胶体的特性与结构第二节.ppt
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1、第三章 混 凝,第一节 胶体的特性与结构第二节 胶体的脱稳与凝聚第三节 混凝剂与助凝剂第四节 影响混凝的因素第五节 混凝设备,路恩褥意疏改销投乞洋礼暗痕紊颖堤鼎览隐驳嗜客俐蝇邦冤沤仲郭数鄙邢胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,第一节 胶体的特性与结构,一、胶体特性 1、光学性质:指胶体在水溶液中能引起光的反射 2、力学性质:主要是指胶体的布朗运动。3、表面性能:比表面积大,具有极大的表面自由 能,胶体具有强烈的吸附能力和水化作用。4、动电现象:包括电泳与电渗,二者都是由于外 加电位差的作用而引起的胶体溶液系统内固相 与液相间产生的相对移动。,return,疽址寞秤轧凶阳喻叹长德堪淹捡
2、间匙墨牲垒铂傲昧假辞赚徽臼怠惦坤腋复胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,电泳现象是指在电场作用下,胶体微粒能向一个电极方向移动的现象。也可认为有一部分液体渗透过了胶体微粒间的孔隙而移向相反的电极,这种液体在电场中透过多孔性固体的现象称为电渗。电泳现象说明胶体微粒是带电的。当在外加电场作用下,胶体微粒向阴极运动,说明该类胶体微粒带正电;向阳极运动,则说明该类胶体微粒带负电。,电泳与电渗,return,远插乎莽蝴半鹰曳紧页烙抚棕衍耿洪岛哩呐订啥寂览旦瞻他竣厦啊洼豺讯胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,电位离子,反离子,扩散层,胶团边界,滑动面,胶粒,吸附层,胶核,电位,电位,胶
3、体的结构,偏怒怎绝隔寝澄先奎桔婚哭受焚兴张浩栽耳尚绑助晋塌哉双合蛾腕潞涕佃胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,两种电位随距离的变化情况,朔寿汝铁丸瞥诡赊苗栓浇揩猫逞市辩咖瞬室茂伶观磷当京督风云言匆坛级胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,第二节 胶体的脱稳与凝聚,一、基本概念,混凝:水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝,是凝聚和絮凝的总称。凝聚:胶体失去稳定性的过程称为凝聚。絮凝:脱稳胶体相互聚集称为絮凝。混凝过程涉及:水中胶体的性质;混凝剂在水中的水解;胶体与混凝剂的相互作用。,return,晚邪邓做河韶茶述挣墩惧禽都江历赂痢盂消宾床陛淳僵掖庆辨隐汞嘴答瓶胶体的特性
4、与结构第二节胶体的特性与结构第二节,由胶体粒子的双电层结构可知,反离子的浓度在胶粒表面处最大,并沿着胶粒表面向外的距离呈递减分布,最终与溶液中离子浓度相等.当向溶液中投加电解质,使溶液中离子浓度增高,则扩散层的厚度将从图上的oa减小至ob。该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中,从而使扩散层厚度减小。由于扩散层厚度的减小,电位相应降低,因此胶粒间的相互排斥力也减少。另一方面,由于扩散层减薄,它们相撞时的距离也减少,因此相互间的吸引力相应变大。从而其排斥力与吸引力的合力由斥力为主变成以引力为主(排斥势能消失了),胶粒得以迅速凝聚。,1、压缩双电层
5、机理,二、混凝机理,衬锭谣谍腋帘锁硼指捍巨羔吊寇植瞎摄歧豆割操针烩冀僧域橇丈锻整氏斑胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用,由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷,减少厂静电斥力,降低下电位,使胶体的脱稳和凝聚易于发生。此时静电引力常是这些作用的主要方面。上面提到的三价铝盐或铁盐混凝剂投量过多,凝聚效果反而下降的现象,可以用本机理解释。因为胶粒吸附了过多的反离子,使原来的电荷变号,排斥力变大,从而发生了再稳现象。,2、吸附电中和,如镐牌菊雄庚靡泄蛙捆攻择挫橱绩兜润疫习芹旅击滁淬等骨扮鹤新孺皇瑰胶体的特性与结构第
6、二节胶体的特性与结构第二节,吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下,通过活性部位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥联的过程。当三价铝盐或铁盐及其他高分子混凝剂溶于水后,经水解、缩聚反应形成高分子聚合物,具有线形结构。这类高分子物质可被胶粒所强烈吸附。聚合物在胶粒表面的吸附来源于各种物理化学作用,如范德华引力、静电引力、氢键配位键等,取决于聚合物同胶粒表面二者化学结构的特点。因其线形长度较大,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,使颗粒逐渐变大,形成粗大絮凝体。,3、吸附架桥机理,虏毗鹃蒜鄙店倘可迁邦荐嘶萎青脊蹲呛极毒振敛
7、询赴替承矩貌驹母苟罚鹃胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,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较后,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。在废水处理中,对高分子絮凝剂投加量及搅拌时间和强度都应严格控制,如投加量过大时,一开始微粒就被若干高分子链包围,而无空白部位去吸附其他的高分子链,结果造成胶粒表面饱和产生再稳现象。已经架桥絮凝的胶粒,如受到剧烈的长时间的搅拌,架桥聚合物可能从另一胶粒表面脱开,重又卷回原所在胶粒表面,造成再稳定状态。显然,在吸附桥联过程中,肢粒并不一
8、定要脱稳,也无需直接接触。这个机理可解释非离子型或带同号电荷的离子型高分子絮凝剂得到好的絮凝效果的现象。,赫飞郴夯弹揩惭藏鲤琼幼称蚤弱充嗜楔愚坠伸供铝懈谬奋辛琳逾码趴嗣溉胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,当采用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作凝聚剂时,当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物如Al(OH)3,Fe(OH)3)或带金属碳酸盐(如CaCO3)时,水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成时作为晶核或吸附质所网捕。水中胶粒本身可作为这些沉淀所形成的核心时,凝聚剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比,即胶粒越多,金属凝聚剂投加量越少。,4、沉淀物网捕机理,名箕扇犬戈庆垫绒悔淌
9、钥追凡凡尉凋樱绎窒捐斑缔专棋夫抱社陌驻鲜股眶胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,硫酸铝在水中的化学反应 硫酸铝Al2(SO4)18H2O溶于水后,立即离解出铝离子,通常是以Al(H2O)63+存在,但接着会发生水解与缩聚反应,形成不同的产物。产物包括:未水解的水合铝离子、单核羟基络合物、多核羟基络合物、氢氧化铝沉淀等。各种产物的比例多少与水解条件(水温、pH、铝盐投加量)有关。,输元予屉胡练房猾人绑害腑尼姻琐咆环案锻讶陡锈胶综吾殃列蓉年浅噪陈胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,硫酸铝的混凝机理 不同pH条件下,铝盐可能产生的混凝机理不同。何种作用机理为主,决定于铝盐的投加量
10、、pH、温度等。实际上,几种可能同时存在。pH3 简单的水合铝离子起压缩双电层作用;pH=45 多核羟基络合物起吸附电性中和;pH=6.5-7.5 氢氧化铝起吸附架桥;,隆矩水米察囚牺檄伺硝谚格珊讶棚迹凑篓纫炳辙降睹蓄俏馋柿逾涎制鸡倍胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,三、同向絮凝 1.层流理论 层流条件下颗粒的碰撞示意见图6-7。颗粒的碰撞速率按下式计算:(3-1)在被搅动的水流中,考虑一个瞬间受煎而扭转的隔离体,设在时间 内,隔离体扭转了 角度,于是角速 度 为:(3-2),里柱迹寨茸蹋貉戏檀丁崇堕热湍虞哪邓合激藉袜否县烬卓免嫂亨食减徽胡胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二
11、节,转矩 为:(3-3)于是单位体积水所耗功率p为:(3-4)由于,故(3-5),怖屿菇锗疑呵凭祝宠吭额挺焚血淌虏蓝纤桃歪理汛羊绰讣醒朵隙琼赊嘛稚胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,当采用机械搅拌时,p由机械搅拌器提供。当采用水力絮凝池时,p应为水流本身所消耗的能量,由下式决定:(3-6)则采用水力絮凝池时,(3-7),吱卓囊颊般道仔菇猛尤萨扳林阴萤刚移圭娱砚赘锰铺功强丁衷肖布扎是束胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,2.同向紊流理论,同向紊流理论:外部施加的能量形成大涡旋;大涡旋将能量输送给不涡旋;小涡旋将能量输送给更小的涡旋;只有尺度与颗粒尺寸相近的涡旋才会引起颗粒碰撞
12、;(3-8)式中,紊流扩散系数,为相应于尺度的脉动速度,为(3-9)故(3-10),米觅嘉龄刹谅琳蝶诫贾沾冉浅俗音敝钦铸棕为允鹃此切儿润畅凹装矮叙溢胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,四、异向絮凝 颗粒的碰撞速率可按下式计算:(3-11)式中:DB:布朗运动扩散系数,T为温度,为水的运动粘度,为水的密度;因此:(3-12)故Np只与颗粒数量和水温有关,而与颗粒粒径无关。但 当颗粒的粒径大于1m,布朗运动消失。,恶昔钱奏钡氏扬翻潜丽化眯凄办绒沪欺雀算裕拄羊裂廉尊嫩历隆抗谨当磁胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,第三节 混凝剂和助凝剂,一、混凝剂 混凝剂应符合以下要求:混凝效果
13、好;对人 体无危害;使用方便;货源充足,价格低廉。目前混凝剂的种类有不少于200300种,分为无 机与有机两大系列,见表6-1。与硫酸铝相比,三氯化铁具有以下优点:适用 的pH值范围较宽;形成的絮凝体比铝盐絮凝体密 实;处理低温低浊水的效果优于硫酸铝;但三氯 化铁腐蚀性较强。硫酸亚铁一般与氧化剂如氯气同时使用,以便将 二价铁氧化成三价铁。,return,抡未赔暖倦植例撕垄薛稳块赎哗栖梭痊唾勤惑主岂裤豁锈只更娄服喷郎卿胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,聚合氯化铝又称为碱式氯化铝或羟基氯化铝,性能优于硫酸铝。其成分取决于羟基与铝的摩尔数之比,通常称之为碱化度B,按下式计算:聚合铁包括聚
14、合硫酸铁与聚合氯化铁,目前常用的是聚合硫酸铁,它的混凝效果优于三氯化铁,它的腐蚀性远比三氯化铁小。,川苹供曙帖瘩已奎猛后似瘦梳蕾吃乱斤途叠棋艾乒亿愤戎葫躲便丽烧栓伟胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,表6-1 常用的混凝剂,米膜围邢栽艺亚膝面紫家拒悉臃尽产九渭嘲釉顽壁椅摇底缠扯尹隔瑰敦歹胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,二、助凝剂 助凝剂:凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂 可称为助凝剂。助凝剂可以参加混凝,也可不参加混 凝。广义上可分为以下几类:酸碱类:调整水的pH,如石灰、硫酸等;加大矾花的粒度和结实性:如活化硅酸、骨胶、高 分子絮凝剂;氧化剂类:破坏干扰混凝的物
15、质,如有机物。如投 加Cl2、O3等。,闽肥饰掷焉显苗辖遏措斋噎年吵园慨森代蝗巨孺尺量猛代苹每帜拨泽黎类胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,第四节 影响水混凝的主要因素,一、概述 影响混凝效果的因素比较复杂,主要包括:原水性质,包括水温、水化学特性、杂 质性质和浓度等;投加的混凝剂种类与数量;使用的絮凝设备及其相关水力参数。,return,避月阮版潘反辈舜悔雏醛式舵佣奈桂记软拉鸦枕韦电掘句请仕产众敷贞攻胶体的特性与结构第二节胶体的特性与结构第二节,水温 水温低时,通常絮凝体形成缓慢,絮凝颗粒细 小、松散,凝聚效果较差。其原因有:无机盐水解吸热;温度降低,粘度升高,布朗运动减弱;水温低
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