环境工程学课件解析

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(3)沉淀物网捕
(entrapment in the floc structure)
三价铝盐或铁盐等水解而生成胶体状沉淀物。 这些沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中 的胶体等微粒，使胶体粘结。
（4）吸附电中和作用
(electrical neutralization)
胶粒表面吸附的异号电荷中和了它的部分或全部电荷，减少了 静电斥力，降低了电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。
1.胶体的特点： •粒径小，一般直径为10-3－10-6mm； •布朗运动，颗粒在废水中受水分子热运动的碰撞而作无规 则的布朗运动； •带电，同类胶体微粒带有同性电荷,天然水中的胶体杂质通 常带负电荷，如粘土、细菌、藻类等。
胶团边界
2.胶体的双电层结构模型
胶核 电位离子
的微小悬浮 颗粒和胶体颗粒，这些颗粒用自然沉降法很难从 水中分离出去。
混凝是通过向废水中投加混凝剂(coagulant)， 破坏胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒 聚集(aggregation)成较粗大的颗粒而沉降与水分 离，使废水得到净化。
包括凝聚和絮凝两个步骤
一、胶体的稳定性
复习
物理处理法：沉淀、气浮 问题： 1、对于不能直接自然沉降的悬浮微粒和胶体物质，
如何应对？ 2、对于有毒有害的离子（如：Hg2+、Cr6+、
CN-、PO43-等），有没有更好的处理方法？ 回答： 化学处理法：沉淀（混凝）、氧化还原
第二节 污水的化学处理
污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除 水中的杂质。
混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸 附层, 使胶粒带电荷数减少，降低ζ电位，并使扩散 层厚度缩小。当ζ电位为零时, 称为等电状态。此时 胶体间斥力消失, 胶粒最易发生聚结。
实际上， ζ电位电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的 能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就开始产生明显的聚 结，这时的ζ电位称为临界电位。
四、混凝剂和助凝剂
絮凝与凝聚作用不同，它需要一定的时间让絮体长大，但 在一般情况下两者难以截然分开。习惯上将低分子电解质 称为凝聚剂，而将高分子药剂称为絮凝剂。 混凝剂(coagulant)：一般把能起凝聚与絮凝作用的药 剂统称为混凝剂。 助凝剂(coagulant aids)：当单用混凝剂不能取得良好 效果时，可投加某类辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助 药剂称为助凝剂。
当混凝剂加量大时,混凝剂相互之间会有影响，使上述几种作 用能力发生变化，但不都是作用力加强，大于它的最佳投药量 时，再投加混凝剂反而效果会降低。
•以上介绍的混凝的四种机理，在水处理中往往可能是同时或 交叉发挥作用的，只是在一定情况下以某种机理为主而已。
四、混凝剂和助凝剂
混凝、凝聚和絮凝这三个词易混淆： 凝聚(coagulation) ：使胶体脱稳并聚集为微絮 粒的过程——压缩双电层 絮凝(flocculation) ：微絮粒通过吸附、网捕、 桥连而成长为更大絮体的过程——吸附架桥 混凝（coagulation - flocculation） =凝聚+絮凝
四、混凝剂和助凝剂
1. 混凝剂
混凝剂效果好
要求
对人体健康无害 价廉易得
使用方便
类型：
(1) 无机盐类混凝剂 铁盐和铝盐
(2) 高分子混凝剂
有机和无机
无机盐类
1）三氯化铁(ferric chloride) 无水物、结晶水物和液体，其中常用的是FeCl3·6H2O，
处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生 物降解的)溶解物质或胶体物质。
常用的化学处理方法有化学混凝、中和法、化 学沉淀法、氧化还原法。
教学内容： 化学混凝法 中和法 化学沉淀法 氧化还原法 电解法 教学目的与要求： 了解中和法的基本原理； 掌握化学混凝法的原理和适用条件
化学混凝法
胶粒因ζ电位电位降低或消除以至失去稳定性的过程，称 为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为凝聚。
问题
压缩双电层作用是阐明胶体凝聚的一个重要理论。它特别适 用于无机盐混凝剂所提供的简单离子的情况。但是，如 仅用双电层作用原理来解释水中的混凝现象，会产生一 些矛盾。例如：
三价铝盐或铁盐棍凝剂投量过多时效果反而下降，水中 的胶粒又会重新获得稳定。
三、混凝原理
化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉 及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、 水的pH值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。 但归结起来，可以认为主要是四方面的作用： 压缩双电层 吸附架桥 沉淀物网捕 吸附电中和
(1) 压缩双电层作用
(modification of the electrical double layer)
结论 总电位一定，扩散层越厚，电动电位越高 同类校核带同号电，与电位电号相同 电位越高，静电斥力越大，胶体越稳定
二、胶体的脱稳机理
•胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的稳定性 （stabilization)。 •胶体因电位降低或消除，从而失去稳定性的过程称为脱稳 (destabilization)，脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程 称为凝聚(coagulation)。 •混凝的机理：混凝可分为压缩双电层、吸附电中和、吸附 架桥、沉淀物网捕四种机理。
这种由高分子物质吸附架桥作用而使颗粒相互粘结的过程，称为絮凝。 本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果不好的现象。因为废
水中胶粒少，当聚合物伸展部分一端吸附一个胶粒后，另一端因粘连 不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘连，就不能起架桥作用，从而 达不到混凝的效果。
高分子聚合物对胶体或微粒的吸附架桥作用示意图
在等电状态下，混凝效果似应最好，但生产实践却表明，
混凝效果最佳时的电位常大于零。于是提出了第二种
作用。
(2) 吸附架桥作用
(polymer bridging of colloids)
由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程
线性高分子物质可被胶粒所强烈吸附。因其线性长度较大，当它的一 端吸附某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，在相距较远的两胶粒间 进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的粗大絮凝体。