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第11章混凝(环境工程原理中北)
第十一章
混 凝 ;水中的杂质分为悬浮物、胶体和溶解物。
我们下面以不同粒径的微粒所需要的沉淀时间来看,混凝处理的必要性。 ; 粒径 沉降1m所需的时间
10mm 砾砂 1s
1mm 粗砂 10s
悬浮物 0.1mm 细砂 2.1min
0.01mm 泥 1.83h
1?m 细菌 183h
0.1?m 765d
胶体 0.01?m 20a
1nm 200a;
混凝的对象/作用
废水中的大颗粒可以通过重力沉淀法去除,但微小粒径的悬浮物和胶体能在水中长期保持分散悬浮状态,即使静置数十个小时也不会自然沉降。
混凝所处理的对象,主要是水和废水中的微小悬浮物和胶体杂质。(天然水中的胶体杂质通常是负电荷胶体,如粘土、细菌、病毒、藻类、腐殖质等。)
微小悬浮物: 沉速极慢
胶体颗粒: 不能自然沉淀;凝聚、絮凝和混凝
混凝:是凝聚、絮凝两各过程的总称。是水中胶体粒子及微小悬浮物的聚集过程。
凝聚:投加混凝剂后水中的胶体失去稳定性,胶体颗粒互相凝聚,结果形成众多的“小矾花”。
絮凝: 凝聚过程中形成的“小矾花”通过吸附、卷带、架桥等作用,形成颗粒较大絮凝体的过程。
混凝法:向水中投加药剂(混凝剂),使水中的微小悬浮物和胶体聚集成沉速较大的颗粒而去除的方法。; 1、胶体稳定性
胶体稳定性:系指胶体粒子在水中长期保持分散
悬浮状态的特性。;电位离子;{[胶核]电位形成离子,束缚反离子}, 自由反离子;3、胶体之间的相互作用(DLVO理论);;当胶体距离xoa或xoc时,吸引势能占优势;
当oaxoc时,排斥势能占优势;
当x=ob时,排斥势能最大,称为排斥能峰。
另一方面,胶体的布朗运动能量Eb=1.5kT,
当其大于排斥能峰时,胶体颗粒能发生凝聚。
其中:k:波兹曼常数,T:温度
在常温条件下:
EbEmax(势垒);以上称为DLVO理论。
德加根(Derjaguin)、兰道(Landon)(苏联,1938年独立提出〕;
伏维(Verwey)、奥贝克(Overbeek)(荷兰,1941年独立提出) ; 胶体稳定的原因:
A:胶体的粒径很小,布朗运动剧烈,布朗运动抵抗重力作用影响而使胶体长期悬浮于水中。
B:由于胶粒的带电现象,带相同电荷的胶体产生静电斥力,而且ξ电位越高,胶体间的静电斥力越大。只有当xoa时胶粒才会发生凝聚。
C:由于胶粒带电,将极性水分子吸引到它的周围形成一层水化膜。水化膜能阻止胶粒间相互接触 。但是,水化膜是伴随胶粒带电而产生的,如果胶粒的(电位消除或减弱,水化膜也就随之消失或减弱。
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可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除,便失去聚集稳定性,小颗粒便可相互聚集成大的颗粒,从而动力学稳定性也随之破坏,沉淀就会发生。因此,胶体稳定性关键在于消除胶体的ξ电位。
混凝处理即是要破坏胶体的稳定性,使胶体脱稳、聚集、沉淀析出。
胶体的脱稳:胶粒因ξ电位的降低或消除,以致失去稳定性的过程。; 水的混凝现象比较复杂。至今尚未有统一认识。不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳。使胶体脱稳的机理可归结为以下四种。
(1)压缩双电层
(2)吸附-电性中和作用
(3)吸附架桥作用
(4)网捕与卷扫作用 ;(1)压缩双电层 ;
对于水中的负电荷胶体,投入的电解质(混凝剂)应是正电荷或聚合离子,如Na+、Ca2+、Al3+等,其作用是压缩胶体双电层——为保持胶体电性中和所要求的扩散层厚度。
示例:河川到海洋的出口处,由于海水中电解质的混凝作用,胶体脱稳凝聚,易形成三角洲。
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浓度相同的电解质破坏胶体稳定性的效力随离子价数的增加而
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