第周，第4讲次课程名称：《水质工程学I》要摘第二章混凝S2-1混凝机理32-2混凝剂和助凝剂授课题目（章、节）【目的要求】使学生了解混凝机理，混凝剂和助凝剂的性能作用。【重点】胶体稳定性，混凝机理；混凝动力学，混凝剂性能作用【难点】混凝机理：混凝动力学内容
课程名称：《水质工程学 I》 第 周，第 4 讲次 摘 要 授课题目（章、节） 第二章 混凝 §2—1 混凝机理 §2—2 混凝剂和助凝剂 【目的要求】使学生了解混凝机理，混凝剂和助凝剂的性能作用。 【重 点】胶体稳定性，混凝机理；混凝动力学，混凝剂性能作用 【难 点】混凝机理；混凝动力学 内 容
【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】第2章混凝将不易沉淀的胶体和微粒，用混凝剂进行混凝；形成较大的矾花，再进行沉淀处理，使其由水中去除。2-1混凝机理1、混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。（凝聚：水中胶体失去稳定性的过程混凝：（脱稳）。絮凝：脱稳胶体相互聚集的过程。一、水中胶体的稳定性：1、胶体稳定：凡沉降速度十分缓慢的胶体粒子及微小悬浮物，均认为是稳定的。实验：1μm的粘土沉1cm需2h左右0. 1 μm沉1cm需86hIm μ沉1cm需100年（计算）主要是由于布朗运动对微小粒子沉淀的影响。动力学稳定：颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。2、胶体稳定性分类聚集稳定：胶体粒子间因表面同性电荷相斥或水化膜的阻碍作用大于聚集作用，而使胶体颗粒不能相互聚集的特性。胶体相互聚结的三个不利条件。在物理化学中已讲了胶体的带电性
【本讲课程的引入】 【本讲课程的内容】第 2 章 混凝 将不易沉淀的胶体和微粒，用混凝剂进行混凝；形成较大的矾 花，再进行沉淀处理，使其由水中去除。 2-1 混凝机理 1、混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程。 凝聚：水中胶体失去稳定性的过程 混凝： （脱稳）。 絮凝：脱稳胶体相互聚集的过程。 一、水中胶体的稳定性： 1、胶体稳定：凡沉降速度十分缓慢的胶体粒子及微小悬浮物， 均认为是稳定的。 实验：1μm 的粘土 沉 1 ㎝ 需 2h 左右 0.1μm 沉 1cm 需 86h 1mμ 沉 1cm 需 100 年(计算) 主要是由于布朗运动对微小粒子沉淀的影响。 动力学稳定：颗粒布朗运动对抗重力 2、胶体稳定性分类 影响的能力。 聚集稳定：胶体粒子间因表面同性电 荷相斥或水化膜的阻碍作 用大于聚集作用，而使胶体颗 粒不能相互聚集的特性。 胶体相互聚结的三个不利条件。 在物理化学中已讲了胶体的带电性
②由于电位的存在，胶粒不能聚集。粘土=-15~-40mV;细菌=-30~-70mv;藻类=-10~-15mV。检测电位可用电泳法和激光多普勒电泳法。DE·S2=4元4元m×9×10*VS=DEu一电泳速度（cm/s)E一静电系电势单位（v/cm）/s）①双电层理论：呈现电性的是滑动面中的胶粒。天然水中胶体一般带负电。包括：粘土、细菌、病毒、藻类、腐植物等都呈现胶体性质。+滑动面+d-图15-1-胶体双电层结构示意②由于电位的存在，胶粒不能聚集。粘土=-15~-40mV;细菌=-30~-70mV;藻类=-10~-15mV
②由于ζ电位的存在，胶粒不能聚集。 粘土 ζ=-15～-40mv； 细菌 ζ=-30～-70mv； 藻类 ζ=-10～-15mv。 检测电位可用电泳法和激光多普勒电泳法。 4 = DE u V DE u 4 9 10 4 = u－电泳速度(㎝/s) E － 静电系电势单位（ν/㎝） ／s） ①双电层理论：呈现电性的是滑动面中的胶粒。天然水中胶体 一般带负电。 包括：粘土、细菌、病毒、藻类、腐植物等都呈现胶体性质。 ②由于ζ电位的存在，胶粒不能聚集。 粘土 ζ=-15～-40mv； 细菌 ζ=-30～-70mv； 藻类 ζ=-10～-15mv
检测电位：可用电泳法和激光多普勒电泳法。DE·Su=4元4元×9×10*V=DED一介质的介电常数一介质粘度p（泊）E一电场强度（v/cm）静电系电势单位E（v/cm）1E（v/cm）=300v故上式×9X104V一电动电势（V)。这就是胶团稳定的原因。③两个胶团的相互作用力与距离的关系：存在的力：范德华引力静电斥力9器象a山ah何范(b)图15-2相互作用势能与粒间距离关系（α）双电层重叠；（6）能变化曲线DLVO理论：(Derjagnn）（landon）(Verwey）（Overbeek)认为当双电层发一重叠时
检测电位：可用电泳法和激光多普勒电泳法。 4 = DE u V DE u 4 9 10 4 = D—介质的介电常数 —介质粘度ρ（泊） E—电场强度（v/cm） 静电系电势单位 E （ν/㎝） 1 E （ν/㎝）=300ν 故上式×9×104V ζ—电动电势（V）。 这就是胶团稳定的原因。 ③ 两个胶团的相互作用力与距离的关系： 存在的力：范德华引力 静电斥力 DLVO 理论:(Derjagnn) (landon) (Verwey)(Overbeek) 认为当双电层发一重叠时
i产生静电斥力与X有关用排斥势能Er表示，Er随X增大按指数关系减小，i存在范德华引力X有关用吸引势能EA表示，EA与X的二次方成反比。ii总势能：E=Er+EA当X=oa～oc间时，斥能占优势；当X=ob时，Emax（斥能能峰）最大；当X<oa时,吸引势能占优势，产生聚集。（布朗动力】沉淀一聚凝一布朗动力克服EmaxEmaxDLVO理论与Schulze-Hardy(叔采-哈迪)理论是一致的。iv水化膜作用：某些亲水胶体表面的水化作用是阻止聚集的主要因素。水是极性分子，颗粒表面的极性基团对水分子有强烈的吸附作用，使颗粒周围包裹一层水化膜。水化膜阻碍胶粒相互靠近→使范氏力不能造成颗粒聚集：某些亲水胶体的稳定主要是水化膜作用。二、硫酸铝（铝矾）在水中的化学反应：AI2(SO4)3-18H2O→AI3++0H一→+许多种氢氧化铝离子或氢氧化铝分子及水的配合物等。是一个复杂的过程。表 15-1 铝离子水解平衡常数（25℃）反应式平衡常数（1gK）4.97AP*+H,O- [AI (OH)) ++HAF3*+2HO+ [AI (OH)*+H*-9.3AP++3H:O-AI (OH)3+ 3H-15.0AP++4HO [AI (OH) *+4H23.02AI3++2HO- {Al, (OH),J+++2H7.73A/ + 4H,O- [Al, (OH),)5*+4H"- 13.94AI（OH)，（无定形）A++3OH31.2仅单核的平衡常数
ⅰ产生静电斥力与 X 有关: 用排斥势能 Er 表示, Er 随 X 增大按指数关系减小。 ⅱ存在范德华引力 X 有关: 用吸引势能 EA 表示, EA 与 X 的二次方成反比。 ⅲ总势能：E=Er+EA 当 X=oa～oc 间时，斥能占优势; 当 X=ob 时，Emax（斥能能峰）最大; 当 X<oa 时,吸引势能占优势,产生聚集。 布朗动力↗ 沉淀←聚凝←布朗动力克服 Emax ← Emax↘ DLVO 理论与 Schulze-Hardy(叔采-哈迪)理论是一致的。 ⅳ水化膜作用：某些亲水胶体表面的水化作用是阻止聚集的主要因素。 水是极性分子，颗粒表面的极性基团对水分子有强烈的吸附作用，使颗 粒周围包裹一层水化膜。 水化膜阻碍胶粒相互靠近→ 使范氏力不能造成颗粒聚集：某些亲水胶体 的稳定主要是水化膜作用。 二、 硫酸铝（铝矾）在水中的化学反应： Al2(SO4)3·18H2O → Al3++0H－→许多种 氢氧化铝离子或氢氧化铝分 子及水的配合物等。是一个复杂的过程。 仅单核的平衡常数