污水的化学处理教程

第四章污水化学处理混凝中和化学沉淀化学氧化还原电解第一节水的混凝CoagulationandFlocculation一、概述1、混凝的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。2、凝聚、絮凝和混凝凝聚(coagulation)：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(flocculation)：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：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。3、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。4、混凝的应用给水处理：混凝+沉淀，微絮凝+过滤废水处理：5、混凝的特点优点：设备简单，操作方便；便于间歇运行，效果好。缺点：运行费用高；沉渣量大，处置困难；二、胶体的特性1、胶体的基本特性胶体在水中形成长期分散稳定的体系。常见的胶体：Fe(OH)3胶体、Al(OH)3胶体、硅酸胶体、淀粉胶体、蛋白质、血液、豆浆、墨水、涂料、肥皂水、AgI、Ag2S、As2S3分类：按照分散剂状态不同分为：气溶胶——分散质、分散剂都是气态物质：如雾、云、烟液溶胶——分散质、分散剂都是液态物质：如Fe(OH)3胶体固溶胶——分散质、分散剂都是固态物质：如有色玻璃、合金一把泥土放到水中,大粒的泥沙很快下沉,浑浊的细小土粒因受重力的影响最后也沉降于容器底部,而土中的盐类则溶解成真溶液.但是,混杂在真溶液中还有一些极为微小的土壤粒子,它们既不下沉,也不溶解,人们把这些即使在显微镜下也观察不到的微小颗粒称为胶体颗粒,含有胶体颗粒的体系称为胶体体系江河人海口处形成三角洲,其形成原理是海水中的电解质使江河泥沙所形成胶体发生聚沉.筑龙网(1)光学特性(丁达尔现象)：指胶体在水溶液中能引起光的反射。用激光笔垂直照射淀粉胶体，胶体，溶液。现象：胶体内部存在一条光路而溶液没有。结论：这种由于胶体微粒对光的散射作用形成的一条光亮的通道的现象叫丁达尔现象。丁达尔现象(2)布朗运动：1827年，英国植物学家布朗把花粉悬浮在水里，用显微镜观察，发现花粉的小颗粒在作不停的、无秩序的运动，这种现象叫做布朗运动。用超显微镜观察胶体，可观察到胶体粒子也在作布朗运动。这是因为水分子（或分散剂分子）从各个方面撞击胶体粒子，而每一瞬间胶体粒子在不同方向受的力是不相同的，所以胶体运动的方向每一瞬间都在改变，因而形成不停的、无秩序的运动。(3)表面特性：胶体为常见的分散体系之一。分散度越大，胶体颗粒的比表面积越大，具有的表面自由能越大，使胶体看来产生特殊的吸附能力和溶解现象。(4)动电现象（电泳现象）：胶体的带电性胶体粒子吸附溶液中的离子而带电，当吸附了正离子时，胶体粒子荷正电，吸附了负离子则荷负电。不同情况下胶体粒子容易吸附何种离子，与被吸附离子的本性及胶体粒子表面结构有关。法扬斯规则表明：与胶体粒子有相同化学元素的离子优先被吸附。以AgI胶体为例，AgNO3与KI反应，生成AgI溶胶，若KI过量，则胶核AgI吸附过量的I-而带负电，若AgNO3过量，则AgI吸附过量的Ag+而带正电。胶粒带电的一般规律:带正电的胶粒：金属氧化物、金属氢氧化物带负电的胶粒：金属硫化物、非金属氧化物2、胶体的结构胶核胶粒胶团吸附层扩散层3、双电层理论胶核的静电作用把溶液中的反离子吸附到其周围。受胶核电位离子的静电引力和反离子热运动的扩散作用、溶液对反离子的水化作用，反离子的浓度随与固体表面距离增加浓度逐渐减少。双电层：吸附层和扩散层Ψ电位离子和反离子形成的总电位。ξ滑动面上的电位。4、胶体的类型(1)疏水性胶体（憎水性胶体）吸附层中的离子直接与胶核接触，水分子不能直接接触胶核。如氢氧化铝、二氧化硅在水中形成的胶体。(2)亲水性胶体胶核表面存在某些极性基团和水分子亲和力很大，使水分子直接吸附到胶核表面而形成一层水膜的胶体。5、胶体的稳定性胶体的稳定性，指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。稳定因素静电斥力布朗运动水化作用不稳定因素范德华引力布朗运动重力作用胶体的稳定性（1）动力学稳定：是指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。粒子越小，动力学稳定性越高。（2）聚集稳定：指胶体粒子间不能相互聚集的特性。胶体粒子小，比表面积大，故表面能大，在布朗运动作用下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子表面同性电荷的排斥力作用或水化膜的阻碍使这种自发聚集不能发生。★★★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聚集稳定性。混凝处理即是要破坏胶体的聚集稳定性。三、混凝原理根据胶体的特性，在水处理中，采取措施破坏胶体的稳定性。采用的方法：投加电解质投加电荷不同或水化作用不同的胶体或产生此类胶体的电解质投加高分子物质接触凝聚上述投加的物质统称——混凝剂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。（一）双电层压缩机理（二）吸附电中和机理（三）吸附架桥机理（四）沉淀物网捕机理（一）、双电层压缩以疏水性胶体（憎水性胶体）为例当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。向溶液中投加电解质，溶液中离子浓度增加，扩散层的厚度将减小。原因：加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。