《凝聚劑絮凝劑》課件.ppt

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1、聚丙烯酰胺第七章混凝劑凝聚劑+絮凝劑絮凝劑投配系統(tǒng)前言凝聚作用與絮凝作用兩詞均源自拉丁語。前者拉丁語“coagulare”意為聚集(together)，即把兩個(gè)或多個(gè)不同的個(gè)體拉攏在一起。后者拉丁文“flocculare”意為形成絮體。就膠體化學(xué)而言，凝聚作用意指加入凝聚劑后，在水溶液中的膠體粒子的穩(wěn)定性遭受破壞，降低了彼此間互相排斥的力量，而形成細(xì)小絮體的過程。絮凝作用也指粒子的穩(wěn)定性遭受破壞后，借聚合物及攪動(dòng)能量而彼此接觸，因而形成較大顆粒絮體的過程。簡而言之，凝聚作用可稱電性中和，絮凝作用可稱

2、架橋反應(yīng)。凝聚和絮凝在實(shí)際中是很難截然分開的兩種過程和作用。7.1含于水中雜質(zhì)的某些性質(zhì)一般天然水中游離的水分子是很少的，大約只占0.1%，其存在的形態(tài)絕大部分是數(shù)個(gè)分子的集合如(H2O)n。水分子的兩個(gè)氫和一個(gè)氧結(jié)合呈現(xiàn)一個(gè)非對稱結(jié)構(gòu)，這種非對稱結(jié)構(gòu)使水具有雙極性，因而它易于附著在水中雜質(zhì)的表面上形成水合層。少量的水電離成氫離子和氫氧根離子存在于水中。這些離子與水中所含雜質(zhì)相互作用后，使水的性質(zhì)產(chǎn)生了一定的差異。水溶液和水中雜質(zhì)的形態(tài)含于水中的雜質(zhì)有混入或溶解于水中的某些氣體、液體和固體，其中包括

3、有機(jī)物和無機(jī)物。按膠體化學(xué)的觀點(diǎn)，分散于水中的這些物質(zhì)，由于其分散的程度不同可分為三種類型：一為懸浮液與懸濁液，其顆粒直徑大于0.2μm，這種體系屬于動(dòng)力學(xué)不穩(wěn)定的，借重力作用終究能沉淀下來。其次是真溶液，其分散相的顆粒直徑小于1nm，是單相、均衡的，屬于熱力學(xué)穩(wěn)定體系。第三是膠體溶液，其分散相顆粒的大小在1-200nm范圍內(nèi)，它介于真溶液的上限和懸浮液的下限之間，不能用一般過濾方法去除，由于顆粒在水中做布朗運(yùn)動(dòng)也不能借重力而下沉，它可以是聚集體，也可以是單一的大分子。從物理學(xué)觀點(diǎn)看，不論是懸浮體系

4、、溶解體系或膠態(tài)體系，其不同之處僅是顆粒的大小不同而已。其分類是：粒徑在0.2μm-1mm范圍內(nèi)，屬懸浮體系；粒徑<1nm者，屬溶解體系；粒徑在1nm-0.2μm范圍內(nèi)，屬膠態(tài)體系。按國際標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)的規(guī)定，以通過0.45μm的濾膜作為劃分體系的界限。從工程設(shè)計(jì)上概括起來說，水中的雜質(zhì)可簡單地分為溶存物與不溶解的懸浮物。7.2凝聚的機(jī)理在原水的預(yù)處理過程中，向水中投加凝聚劑后其所發(fā)生的凝聚作用是非常復(fù)雜的反應(yīng)過程，它涉及水中分散介質(zhì)的性質(zhì)、各種凝聚劑的特性、分散介質(zhì)與各種凝聚劑的相互作用條件及它們彼此

5、間的一系列反應(yīng)等，因而凝聚是受物理、化學(xué)及動(dòng)力學(xué)等各方面的作用力所影響的。近年來，由于膠體化學(xué)的發(fā)展和高分子聚合物凝聚劑的應(yīng)用，對電中和膠體吸附有了進(jìn)一步的研究。因而在凝聚作用的理論上了較趨向一致的看法，即雙電層壓縮機(jī)理。7.2.1雙電層壓縮的作用機(jī)理水中膠體微粒一般帶有負(fù)電荷，這可能是由于：它們表面的一些成分溶于水后被水中的一些帶正電離子所置換，使膠體表面產(chǎn)生多余的負(fù)電荷；膠體微粒有選擇地吸附了一些負(fù)電荷，因而造成它帶負(fù)電；有效膠體表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)的基團(tuán)離解，當(dāng)離解后顯示電性。膠體微粒表面帶電荷，必

6、然要吸引水中帶異電荷的離子。如膠體帶正電荷，則吸引了水溶液中許多負(fù)離子，它們被吸附在微粒的表面上，因而形成了一個(gè)固定層。這種靜電吸引作用使其在水溶液中產(chǎn)生一種濃度梯度，在熱運(yùn)動(dòng)及分散介質(zhì)(水)的極性作用下，膠體微粒所吸引的這些負(fù)離子又有朝向相反方向力圖離開向著濃度低的水溶液擴(kuò)散的趨勢。當(dāng)吸引和擴(kuò)散達(dá)到平衡時(shí)在其外側(cè)就形成了一個(gè)所謂的擴(kuò)散層。固定層的厚度大約是(2-3)×10-7mm，不隨溫度而變化，但擴(kuò)散層厚度則較大，且隨溫度和其他因素而變化。這種固定層和擴(kuò)散層總稱為“雙電層”。當(dāng)這種顆粒在水中移動(dòng)

7、、兩相之間產(chǎn)生剪切力形成滑動(dòng)時(shí)，滑動(dòng)面的電位稱為ζ電位。一般認(rèn)為擴(kuò)散層愈厚則ζ電位越高，膠體微粒的電荷和膠體微粒間的斥力也越大，因而這種膠體溶液的穩(wěn)定性就大。δ滑動(dòng)面電勢固體斯特恩面ζ電位的高低成為凝聚反應(yīng)好與壞的一個(gè)重要因素。當(dāng)投加高價(jià)電解質(zhì)能使顆粒表面的電荷減小，同時(shí)使擴(kuò)散層受到壓縮，這樣ζ電位就降低，促進(jìn)了凝聚。對于兩個(gè)帶相同電荷的微粒，在其擴(kuò)散層未接觸前兩個(gè)微粒并不發(fā)生任何關(guān)系。當(dāng)兩個(gè)微粒接近到其擴(kuò)散層重疊時(shí)，重疊區(qū)內(nèi)離子將同時(shí)受到兩微粒的作用，使離子產(chǎn)生重新分布的趨勢，由于靜電力的不平衡，

8、產(chǎn)生微粒間互相排斥而分離。排斥力以排斥勢能來表示，它同微粒間的距離以指數(shù)規(guī)律成反比。另一方面，膠體微粒相互接近時(shí)，還受到范德華引力作用。微粒相距愈近，雖吸引大，但由于帶同號電荷，斥力也大；當(dāng)微粒間距離小到粒子間斥力和引力相等時(shí)，兩顆粒處于平衡。加入電介質(zhì)，使排斥勢能降到一定程度，兩微粒就發(fā)生凝聚。7.2.2水中粘土的離子交換容量水中懸浮膠體微粒與凝聚劑的反應(yīng)，是金屬離子、凝聚劑水解產(chǎn)生的高價(jià)絡(luò)合離子與膠體微粒表面產(chǎn)生吸附、濃縮，降低膠體微粒表面電荷，從而發(fā)生凝聚。這是