水环境化学-水中颗粒物的聚集.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,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,。,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,Inorganic Polymer Flocculants,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,Al,3+,Al(OH),2+,Al(OH),2,+,Al(OH),4,-,初聚物,Al,2,(OH),4,2+,Al,3,(OH),4,5+,低聚物,Al,6,(OH),12,6+,Al,8,(OH),20,4+,高聚物,Al,15,(OH),36,9+,沉淀物,Al(OH),3,n,中聚物,Al,13,(OH),32,7+,Al,13,O,4,(OH),24,7+,Al,x,(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,2Al(OH)(H,2,O),5,2+,(H,2,O),4,AlAl(H,2,O),4,4+,+2H,2,O,水解过程：羟化度升高，电荷降低,Al,3,(OH),4,(H,2,O),10,5+,Al,3,(OH),6,(H,2,O),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,H,2,O H,2,O H,2,O Al(OH),2+,低聚物,高聚物,沉淀物,H,2,O Al,3+,H,2,O,Al(OH),2,+,Al,6,(OH),12,6+,Al,13,(OH),32,7+,Al(OH),3,H,2,O H,2,O H,2,O Al(OH),4,(am),Al,2,(OH),2,4+,OH,-,OH,-,OH,-,OH,-,Al,3+,OH,-,Al(OH),4,+12 Al,toc,Al,12,AlO,4,(OH),24,7+,n Al,13,OH,-,OH,-,OH,-,四面体,八面体,(Al,13,),聚集体,聚十三铝,高纯聚十三铝,(HPAC),的生产,Al(OH),3,凝胶,Ca(AlO,2,),2,HCl T,o,P,喷雾干燥,粉状产品,Al,13,4050%,电解化学工艺,超滤组件工艺,Al,13,80%,Al,13,80%,纳膜分离工艺,纳米技术,Nano-Tech,纳米材料,Nano-material,精细提纯工艺,Al,13,80%,改进化学工艺,Al,13,70%,现有工艺,Al,13,90%,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,d N,d t,=,p,4kTN,2,3,p,有效碰撞系数,k,玻尔兹曼常数，,1.3810,-23,J/K,绝对粘度，,g/,（,cms,）,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,d N,d t,=,4,体积分数,d,颗粒粒径，,m,0,GN,=,6,d,3,N,当水中同时存在两种絮凝过程时，絮凝速率为两者之和：,d N,d t,+,4,0,GN,=,p,4kTN,2,3,当颗粒直径,d1,m,时，异向絮凝可忽略不计；,当颗粒直径,d1,m,时，异向絮凝占重要地位；,若,d=1,m,而,G=10s,-1,，则两种速率相等。,颗粒,絮凝动力学,（,3,）差速沉降絮凝速率,g,重力加速度，,cm/s,2,颗粒密度，,g/cm,3,d N,d t,=,s,g(,1),72,(d,1,+d,2,),3,(d,1,d,2,)N,1,N,2,动力粘度，,cm,3,/s,在絮凝动力学中，颗粒的粒度起着很重要的作用。,颗粒,絮凝动力学,k,b,=,2kT(d,1,+d,2,),2,3,d,1,d,2,异向絮凝,同向絮凝,差速沉降絮凝,k,sh,=,(d,1,+d,2,),3,G,6,1,k,s,=,g(,1),72,(d,1,+d,2,),3,(d,1,d,2,),影响絮凝过程的主要参数是有效碰撞系数（,）、速率梯度（,G,）、颗粒体积分数（,）,颗粒,絮凝动力学,颗粒,絮凝动力学,