水环境化学-水中颗粒物的聚集.ppt

水中颗粒物的聚集 陈悦 胶体颗粒的聚集亦可成为凝聚或絮凝 把由电介质促成的聚集成为凝聚 而由聚合物促成的聚集称为絮凝 水中颗粒物的聚集 胶体颗粒凝聚的基本原理和方式 DLVO理论 典型胶体的相互作用是以胶体稳定性理论 DLVO理论 为定量基础 DLVO理论把范得华吸引力和扩散层排斥力考虑为仅有的作用因素 它适用于没有化学专属吸附作用的电解质溶液中 而且假设颗粒的粒度均等 球体形状的理想状态 水中颗粒物的聚集 胶体颗粒凝聚的基本原理和方式 水中颗粒物的聚集 DLVO理论 典型胶体的相互作用是以胶体稳定性理论 DLVO理论 为定量基础 这种颗粒在溶液中进行热运动 其平均功能为3kT 2 两颗粒在相互作用接近时产生几种作用力 即多分子范德华力 静电排斥力和水化膜阻力 总的综合作用位能为 VT VR VAVA 由范德华力所产生的位能VR 由静电排斥力所产生的位能 DLVO理论 双电层 溶液离子强度较小 出现较大的位能峰 Vmax 排斥作用占较大优势 体系保持分散稳定状态 总的综合作用位能为 VT VR VAVA 由范德华力所产生的位能VR 由静电排斥力所产生的位能 DLVO理论 双电层 溶液离子强度增大 Vmax下降甚至完全消失 颗粒超过位能峰后 吸引力占优势 颗粒继续接近 达到综合位能曲线上近距离的极小值时 两颗颗粒结合在一起 DLVO理论 双电层 电解质浓度升高压缩扩散层造成颗粒凝聚的典型情况 即一种理想化的最简单的体系 不适用与天然水或其他实际体系 异体凝聚理论 1 使用体系 适用于处理物质本性不同 粒径不同 电荷符号不同 电位高低不等之类的分散体系 2 主要论点 如果两颗电荷符号相异的胶体微粒接近时 吸引力总是占优势 如果两颗电荷符号相同但电性强弱不等 则位能曲线上的能峰高度总是取决于荷电较弱而点位较低的一方 异体凝聚理论 天然水环境和水处理过程中的颗粒聚集方式 1 压缩双电层凝聚 2 专属吸附凝聚 3 专属吸附凝聚 4 专属吸附凝聚 5 第二极小值絮凝 6 聚合物粘结架桥絮凝 7 无机高分子絮凝 8 絮团卷扫絮凝 9 颗粒层吸附絮凝 10 生物絮凝 混凝 混和 凝聚 絮凝 吸附 混和 电中和凝聚 絮凝絮体 絮团 投药 分离 颗粒物 混凝剂絮凝剂 n n n n n n n n 纳米 分子污染物 无机高分子絮凝剂InorganicPolymerFlocculants 阳离子型聚合氯化铝PAC PACl聚合硫酸铝PAS聚合硫酸铁PFS聚合氯化铁PFC聚合磷酸铝PAP聚合磷酸铁PFP阴离子型聚合硅酸PSi 活化硅酸 ASi 复合絮凝剂聚合硫酸铝铁PAFS聚合氯化铝铁PAFC聚合硅酸铝PASI聚合硅酸铁PFSI聚合硅酸铝铁PAFSI无机 有机复合型聚合铝 聚丙烯酰胺聚合铝 甲壳素聚合铝 合成有机高分子 Al III 的羟基聚合形态 水解 络合 聚合 溶胶 沉淀 中间产物 多核羟基络合物无机高分子 单核物Al3 Al OH 2 Al OH 2 Al OH 4 初聚物Al2 OH 42 Al3 OH 45 低聚物Al6 OH 126 Al8 OH 204 高聚物Al15 OH 369 沉淀物 Al OH 3 n 中聚物Al13 OH 327 Al13O4 OH 247 Alx OH y 3x y Al III 聚合态的六元环连续模型 聚合过程 聚合度升高 电荷升高2 Al OH H2O 5 2 H2O 4AlAl H2O 4 4 2H2O水解过程 羟化度升高 电荷降低 Al3 OH 4 H2O 10 5 Al3 OH 6 H2O 8 3 2H Al III 羟基聚合物的双水解模式 自发水解 强制水解 微区加强碱 铝盐溶解 稀释 单核物 初聚物H2OH2OH2OAl OH 2 低聚物高聚物沉淀物H2OAl3 H2O Al OH 2 Al6 OH 126 Al13 OH 327 Al OH 3H2OH2OH2OAl OH 4 am Al2 OH 24 OH OH OH OH Al3 OH Al OH 4 12Altoc Al12AlO4 OH 247 nAl13OH OH OH 四面体八面体 Al13 聚集体 聚十三铝 高纯聚十三铝 HPAC 的生产 Al OH 3凝胶Ca AlO2 2 HClTo P 喷雾干燥 粉状产品 Al1340 50 电解化学工艺 超滤组件工艺 Al13 80 Al1380 纳膜分离工艺 纳米技术Nano Tech纳米材料Nano material 精细提纯工艺 Al1380 改进化学工艺 Al1370 现有工艺 Al1390 胶体颗粒聚集 胶体颗粒聚集 热力学因素 扩散层压缩 表面电位降低 排斥力减小 产生具有远距离吸引力以及存在粘结架桥物质 动力学因素 颗粒之间必须发生碰撞 颗粒絮凝动力学 根据碰撞过程的不同有三种情况 1 异向絮凝 由颗粒的热运动即布朗运动推动下发生碰撞引起 2 同向絮凝 在水流速率梯度 G 的剪切作用下 颗粒产生不同的速率而发生碰撞和絮凝 3 差速沉降絮凝 在重力作用下 沉降速率不同颗粒发生碰撞而絮凝 颗粒絮凝动力学 1 异向絮凝速率 dN dt p 4kTN2 3 絮凝速率与颗粒数目的平方成比例 颗粒絮凝动力学 2 同向絮凝速率 dN dt 4 0 GN 当水中同时存在两种絮凝过程时 絮凝速率为两者之和 当颗粒直径d 1 m时 异向絮凝可忽略不计 当颗粒直径d 1 m时 异向絮凝占重要地位 若d 1 m而G 10s 1 则两种