用机理 当金属盐（如硫酸铝或氯化铁）或金属氧化物和氢氧化物（如石灰）作混凝剂时，当投量大得足以迅速沉淀技术氢氧化物或金属碳酸盐（CaCO3）时，对水中胶体颗粒的网捕作用。 水中胶粒被混凝剂形成的絮状沉淀物所网捕，胶粒本身也可作为沉淀物形成的核心。 以上四种机理往往可能同时存在，只是在一定条件下以某种现象为主。 上述四种凝聚机理，在水和废水处理工程中并非独立存在，而往往可能是同时存在，只是在一定条件下以某种机理为主。 混凝剂类型不同，所发生的混凝机理有所不同。高分子混凝剂，尤其是有机高分子混凝剂，以吸附架桥作用为主；无机混凝剂（如硫酸铝等）以上机理可能同时具有。 3.2.3 絮凝机理 1、絮凝的含义 脱稳的胶体颗粒或微小的悬浮颗粒聚集成大颗粒絮体以至达到可沉降（0.6~1.0mm）的 过程。 需要创造相互碰撞的动力。 2、絮凝的动力来源 内力作用—由刚脱稳的胶体颗粒提供的布朗运动→“异向絮凝”（perikinetic flocculation）。 外力作用—通过水力或机械作用产生水流运动→“同向絮凝”（orthokinetic flocculation）。 3、异向絮凝（次要，基本可忽略！） 因布朗运动的无规则性，使各脱稳胶体颗粒在不同方向运动而发生相互碰撞。 颗粒因碰撞结合而使其由小变大，布郎运动将逐渐消失。 4、同向絮凝（主要） 主要的絮凝机理。在水力及机械等外力作用下，产生具有同向流动的水流运动及其产生的流速差而产生的颗粒间相互碰撞结合的过程。 3-3 影响混凝的主要因素 3.3.1 水温 混凝剂的水解为吸热过程，低温不利于混凝剂水解（水温每降10℃，水解速度将降低2~4倍）； 水温低→水粘滞度高→不利于脱稳颗粒的絮凝。 水温低→胶体颗粒布朗运动减弱→不利于“异向絮凝” 水温过高→絮体水合作用增强、松散不易沉降 适宜温度在15~25 ℃之间！ 3.3.2 pH值和碱度 pH影响铝、铁盐水解产物的形态，是影响混凝效果的主要原因。最佳pH值的确定： 碱度：起缓冲作用，以使pH保持在适宜范围 水解反应产生H+，故在混凝投量大，原水碱度不足时，需加助凝剂。 水的pH不同→胶体颗粒表面电荷电位不同→所需混凝剂投量不同 不同混凝剂水解反应对最佳pH要求不同 去除浊度：硫酸铝6.5~7.5；三氯化铁6.0~8.5；硫酸亚铁≥ 8.5；高分子混凝剂5~9； 去除色度：硫酸铝4.5~5.5；三氯化铁3.5~5.0；硫酸亚铁≥ 8.5； 混凝剂的水解将降低pH； 需根据处理要求、混凝剂类型预先调节pH，提供足够的碱度； 水解所需碱度[CaO，mg/L]： 3.3.3 水中杂质性质，成分和浓度 水中存在二价及其以上的正离子，利于双电层压缩； 水中存在较多粘土，可降低混凝剂用量； 水中存在较多有机物时，将增加混凝剂用量； 水中杂质越单一、尺寸越均匀、颗粒越细小，越不利于混凝效果； 杂质浓度过低，不利于颗粒间接触而影响混凝效而果； 目前低温、低浊水的混凝是水处理的一个研究方向。 3.3.4 混凝剂种类、投放量、投加顺序、助凝剂 一般通过混凝试验选择混凝剂、投量及工艺条件。 1、混凝剂种类 选用不同的混凝剂在其它条件（如温度、pH、投加量等）相同时对同类废水进行试验，去除率高的为最佳混凝剂。 2、投加量 最佳混凝剂投量应根据试验确定。在其它条件相同时，采用不同的投加量对废水进行混凝试验，可得如下曲线： 最佳混凝剂投量的确定 混凝剂投加顺序与助凝剂的选择，也以试验结果为宜。 3.3.5 水力条件 1、凝聚对水力条件的要求 作用是压缩双电层，使胶体颗粒脱稳（快速过程）‘ 在短时间（10~30秒）内实现强烈、快速、均匀混合。 2、絮凝对水力条件的要求 作用是在一定时间内（20~30min）使脱稳胶体颗粒相互接触、聚合长大至（0.6~1.0 mm）发生自然沉淀（慢速过程）； 要求有适当的水流条件（由强至弱逐渐过渡，水流速度0.5~0.6m/s向0.15~0.2m/s逐级降低）。 平均速度梯度（G，控制指标）一般为10~100s-1，GT值一般为104~105。 3-4 铁盐和铝盐的混凝过程 水处理中常用的无机混凝剂为铁和铝盐，在水中以Al3+和Fe3+的各种化合物存在。 3.4.1 铝盐水解过程 ①水解 pH高时，水解过程发生，以单核羟基→单核多羟基→最终形成［Al(OH)3(H2O)3］，主要依靠配位水分子的离解作用 ②羟基架桥连接作用（高分子缩聚反应）→多核羟基络合物。 铁盐(Fe3+)在水溶液中存在、变化规律与铝盐相似，但相应的pH值比铝盐偏低。 3.4.2 铝盐、铁盐的混凝特性 兼有凝聚和絮凝两种作用； pH低时 高电荷，低聚合度 →压缩双电层、吸附电中和； pH高时 低电荷，高聚合度 →吸附架桥。 3.4.3 混凝对改善水质的作用 1、水的混凝的主要目的 ①改变水中细小颗粒（含液体颗粒）的特性，为进一步去除颗粒提供条件； ②使某些溶解性物质转变为不溶性物质。 经混凝后进一步处理(分离)的措施有: 沉淀 ─混凝是支配沉淀效果的主要因素 气浮 ─要求颗粒有一定尺度，使气泡能够附着 直接过滤 ─脱稳，去除大颗粒更为有效 2、混凝改善水质的作用途径 ①增大尺度: 去除胶体 ②形成不溶沉淀物: 去除某些可溶物质，如PO43-，F— ③絮体的吸附作用：溶解性物质及胶体 ④破乳: 去除乳化油 3、混凝在废水处理中的作用 —降低废水的浊度、色度； —去除多种高分子物质、有机物、重金属，在工业废水处理中广为应用； —除磷； —改善悬浮物质的沉降性能。 4、混凝在水处理流程中的设置位置 可作为预处理、中间处理、最终处理，一般设在固液分离单元前。 5、混凝对水中杂质的去除效果 混凝对水中杂质的去除效果 无效 0~20% 20~60% ≥60% 起反作用 溶解性物质NO3-，NH4+， Cl-，SO42-，酚 F-，As3+PO43-，As5+Cl-，SO42- 悬浮物或胶体藻类浊度、细菌、 病毒 可以上述三种形态任意存在的物质气味、合成洗 涤剂 Mn2+、Cr6+、 气味、农药、 合成洗涤剂 Cd2+，Hg+，稠 环芳烃、农药 Cu、Cd、Cr3+、 BOD、COD 3-5 混凝剂与助凝剂 （1）混凝剂：在混凝过程中加入水中的能够起凝聚/絮凝作用的化学药剂； 其作用是：向被处理水中提供满足处理要求的电解质胶体颗粒，以通过双电层压缩、吸附架桥等作用，降低水中胶体颗粒的ζ电位而使其脱稳。提供带有与水中胶体颗粒相反的电荷的络合物。通过水解途径实现。 （2）助凝剂：与混凝剂同时使用，促进混凝过程，改善混凝效果的药剂，本身可起凝聚作用，也可不起凝聚作用，主要改善絮凝体的结构，促进产生大而结实的絮凝体（矾花）。 3.5.1 常用混凝剂 1、对混凝剂的要求 ①混凝效果要好，投加与使用方便； ②货源充足，价格便宜； ③饮用水使用的混凝剂必须无毒无害。 2、常用混凝剂 ① 碱式氯化铝[Al n （OH ）m Cl 3n-m ] 有效成分[Al n （OH ）m ] 常将碱式氯化铝预缩水反应后制成聚合氯化铝[Al 2（OH ）n Cl 6-n ]m 令%100] [3] [×= Al OH B ，称为碱化度，通常B 为40~60%。生产时B 是可以人工控制的，因 絮凝剂的分类 分类 混凝剂 无机盐类 硫酸铝、硫酸铁、硫酸亚铁、铝酸钠、氯化铁、氯化 铝 碱类 碳酸钠、氢氧化钠、氧化钙 低分子 金属电解产物 氢氧化铝、氢氧化铁 阳离子型 聚合氯化铝、聚合硫酸铝 无机 类 高分子 阴离子型 活性硅酸 阴离子型 月桂酸钠、硬脂酸钠、油酸钠、松香酸钠、十二烷基 苯磺酸钠 表面活性剂 阳离子型 十二烷胺酸纳、十八烷胺酸钠、松香胺酸钠、烷基三甲基绿化铵 阴离子型 藻朊酸钠、羚甲基纤维素钠盐 阳离子型 水溶性苯胺树脂盐酸盐、聚乙烯亚铵 非离子型 淀粉、水容性尿醛树脂 低聚合度 高分子 两性型 动物胶、蛋白质 阴离子型 聚丙酸钠、水解聚丙烯酰胺、磺化聚丙烯酰胺 阳离子型 聚乙烯吡啶盐、乙烯吡啶共聚物 有机 类 高聚合度 高分子 非离子型 聚丙烯酰胺、氯化聚乙烯 而也决定了AlCl 3的缔合形态。 ② 硫酸铝[Al 2（SO 4）3] 对pH 及硬度敏感，粗制硫酸铝往往含有游离酸，使用时应考虑管道腐蚀。 12水硫酸铝钾[AlK （SO 4）2·12H 2O]称为明矾，常家用。 ③ 铁盐 三氯化铁（FeCl 3·6H 2O ）较常用，呈黑褐色，腐蚀性强，色度高； 硫酸亚铁（FeSO 4·7H 2O ）往往从工厂废料种制得，含杂质较多，因价格便宜故废水处理种应用多，但效果不如Fe 3+好。 ④ 碳酸镁[MgCO 3·3H 2O] 某些工业废水中曾使用，可回收利用。 ⑤ 有机合成高分子混凝剂 高分子混凝剂常呈链状结构，有阴离子、阳离子和非离子型。 阴离子型：混凝剂单体基团在水中离解后，单体上留下带负电部位的高分子混凝剂。 阳离子型：混凝剂单体基团在水中离解后，单体上留下带正电部位的高分子混凝剂。 非离子型：不含离解基团的高分子混凝剂。 常用的高分子混凝剂为聚丙烯酰胺，三种形态均有。其混凝特性为：链状的粘附力较分子状的强；人工合成，使用时应考虑其毒性；水解后可产生COD 。 ⑥ 天然高分子混凝剂 常用的有海藻酸钠、木刨花、榆树根、松数籽等。 3、混凝剂的配制与投加 混凝剂的投配方式分为干式和湿式，我国常采用湿式投加。 ① 湿式投配的步骤 溶药→配药→投加 应注意的问题：配药浓度、配药次数、最佳投加量、沉渣处理 ② 溶药池体积（V1） V V 3.0~2.01= ③ 配药池体积（V ） bn aQ V 417= 式中：a——混凝剂最大用量，mg/L Q——处理水量，m3/h b——溶液浓度，按药剂固体重量百分数计算，通常10~20 n——每昼夜配药的次数，一般2~6次，手工操作不大于3 ④投加：投加时必须计量，投加量应满足最佳投量。 对计量设备的要求：准确计量，可灵活调节，操作简单。常用计量方式有：计量泵、转子流量计、孔口计量。 投配方式 — 重力投加：泵前、吸水井、澄清池前等 — 水射器：泵后、压力管 3.5.2 常用助凝剂 助凝剂本身可起凝聚作用，也可不起凝聚作用，但与混凝剂一起使用时，能促进混凝过程，产生大而结实的矾花。 （1）酸、碱类：用于调整水的pH。如硫酸、烧碱、石灰等）； （2）绒粒核心类：用作矾花的骨架材料，改善絮体的结构，促进絮体的沉淀。如PAM、活化硅胶、粘土、海藻酸钠等； （3）氧化剂类：破坏对混凝有干涉作用的有机物等。如氯、臭氧等。 3-6 混凝控制指标及动力学 3.6.1 混凝过程及控制指标 1、混凝过程 2、控制指标 反应时间（T） 搅拌强度（G） 速度梯度（甘布公式）：G =△u /△z =(gh/νT)1/2 平均GT值 3.2混凝机理 3.2.1 胶体的凝聚机理 凝聚主要是指胶体脱稳并生成微小聚集体的过程。 压缩双电层作用 根据DLVO理论，加入含有高价态正电荷离子的电解质时，高价态正离子通过静电引力进入到胶体颗粒表面，置换出原来的低价正离子，这样双电层仍然保持电中性，但正离子的数量却减少了，也就是双电层的厚度变薄，胶体颗粒滑动面上的ξ电位降低。 当ξ电位降至0时，称为等电状态，此时排斥势垒完全消失。 ξ电位降至某一数值使胶体颗粒总势能曲线上的势垒Emax=0，胶体颗粒即发生聚集作用，此时的ξ电位称为临界电位ξk。 叔采-哈代法则：起聚沉作用的主要是反离子，反离子的价数越高，其聚沉效率越高。 聚沉值：在指定情形下使一定量的胶体颗粒聚沉所需的电解质的最低浓度，以mmol/dm3为单位。一般情况下，聚沉值与反离子价数的六次方成反比，即符合： (3.1) 双电层压缩机理不能解释加入过量高价反离子电解质引起胶体颗粒电性改变符号而重新稳定的现象，也解释不了与胶体颗粒代相同电荷的聚合物或高分子有机物也有好的聚集效果的现象。 吸附—电性中和 胶体颗粒表面吸附异号离子、异号胶体颗粒或带异号电荷的高分子，从而中和了胶体颗粒本身所带部分电荷，减少了胶粒间的静电引力，使胶体颗粒更易于聚沉。 驱动力包括静电引力、氢键、配位键和范德华力等。 可以解释水处理中胶体颗粒的再稳定现象。 吸附架桥作用（Bridging） 分散体系中德胶体颗粒通过吸附有机物或无机高分子物质架桥连接，凝集为大的聚集体而脱稳聚沉。 ①. 长链高分子架桥 ②. 短距离架桥 三种类型： ①. 胶粒与不带电荷的高分子物质发生架桥，涉及范德华力、氢键、配位键等吸附力。 ②. 胶粒与带异号电荷的高分子物质发生架桥，除范德华力、氢键、配位键外，还有电中和作用。 ③. 胶粒与带同号电荷的高分子物质发生架桥，“静电斑”作用 胶体保护示意图 网捕—卷扫作用 投加到水中的铝盐、铁盐等混凝剂水解后形成较大量的具有三维立体结构的水合金属氧化物沉淀，当这些水合金属氧化物体积收缩沉降时，象筛网一样将水中胶体颗粒和悬浊质颗粒捕获卷扫下来。 网捕—卷扫作用主要是一种机械作用。 3.2.2 絮凝机理 第三章 化学动力学基础 一 判断题 1.溶 液 中， 反 应 物 A 在 t 1 时 的 浓 度 为 c 1 ，t 2 时 的 浓 度 为 c 2， 则 可 以 由 (c 1 － c 2 ) / (t 1 - t 2 ) 计 算 反 应 速 率， 当△t → 0 时， 则 为 平 均 速 率。......................................................................（ ） 2.反 应 速 率 系 数 k 的 量 纲 为 1 。..........................（ ） 3.反 应 2A + 2B → C ， 其 速 率 方 程 式 v = kc (A)[c (B)]2， 则 反 应 级 数 为 3。................（ ） 4.任 何 情 况 下， 化 学 反 应 的 反 应 速 率 在 数 值 上 等 于 反 应 速 率 系 数。..........（ ） 5.化 学 反 应 3A(aq) + B(aq) → 2C(aq) ， 当 其 速 率 方 程 式 中 各 物 质 浓 度 均 为 1.0 mol·L -1 时， 其 反 应 速 率 系 数 在 数 值 上 等 于 其 反 应 速 率。......................................................................（ ） 6.反 应 速 率 系 数 k 越 大， 反 应 速 率 必 定 越 大。......（ ） 7.对 零 级 反 应 来 说， 反 应 速 率 与 反 应 物 浓 度 无 关。...........................................（ ） 8.所 有 反 应 的 速 率 都 随 时 间 而 改 变。........................（ ） 9.反 应 a A(aq) + b B(aq) → g G(aq) 的 反 应 速 率 方 程 式 为 v = k [c (A)]a [ c (B)]b ， 则 此 反 应 一 定 是 一 步 完 成 的 简 单 反 应。........................（ ） 10.可 根 据 反 应 速 率 系 数 的 单 位 来 确 定 反 应 级 数。 若 k 的 单 位 是 mol 1-n ·L n -1·s -1， 则 反 应 级 数 为 n 。...............................（ ） 11.反 应 物 浓 度 增 大， 反 应 速 率 必 定 增 大。...............（ ） 12.对 不 同 化 学 反 应 来 说， 活 化 能 越 大 者， 活 化 分 子 分 数 越 多。...................（ ） 13.某 反 应 O 3 + NO O 2 + NO 2， 正 反 应 的 活 化 能 为 10.7 kJ·mol -1， △ r H = -193.8 kJ·mol -1， 则 逆 反 应 的 活 化 能 为 204.5 kJ·mol -1。..............................................................................（ ） 14.已 知 反 应 A→ B 的△r H = 67 kJ·mol -1，E a = 90 kJ·mol -1， 则 反 应 B→ A 的 E a = - 23 kJ·mol -1。............................................................（ ） 15.通 常 升 高 同 样 温 度，E a 较 大 的 反 应 速 率 增 大 倍 数 较 多。..............................（ ） 第三章混凝土 一、填空题： 1.钢筋冷拉控制方法有和两种，其中较易保证冷拉质量。 2. 钢筋连接方法通常有、、。 3.滑升模板由、、等三部分组成，而模板系统主要由、和组成。 4. 梁跨度在时，底模应起拱，起拱高度一般为结构跨度的。 5.混凝土运输中，应使混凝土不产生，运至浇筑点后应具有规定的，并保证在混凝土前能有充分的时间进行浇筑。 6.混凝土施工缝留设的原则是。 7. 混凝土搅拌制度考虑、、。 8.对于梁高大于1m的梁板结构，允许将施工缝留在楼板板面以下处，使梁单独浇筑。 9.某现浇钢筋混凝土楼板的模板设计，需考虑的荷载有。10．影响钢筋冷拔的因素主要有，。 11．钢筋冷拉的主要控制参数是，。 12．厚大结构大体积混凝土整体浇筑，可采用，，等方法，其中方法要求单位时间量最小。 13.地下室底板浇筑方案一般可采用，，三种。 14.自落式搅拌机宜于搅拌，强制式搅拌机宜于搅拌。 二、选择题： 1. 钢筋冷拉应力控制法的实质是：( ) A.仅控制冷拉应力； B.控制冷拉应力，又控制冷拉率限值； C.最大冷拉率控制； D.最大应力控制。 2. 钢筋螺纹套管连接主要适用于：( ) A.光圆钢筋； B.变形钢筋； C.螺纹钢筋； D.粗大钢筋。 3. 钢筋冷拉时，若采用冷拉应力控制，当冷拉应力为δ，冷拉率γ，下列哪种情况是合格的。( ) A.δ达到控制值，γ未达到控制值； B.δ达到控制值，γ超过规定值； C.δ未达到控制值，γ未达到控制值； D.δ未达到控制值，γ超过规定值。 4．模板设计要求所设计的模板必须满足：（） A.刚度要求 B.强度要求 C.刚度和强度要求 D.变形协调要求 5．下列组合钢模板尺寸不符合常用模数：（） A.300×1500 B.250×1000 C.200×900 D.150×1050 6．大模板角部连接方案采用：（） A.小角模方案 B.大角模方案 C.木板镶缝 D.A+B 7．滑升模板组成：（） A.模板系统、操作系统和液压系统 B.操作平台、内外吊架和外挑架 C.爬杆、液压千斤顶和操纵装置 D.B+C 8．隧道模是用于浇筑( )的混凝土的工具式模板。 A.柱 B.梁 C.墙 D.墙和楼板 9．当梁跨度大于4m时，梁底模应起拱，起拱高度为跨度的：（） A.0.8%~1% B.1%~3% C.3%~5% D.0.1%~0.3% 10．梁底模板设计时，何种荷载不考虑：（） A.施工荷载 B.混凝土及模板自重 C.钢筋自重 D.混凝土侧压力 11. 下列哪一施工过程不属于混凝土工程的主要环节：（） A.混凝土制备与运输 B.浇筑与捣实 C.绑扎钢筋 D.混凝土制备与浇筑 12. 混凝土施工配制强度应达到的保证率为：（） 1 第三章化学动力学基础课后习题参考答案 2解：（1）设速率方程为 代入数据后得： 2.8×10-5=k ×(0.002)a (0.001)b ① 1.1×10-4=k ×(0.004)a (0.001)b ② 5.6×10-5=k ×(0.002)a (0.002)b ③ 由②÷①得: 2a =4 a=2 由③÷①得: 2b =2 b=1 （2）k=7.0×103(mol/L)-2·s -1 速率方程为 （3）r=7×103×(0.0030)2×0.0015=9.45×10-5(mol ·L -1·s -1) 3解：设速率方程为 代入数据后得： 7.5×10-7=k ×(1.00×10-4)a (1.00×10-4)b ① 3.0×10-6=k ×(2.00×10-4)a (2.00×10-4)b ② 6.0×10-6=k ×(2.00×10-4)a (4.00×10-4)b ③ 由③÷②得 2=2b b=1 ②÷①得 22=2a ×21 a=1 k=75(mol -1·L ·s -1) r=75×5.00×10-5×2.00×10-5=7.5×10-8(mol ·L -1·s -1) 5解：由 得 ∴△Ea=113.78（kJ/mol ） 由RT E a e k k -=0得：9592314.81078.11301046.5498.03?=?==??e ke k RT E a 9解：由阿累尼乌斯公式：RT E k k a 101ln ln -=和RT E k k a 202ln ln -=相比得： ∴ 即加催化剂后，反应速率提高了3.4×1017倍 因△r H θm =Ea(正) -Ea(逆) Ea(逆)=Ea(正)-△r H θm =140+164.1=304.1(kJ/mol) 10解：由)11(ln 2 112T T R Ea k k -=得： )16001(314.8102621010.61000.1ln 2 384T -?=??-- T 2=698（K ） 由反应速率系数k 的单位s-1可推出，反应的总级数为1，则其速率方程为 r=kc(C 4H 8) 对于一级反应,在600K 下的)(1014.110 10.6693.0693.0781s k t ?=?== - ) ()(2O c NO kc r b a =)()(107223O c NO c r ?=) ()(355I CH c N H C kc r b a =)11(ln 2112T T R E k k a -=)627 15921(314.8498.081.1ln -=a E ) /(75.41046.5656314.81078.113903s mol L e e k k RT E a ?=??==??--36.40298314.810)140240(ln 32112=??-=-=RT E E k k a a 1712104.3ln ?=k k 混凝土第三章答案 1.在中心受压情况下，配筋对其承载能力和变形能力的影响规律？ 答：普通钢筋混凝土柱的N~εh曲线的形态和混凝土柱曲线相似，由于配筋的存在不仅承载能力得到提高，而且最大荷载下的应变值也有所增加，随混凝土标号及配筋构造的不同，其值一般约在0.25%~0.35%之间，最大甚至可达到0.5%以上。螺旋钢箍柱的曲线荷载达到第一次峰值以前和普通钢筋混凝土柱相似，但由于螺旋钢箍对混凝土的侧限作用比普通钢箍更为有效，因此，荷载达到第一次峰值，外围混凝土发生劈裂后，荷载-应变曲线略有下降，构件仍能承受相当大的荷载。且随变形的增长，螺旋钢箍的侧限作用愈益发挥，曲线不仅不再下降，反而会逐渐回升。当变形增加很多，荷载达到第二次峰值时，外围混凝土严重剥落。直到螺旋钢箍达到流限，才出现荷载缓缓下降的破坏现象。荷载第二次达到峰值时的应变值与螺旋钢箍间距的大小有关，间距愈小，其值愈大当螺旋钢箍间距减小到一定数值后，第二次荷载峰值将超过第一次荷载峰值。 2.怎么确定纵向劈裂转变为混凝土锥形破坏界限的钢箍筋间距？ 答：从破坏特征来看，钢箍筋间距较大的时候会出现纵向钢筋压屈,混凝土保护层崩裂或者钢筋外围混凝土严重剥落的破坏现象，为纵向劈裂破坏；当钢箍间距过小时，由于钢箍对混凝土的侧限影响，混凝土会出现内部较外围先破坏的锥形破坏。 3.应力重分布与内力重分布的定义，两者之间的区别？ 答：内力重分布： ．．．．．．由于超静定钢筋混凝土结构结构的非弹性性质引起的各截面内力之间的关系，不再服从线弹性关系的现象，称为内力重分布或塑性内力重分布。 *弹性力学认为: 当结构或构件的计算跨度支座特点、荷载的大小方向及其分布、截面尺寸及形状确定以后, 构件各截面内力与外力呈线性关系, 当某一截面上的内力达到其极限承载力时, 认为整个结构即将破坏。但在钢筋混凝土超静定结构中, 内力的分布不仅与截面的相对刚度及纵向钢筋配筋率有关, 且与钢筋混凝土塑性铰出现的位置和出现的顺序有关。 应力重分布： ．．．．．．在钢筋混凝土结构中，随着混凝土徐变的增长, 混凝土的应力减小, 而钢筋应力随混凝土徐变的增长而逐渐增大。这就是由于混凝土徐变而引起截面上钢筋和混凝土之间的应力重分布。 内力重分布与应力重分布有以下几个方面的区别： 其一， ．．．内力重分布只能发生在超静定结构中，应力重分布可以发生在超静定结构，也可以发生在静定结构中； 其二， ．．．内力重分布是由于截面相对刚度变化或塑性铰出现后计算简图的改变而引起的，而应力重分布则是由于混凝土的收缩、徐变或开裂后传力机构的改变而引起的； 其三 ．．,．内力重分布是针对整个结构体系而言的，而应力重分布则是针对某个截面而言的。 由于构件或结构的内力分布规律变化而引起某个截面上钢筋和混凝土应力值的改变，不能说成为应力重分布。反之，由于混凝土收缩徐变及弹性模量变化或者由于混凝土开裂而引起截面内钢筋和混凝土应力分布规律的改变更不能说成为内力重分布。 4.在长期荷载作用下徐变是如何引起钢筋的应力重分布，在什么情况下会引起混凝土过早破坏和徐变破 水处理实验设计—污水的混凝处理实验 一、实验目的 为了深入了解絮凝理论在水处理领域的应用和进一步掌握絮凝剂的特性，针对污染水体进行絮凝沉淀处理实验，观察絮凝沉淀过程并探讨絮凝剂在水处理过程中的最佳添加量。 二、实验要求 1、要求认识几种絮凝剂，掌握其配制方法。 2、观察水处理过程中的絮凝现象，从而加深对絮凝理论的理解。 3、认识絮凝理论对污染水处理的重要意义。 三、实验原理 所谓絮凝剂或者混凝剂是指：凡是能使水溶液中的溶质、胶体或者悬浮物颗粒产生絮状沉淀的水处理剂。天然水或工业污水水中除了含有泥砂、颗粒很细的尘土、腐殖质、淀粉、纤维素、细菌、藻类等微生物。这些杂质与水形成溶胶状态的胶体微粒，由于布朗运动和静电排斥力而呈现沉降稳定性和聚合稳定性，通常不能利用重力自然沉降的方法除去，必须加入絮凝剂以破坏溶胶的稳定性，使细小的胶体微粒凝聚再絮凝成较大的颗粒而沉淀。 絮凝机理一般有三种： （1）电解质对双电层的作用（图1） 水中的悬浮物或固体微粒通常呈胶体状态分布，它们具有巨大的比表面，可吸附液体中的正离子或负离子或极性分子，使固液两相界面上的电荷分布不均匀而产生电位差。加入电解质，使固体颗粒的表面形成的双电层有效厚度减少，使范德华引力占优势而达到彼此吸引， 最后达到凝聚。 （2）吸附架桥作用机理(图2) 当加入少量高分子电解质时，由于胶粒对高分子物质有强烈的吸附作用，高分子长链一端吸附在一个胶粒表面上，另一端又被其他胶粒吸附，形成一个高分子链状物。高分子长链像各胶粒间的桥梁，将胶粒联结在一起形成絮凝体，最终沉降。 （3）沉淀物卷扫作用机理（图3） 当水中加入较多的铝盐或铁盐等药剂后，在水中形成高聚合度的氢氧化物，可以吸附卷带水中胶粒而沉淀。 图1 固体微粒的双电层结构 第三章 化学动力学 3-1．在1 100 K 时，3NH (g)在金属钨丝上发生分解。实验测定，在不同的3NH (g)的初始压力0p 下所对应的半衰期12t ，获得下列数据 0/Pa p 3.5×104 1.7×104 0.75×104 1/min t 7.6 3.7 1.7 试用计算的方法，计算该反应的级数和速率系数。 解： 根据实验数据，反应物3NH (g)的初始压力不断下降，相应的半衰期也不断下降，说明半衰期与反应物的起始浓度（或压力）成正比，这是零级反应的特征，所以基本可以确定是零级反应。用半衰期法来求反应的级数，根据半衰期法的计算公式 12 12 1 ,1 21,2 n t a t a -??= ??? 即 ()12,112,221ln /1ln(/) t t n a a =+ 把实验数据分别代入，计算得 ()() 12,112,244 0,20,1ln /ln 7.6/3.7110ln(/) ln(1.710/3.510) t t n p p --=+ =+ ≈?? 同理，用后面两个实验数据计算，得 () ln 3.7/1.710ln(0.75/1.7) n =+ ≈ 所以，该反应为零级反应。利用零级反应的积分式，计算速率系数。正规的计算方法应该是分别用3组实验数据，计算得3个速率系数，然后取平均值。这里只列出用第一组实验数据计算的结果，即 0100 22p a t k k = = 431001 3.510Pa 2.310 Pa min 227.6 min p k t -?===??? 3-2．某人工放射性元素，能放出α粒子，其半衰期为15 min 。若该试样有80%被分解，计算所需的时间？ 第三章混凝 3-1 混凝的基本理论 3.1.1 混凝及其处理对象 1、混凝的概念 向被处理水或废水中投加一定种类、一定数量的化学药剂（混凝剂），并创造一定的水力等条件，以使水中污染物相互凝聚、颗粒增大并与水分离而达到处理目标。 2、处理对象 去除水和废水大部分以胶体形式存在于水中的物质，尺度一般在10-6～10-9m之间。包括绝大部分粘大颗粒（<4μm）、大部分细菌（0.2~80nm）、病毒及一些高分子量的有机物。 —溶解或不溶性胶体颗粒（1mμm~0.1 μ m） —微小的SS —其他致浊物质 这类物质的去除不能依靠自身的沉淀性能，按stokes公式 d=10μm下沉1m需 100分钟 d= 1μm下沉1m需 10,000分钟 因此，这部分悬浮物很难经自然沉淀或直接气浮从水中去除。为此，我们必须设法改善胶体的界面性能，增大其尺寸，从而使其能易于从水中分离。 3.1.2 胶体及其稳定性 1、分散体系 两种以上的物质混合在一起组成的体系为分散体系。其中被分散的物质为分散相，分散相周围连续的物质为分散介质。 分散体系按溶质的尺度来分，可分为三类： 真溶液d<1nm 胶体1nm （2）布朗运动：受水分子热运动的影响而产生的不规则运动； （3）表面性能：比表面积极大，因而表面自由能极大，具有吸附能力； （4）电学性质： a．电泳现象：胶体在电场作用下的定向运动。 →+ 粘土、细菌、蛋白质 负电 →- Al(OH)3颗粒，Fe(OH)3颗粒正电 b．电渗现象：液体在电场中透过多孔性固体的现象（与电泳相反）。 c．动电现象：胶体溶液系统内固相与液相之间产生的相对移动。 3、胶体颗粒带电原因 （1）胶体颗粒表面对溶液中离子的吸附 选择性—有共同成分的离子。 FeCl3+3H2O→Fe(OH)3+3HCl Fe(OH)3+HCl→FeOCl+2H2O FeOCl→FeO++ Cl- Fe(OH)3胶体吸附FeO+而带正电。 （2）胶体颗粒表面的溶解 胶体表面与水反应，生成的化合物离解出正、负离子，微粒吸附了其中的一种离子而带电。如粘土颗粒： SiO2 +H2O→H2SiO3 H2SiO3→2H++ SiO32- 其余的SiO2吸附SiO32-带负电 （3）胶体表面的电离 如蛋白质： 混凝沉淀原理：在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚成絮凝体，然后予以分离除去的水处理法。 混凝法的基本原理是在废水中投入混凝剂，因混凝剂为电解质，在废水里形成胶团，与废水中的胶体物质发生电中和，形成绒粒沉降。混凝沉淀不但可以去除废水中的粒径为10-3~10-6 mm的细小悬浮颗粒，而且还能够去除色度、油分、微生物、氮和磷等富营养物质、重金属以及有机物等。 废水在未加混凝剂之前，水中的胶体和细小悬浮颗粒的本身质量很轻，受水的分子热运动的碰撞而作无规则的布朗运动。颗粒都带有同性电荷，它们之间的静电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大的颗粒；其次，带电荷的胶粒和反离子都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，有阻碍各胶体的聚合。一种胶体的胶粒带电越多，其电位就越大；扩散层中反离子越多，水化作用也越大，水化层也越厚，因此扩散层也越厚，稳定性越强。 废水中投入混凝剂后，胶体因电位降低或消除，破坏了颗粒的稳定状态（称脱稳）。脱稳的颗粒相互聚集为较大颗粒的过程称为凝聚。未经脱稳的胶体也可形成大得颗粒，这种现象称为絮凝。不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳、凝聚或絮凝。按机理，混凝可分为压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网铺四种。 在废水的混凝沉淀处理过程中，影响混凝效果的因素比较多。其中有水样的影响：对不同水样，由子废水中的成分不同，同一种混凝剂的处理效果可能会相差很大。还有水温的影响，其影响主要表现在： a影响药剂在水中碱度起化学反应的速度，对金属盐类混凝影响很大，因其水解是吸热反应；b影响矾花地形成和质量。水温较低时，絮凝体型成缓慢，结构松散，颗粒细小；c水温低时水的粘度大，布朗运动强度减弱，不利于脱稳胶粒相互凝聚，水流剪力也增大，影响絮凝体的成长。该因素主要影响金属盐类的混凝，对高分子混凝剂影响较小。 第三章 流体动力学基础 习 题 一、单选题 1、在稳定流动中，在任一点处速度矢量是恒定不变的，那么流体质点是 （ ） A ．加速运动 B ．减速运动 C ．匀速运动 D ．不能确定 2、血管中血液流动的流量受血管内径影响很大。如果血管内径减少一半，其血液的流量将变为原来的（ ）倍。 A ．21 B ．41 C ．81 D ．161 3、人在静息状态时，整个心动周期内主动脉血流平均速度为0.2 m/s ，其内径d =2×10-2m ，已知血液的粘度η =×10-3 Pa·S ，密度ρ=×103 kg/m 3，则此时主动脉中血液的流动形态处于（ ）状态。 A ．层流 B ．湍流 C ．层流或湍流 D ．无法确定 4、正常情况下，人的小动脉半径约为3mm ，血液的平均速度为20cm/s ，若小动脉某部分被一硬斑阻塞使之变窄，半径变为2mm ，则此段的平均流速为（ ）m/s 。 A ．30 B ．40 C ．45 D ．60 5、有水在同一水平管道中流动，已知A 处的横截面积为S A =10cm 2，B 处的横截面积为S B =5cm 2，A 、B 两点压强差为1500Pa ，则A 处的流速为（ ）。 A ．1m/s B ．2m/s C ．3 m/s D ．4 m/s 6、有水在一水平管道中流动，已知A 处的横截面积为S A =10cm 2，B 处的横截面积为S B =5cm 2，A 、B 两点压强之差为1500Pa ，则管道中的体积流量为（ ）。 A ．1×10-3 m 3/s B ．2×10-3 m 3/s C ．1×10-4 m 3/s D ．2×10-4 m 3/s 7、通常情况下，人的小动脉内径约为6mm ，血流的平均流速为20cm/s ，若小动脉某处被一硬斑阻塞而变窄，测得此处血流的平均流速为80cm/s ，则小动脉此处的内径应为（ ）mm 。 A ．4 B ．3 C ．2 D ．1 8、正常情况下，人的血液密度为×103kg/m 3 ，血液在内径为6mm 的小动脉中流动的平均速度为20cm/s ，若小动脉某处被一硬斑阻塞而变窄，此处内径为4mm ，则小动脉宽处与窄处压强之差（ ）Pa 。 二、判断题 1、有水在同一水平管道中作稳定流动，管道横截面积越大，流速越小，压强就越小。（ ） 2、由直径为15cm 的水平光滑的管子，把20℃的水抽运到空气中去。如果抽水保持水的流速为30cm/s ，已知20℃水的粘度η＝×10-3 Pa/S ，则水在管子中的流动形态属于湍流。（ ） 3、烟囱越高，通风效能越好，即把烟从炉中排出来的本领就越大。（ ） 4、在深海中下落的一个铝球，整个过程始终是加速运动的。（ ） 5、飞机机翼的升力来自机翼上下表面压强之差，这个压强之差主要由于机翼上表面流速大于下表面流速所致。（ ） 6、流体的内摩擦力与固体间接触表面的摩擦力共同的特点都是阻碍相对运动，但流体的内摩擦力不存在最大的静摩擦力。（ ） 三、填空题 1、流管的作用相当于管道，流体只能从流管一端____，从另一端______。 2、液体的粘度与液体的______、温度、_______因素有关，且随着温度的升高而_______。 3、理想流体是指 的流体，是一理想的模型，它是实际流体的近似。 4、稳定流动是实际流体流动的一种特殊情况， ，称为稳定流动。 5、为形象地描绘流速场的分布情况，可在其中描绘一些曲线，使 微污染水源强化混凝水处理技术研究进展 集团公司文件内部编码：（TTT-UUTT-MMYB-URTTY-ITTLTY- 微污染水源强化混凝水处理技术研究进展摘要：对微污染水源的强化混凝水处理技术进行系统的介绍。详细阐述 强化混凝的主要影响因素，如混凝剂种类及投加量、pH值、温度、碱度 和原水水质等，同时介绍了几种常用的强化混凝方法，并对该技术在微 污染水源水处理中的应用予以展望和提出建议。 关键词：微污染；强化混凝；粉末活性炭(PAC)；高锰酸钾复合药剂(PPC) 水源地饮用水污染对给水工程造成了各种损失，给传统净水工艺提出了 挑战。微污染水源指的是水体的物理、化学或微生物指标已不能达到 《地表水环境质量标准》中作为生活饮用水源水的水质要求，但通过特 殊工艺处理后尚可使用的原水。水源水质的恶化，一方面势必额外地投 加大量的混凝剂，使制水成本大大增加；另一方面水中藻类过避繁殖， 使给水产生一定的色度和臭味，水源水的污染加剧了水资源的危机。此外，由于水源中污染物质的存在，对人类的健康有很大的影响，而靠国 内目前普遍使用的常规净化工艺又很难去除掉，尤其是有机物，结果致 使城市居民不得不长期饮用这种不安全的水，因而选择一种适合的微污 染水源水处理技术方案引起人们的高度重视。 1强化混凝内涵 强化混凝是给水常规处理中非常关键的环节，通过强化混凝，可去除原 水中绝大部分的浊度、色度，提高常规混凝法处理中天然有机物(NOM)去除效果，最大限度地去除消毒副产物前驱物(DBPFP)等有机物。它是为提高常规混凝效果，通过增加混凝剂的投加量、改变混凝剂的匹配或调整pH值，保证浊度去除率的同时提高水中有机物去除率所采取的措施。广 义上说，可通过改善混凝条件提高出水水质。一般认为，混凝过程是混 凝剂水解产物对水中胶体进行压缩双电层和吸附电中和使其脱稳，从而 形成细小的颗粒，继而絮凝为大而密实的矾花，并通过吸附架桥或网捕 作用使脱稳的胶体生成粒度较大的絮凝体，再通过沉淀和过滤进行分离 去除。而水中分子质量较小、溶解度较大的有机物在一般混凝条件下去 除率很低，主要原因是由于其具有良好的亲水性而不易被混凝剂的水解 产物--金属氢氧化物所吸附，有机物不fEl增加r胶体表面电荷，而且 造成空间位阻效应。但是，如果通过改善混凝处理条件，即在低pH值、高混凝剂用量的强化混凝条件下形成大量金属氢氧化物，改善混凝剂水 解产物的形态且使其正电荷密度上升，同时低pH值条件会影响有机物离解度和改变水中有机物存在形态，有机物质子化程度提高，电荷密度降低，进而降低起溶解度及亲水性，成为较易被吸附的形态。 Randtke认为强化混凝去除有机物的机理主要包括胶体状天然有机物(NOM)的电中和作用，腐殖酸和富里酸聚合体的沉淀作用，以及吸附于金属氢 氧化物表面上的共沉淀作用。水中溶解性的有机物而言，依靠后一种作 用即吸附于混凝剂的金属沉淀物上而去除。美国环保局认为，强化混凝 第三章 化学动力学 3-1．在1 100 K 时，3NH (g)在金属钨丝上发生分解。实验测定，在不同的3NH (g)的初始压力0p 下所对应的半衰期12t ，获得下列数据 0/Pa p 3.5×104 1.7×104 0.75×104 1/min t 7.6 3.7 1.7 试用计算的方法，计算该反应的级数和速率系数。 解： 根据实验数据，反应物3NH (g)的初始压力不断下降，相应的半衰期也不断下降，说明半衰期与反应物的起始浓度（或压力）成正比，这是零级反应的特征，所以基本可以确定是零级反应。用半衰期法来求反应的级数，根据半衰期法的计算公式 12 12 1 ,1 21,2 n t a t a -??= ??? 即 ()12,112,221ln /1ln(/) t t n a a =+ 把实验数据分别代入，计算得 ()() 12,112,244 0,20,1ln /ln 7.6/3.7110ln(/) ln(1.710/3.510) t t n p p --=+ =+ ≈?? 同理，用后面两个实验数据计算，得 () ln 3.7/1.710ln(0.75/1.7) n =+ ≈ 所以，该反应为零级反应。利用零级反应的积分式，计算速率系数。正规的计算方法应该是分别用3组实验数据，计算得3个速率系数，然后取平均值。这里只列出用第一组实验数据计算的结果，即 0100 22p a t k k = = 431001 3.510Pa 2.310 Pa min 227.6 min p k t -?===??? 3-2．某人工放射性元素，能放出α粒子，其半衰期为15 min 。若该试样有80%被分解，计算所需的时间？ 第四节、混凝动力学 影响混凝效果的因素中，水力条件是个重要因素，要达到最佳的混凝效果，应该创造良好的水力条件，即设计合理的混合池和絮凝池，而混凝动力学正是其设计的基础。 一、基本概念 1、异向絮凝（perikinetic flocculation ） 异向絮凝指脱稳胶体由于布朗运动相碰撞而凝聚的现象。 异向絮凝主要对微小颗粒d ＜1m μ起作用。 2、同向絮凝（orthokinetic flocculation ） 同向絮凝指借助于水力或机械搅拌使胶体颗粒相碰撞而凝聚的现象。 同向絮凝主要对大颗粒d ＞1m μ起作用。 说明： （1）在混合和絮凝初期，主要表现为异向絮凝，形成微絮凝体； （2）在絮凝初期以后，则主要表现为同向絮凝，形成粗大絮凝体； （3）两者在时间上没有严格区分，在任何阶段都可能同时存在，只是程度不同。 3、碰撞速率 碰撞速率指单位时间、单位体积内颗粒的碰撞次数。 4、絮凝速率 絮凝速率指单位时间、单位体积内颗粒总数量浓度的减少速率。 [絮凝速率]＝－1/2[碰撞速率] 因为： （1）在计算颗粒i 和颗粒j 碰撞次数时，是将两个颗粒相互碰撞数计算了两次，即i 向j 碰撞一次，j 又向i 碰撞一次。而实际上两个颗粒一次相碰就相互凝聚成一个大的颗粒，故絮凝速率为总计算碰撞数的1/2。 （2）负号表示颗粒总数量随絮凝时间而减少，这是小颗粒相互结成大颗粒的结果。 二、异向絮凝 布朗运动为一种无规则的热运动，将导致水中颗粒相互碰撞。 假设：①水中胶体颗粒已完全脱稳；②颗粒每次碰撞都是有效碰撞，都会导致颗粒相互聚集，使小颗粒变成大颗粒；③颗粒为均匀球体。根据费克扩散定律，可导出颗粒碰撞速率为： 28n dD N B P π= （2－7） 式中，N P —— 单位体积中的颗粒在异向絮凝中碰撞速率（1/cm 3·s ）； D B —— 布朗运动扩散系数（cm 2/s ）； d —— 颗粒直径（cm ）； n —— 颗粒数量浓度（个/cm 3）。 扩散系数D B 用斯笃克斯－爱因斯坦公式表示： 第3章酶催化反应动力学 （2学时） 主要内容： 3.1 酶催化反应速度 3.2 底物浓度对酶促反应速度的影响 3.3 抑制剂对酶促反应速度的影响 3.4 其它因素对酶促反应速度的影响 ?酶催化反应动力学也称酶促反应动力学（kinetics of enzyme-catalyzed reactions），是研究酶促反应速度以及影响此速度的各种因素的科学。在研究酶的结构与功能的关系以及酶的作用机制时，需要酶促反应动力学提供相关的实验证据；为了找到最有利的反应条件从而提高酶催化反应的效率以及了解酶在代谢过程中的作用和某些药物的作用机制等，也需要我们掌握酶促反应动力学的相关规律。因此，对于酶促反应动力学的研究既有重要的理论意义又具有相当的实践价值。 酶的动力学研究包括哪些内容? ?酶促反应动力学以化学动力学为基础，通过对酶促反应速度的测定来讨论诸如底物浓度、抑制剂、温度、pH和激活剂等因素对酶促反应速度的影响。 ?温度、pH及激活剂都会对酶促反应速度产生十分重要的影响，酶促反应不但需要最适温度和最适pH，还要选择合适的激活剂。而且在研究酶促反应速度以及测定酶的活力时，都应选择相关酶的最适反应条件。 3.1酶催化反应速度 ?如果我们以产物生成量(或底物减少量)来对反应时间作图，便可以得到如图3-1所示的曲线图。 该曲线的斜率表示单位时间内产物生成量的变化，因此曲线上任何一点的斜率就是相应横坐标上时间点的反应速度。从图中的曲线可以看出在反应开始的一段时间内斜率几乎不变，然而随着反应时间的延长，曲线逐渐变平坦，相应的斜率也渐渐减小，反应速度逐渐降低，显然这时测得的反应速度不能代表真实的酶活力。 ?引起酶促反应速度随反应时间延长而降低的原因很多，如底物浓度的降低、产物浓度增加从而加速了逆反应的进行、产物对酶的抑制或激活作用以及随着反应时间的延长引起酶本身部分分子失活等等。因此在测定酶活力时，应测定酶促反应的初速度，从而避免上述各种复杂因素对反应速度的影响。由于反应初速度与酶量呈线性关系，因此可以用测定反应初速度的方法来测 第3章混凝、沉淀和澄清 第一节混凝机理 水中悬浮杂质大都可以通过自然沉淀的方法去除，而胶体及微小悬浮物，沉速缓慢，须经混凝沉淀方可去除。 混凝：水中胶体及微小悬浮物的聚集过程。包括凝聚和絮凝。 凝聚：水中胶体失去稳定性的过程。 絮凝：脱稳胶体相互聚结成大颗粒絮体的过程。这两过程很难分开。 混凝用途：生活饮用水处理、工业废水处理、城市污水三级处理、污泥处理等。 1、胶体的稳定性 指胶体colloid粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。原因： （一）动力学稳定性（沉降稳定性）－布朗运动使胶体处于稳定状态不下沉。 布朗运动对抗重力的影响大。 （二）聚集（凝聚）稳定性 指由于静电斥力（同性电荷）和水化膜作用不能接近相互聚集变 大。 1．胶团的基本形态 胶核（胶体分子聚合而成的胶体微粒），表面吸附了某种离子（电位形成离子）而带电，由于静电引力，势必吸引溶液中异号离子到微粒周围（反离子），这些反离子同时受到静电引力和热运动扩散力。 吸附层Stern layer（随胶核一起运动）―― 靠近胶核表面处，异号离子浓度大，结合紧密 扩散层Diffuse layer（大部分运动时被甩掉，甩掉后剩下的面，叫滑动面）―― 离胶核远，反离子浓度小，结合松散。 结构式： 胶核＋吸附层＋扩散层 胶粒 胶团 2．ψ电位Potential：胶核表面上的离子和反离子之间形成的总电位 ξ电位：胶体滑动面上的电位，称作动电位 带负（正）电荷charge的胶核表面与扩散于溶液中的正（负）电荷离子正好电性中和，构成双电层结构The electrical double layer。 ξ越大，扩散层越厚，胶体颗粒斥力大，稳定性强。 3．颗粒间相互作用力有 （1）静电斥力the force of repulsion－排斥势能 （2）范德华力van der Waals force of attraction－吸引势能 4.水化膜作用 2、混凝机理 1．压缩双电层 2．吸附－电中和Adsorption-charge neutralization 3．吸附架桥Polymer bridge formation 4．沉淀物网捕或卷扫 3、铝盐和铁盐的混凝特性 （一）铝盐和铁盐的水解过程 1. 铝盐的水解过程 Al2(SO4)318H2O溶于水中，立即离解出铝离子，且常以 [Al(H2O)6]3+水会形态存在。Al3+（略去配位水分子）经过水解、聚合或配合反应可形成多种物质。 Al3+→Al(OH)3 中间产物受PH、水温、投加量等限制。 2. 铁盐的水解过程 （二）铝盐和铁盐的混凝特性 PH＜3 铝以[Al(H2O)6]3+形态为主（主要是压缩双电层） PH＝4.5~6.0 多核羟基配合物为主（吸附电中和） 水处理混凝原理 1、混凝定义 向原水中投加混凝剂，破坏水中胶体颗粒的稳定性，通过胶粒间以及其他微粒疸的互相碰撞和聚焦，形成易于从水中分离的絮状物质的过程，称为混凝。 混凝是去除天然水中浊度的最主要的方法。水中浊度是由细微悬浮物所造成的，分散度处于胶体状态时将产生最大的光散射，因而胶体物质是形成浊度的主要因素。 混凝也是去除天然色度的重要方法。水中天然色度来源于腐败的有机植物，主要是土壤中所含的腐殖质。腐殖质是成分十分复杂的物质，分子量从几百到数万。有一部分天然色度属于高分子真溶液，但投加混凝剂可以使天然色度分子与铝或铁形成难溶的络合物，或者是通过混凝剂带的正电荷的水解产物与色度分子的负电荷中和而形成凝絮。 混凝对某些无机物和某些有机污染物，也有一定的去除效果。 水中的铁、硅可以以有机物、亚铁盐的形式，也可以胶体络合物的形式存在于水中。当以胶体形式存在时，可以用混凝的方法去除。如上海黄浦江原水总硅量约16.8毫克/升，溶解性硅为5.6毫克/升，采用混凝-沉淀-过滤处理后，总硅量可降到6.7毫克/升。如果用加强混凝的方法，胶体硅可下降到0.2-0.4毫克/升。 生活饮用水中规定的十种无机物和重金属污染，除了硝酸盐和氟化物外，混凝对常见八种重金属污染都有一定的去除效果。 2、混凝过程 混凝常见分为凝聚和絮凝两个阶段。 胶体颗粒具有十分巨大的比表面积，胶核表面的电位离子吸收相反的离子，形成内外两个电离层。胶体核心外是扩散层和吸附层，当同号电荷颗粒接近到扩散层时同电荷会产生斥力，这是胶体颗粒不会聚集的主要原因。当原水投加混凝剂时，随着采用混凝剂的品种、投加量、胶体颗粒的性质以及介质环境温度等多种因素发生以下变化： ⑴压缩扩散层。当向水中投加电解质盐类时，水中的离子浓度增加，扩散层厚度减少。 ⑵吸附和电荷中和。当采用铝盐或铁盐作为混凝剂时，随着PH值的不同，会有不同的水解产物。当pH较低时，带正电荷。与多数为负电荷的胶体（胶核）颗粒起中和作用，从而导致颗粒相互聚集。 ⑶凝絮网捕。以原沉淀物为网状核心，水中的胶体颗粒可被这些析出的沉析物捕获，水中有胶体越多，沉降分离速度越快。 ⑷粘结架桥。投加高分子物质时，胶体颗粒对高分子物质产生吸附作用，通过高分子链状物吸附胶体，从而减少投加混凝剂的量。 凝聚过程可分为混凝剂投加混合、胶体脱稳、异向絮凝。胶体脱稳是混凝剂水解和杂质胶体脱稳聚集，异向絮凝主要是颗粒的布朗布朗运动聚集，同向絮凝是液体运动聚集。 絮凝是指同向絮凝是液体运动聚集成大片状的凝絮物。 3、影响因素 ⑴混凝剂的影响 聚铝、聚铁为常见水解阳离子的无机盐炎。聚丙烯酰胺，处理高浊度的水以及污泥脱水有一定应用。天然骨胶与三氧化铁同时使用，也有较好效果。活化硅酸经常使用为低温度低浊度水的常用助凝剂。 当水的pH值非常低时，如小于3，此时通过铝离子或铁离子的阳离子浓度增加，压缩胶体颗粒的扩散层使胶体失稳，这种絮凝作用非常有限，起不到效果。 铝盐或铁盐水解产物溶解度非常的低，当投加量超过溶解度时，将产生氢氧化铝或氢氧化铁沉淀，在沉淀过程中形成了一系列的金属羟基聚合物。如溶液的pH值较低时，低于金 水处理过程中化学絮凝的原理和应用 摘要：絮凝沉降(或浮上)进行固液分离的方法是目前水处理技术中重要的分离方法之一，采用水溶液高聚物为絮凝剂来处理工业废水、生活废水、工业给水、循环冷却水、民用水时，具有促进水质澄清，加快沉降污泥的过滤速度，减少泥渣数量和滤饼便于处置等优点[1]。本文介绍了采用絮凝剂絮凝的原理、絮凝剂的分类、在生产生活中的应用以及研究进展。 关键词：絮凝剂原理应用共聚物衍生物 一、化学絮凝原理 絮凝剂的化学絮凝原理是假设粒子以明确的化学结构凝集，并由于彼此的化学反应造成胶质粒子的不稳定状态。当发生凝结作用时，胶体粒子必失去稳定作用或发生电性中和，不稳定的胶体粒子再互相碰撞而形成较大的颗粒。当加入絮凝剂时，它会离子化，并与离子表面形成价键。为克服离子彼此间的排斥力，絮凝剂会由于搅拌及布朗运动而使得粒子间产生碰撞，当粒子逐渐接近时，氢键及范德华力促使粒子结成更大的颗粒。碰撞一旦开始，粒子便经由不同的物理化学作用而开始凝集，较大颗粒粒子从水中分离而沉降 [2]。 二、化学絮凝剂的简述 在絮凝过程中用到的助剂称为絮凝剂。絮凝剂有不少品种，其共通特点是能够将溶液中的悬浮微粒聚集联结形成粗大的絮状团粒 或团块。化学絮凝剂简述如下。 1.无机絮凝剂 1.1无机絮凝剂的分类和性质[3] 无机絮凝剂按金属盐可分为铝盐系及铁盐系两大类。在传统的铝盐和铁盐的基础上发展合成出聚合硫酸铝、聚合硫酸铁等新型的水处理剂，它的出现不仅降低了处理成本，而且提高了功效。这类絮凝剂中存在多羟基络离子，以oh-为架桥形成多核络离子，从而变成了巨大的无机高分子化合物，无机聚合物絮凝剂之所以比其他无机絮凝剂能力高、絮凝效果好，其根本原因就在于它能提供大量的如上所述的络合离子，能够强烈吸附胶体微粒，通过粘附、架桥和交联作用，从而促使胶体凝聚。同时还发生物理化学变化，中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷，降低了zeta电位，使胶体粒子由原来的相斥变成相吸，破坏了胶团的稳定性，促使胶体微粒相互碰撞，从而形成絮状混凝沉淀，而且沉淀的表面积可达(200～1000)m2/g，极具吸附能力。也就是说，聚合物既有吸附脱稳作用，又可发挥黏附、桥联以及卷扫絮凝作用。 1.2改性的单阳离子无机絮凝剂 除常用的聚铝、聚铁外，还有聚活性硅胶及其改性品，如聚硅铝(铁)、聚磷铝(铁)。改性的目的是引入某些高电荷离子以提高电荷的中和能力，引入羟基、磷酸根等以增加配位络合能力，从而改变絮凝效果，其可能的原因是[4]：某些阴离子或阳离子可以改变聚混凝机理知识讲解
大学无机及分析化学第三章 化学动力学 题附答案
第三章 混凝土工程
第三章化学动力学基础课后习题参考答案
混凝土第三章答案
水处理实验-混凝
第三章-化学动力学
第三章+混凝
混凝沉淀原理
第三章流体动力学基础
微污染水源强化混凝水处理技术研究进展
第三章化学动力学
第四节混凝动力学
第三章 酶催化反应动力学
第三章 混凝沉淀和澄清之一
水处理的混凝工艺原理
水处理过程中化学絮凝的原理和应用