膠體結構和性質

01 膠體結構

膠體結構從内往外依次為膠核、電位離子層、反離子層（束縛反離子層、自由反離子層）。

膠核：由不溶于水的顆粒物構成，可吸附一定量帶電荷的離子，吸附的離子數量和電性就決定膠體的電性。

電位離子層：由膠核吸附的離子層。

反離子層：為保持膠體粒子的電中性而吸附的和電位離子層電性相反，電量相等的離子層。

束縛反離子和自由反離子層共同構成反離子層。

02 膠體性質

布朗運動：膠體具有布朗運動的特性，會做不規則熱運動，因此膠體間難以凝聚。

水化作用：膠體可發生水化作用形成水化殼，這也阻礙了膠粒的聚并。

表面帶電：膠體表面帶相同電荷，之間的靜電斥力阻止微粒間彼此接近。

混凝機理

01 混凝作用原理

混凝就是指膠體的凝聚和虛絮凝過程。膠體微粒具有穩定性，可在水中長時間保持分散狀态，若想去除水中膠體污染物，首先需使膠體凝聚脫穩，繼而絮凝沉澱。

凝聚：膠體雙電層被壓縮而脫穩的過程。

絮凝：僅指膠體脫穩後借助于長鍊高分子聚合物的吸附架橋作用聚結成大顆粒絮體的階段。水的混凝就包括絮凝和凝聚。

電性中和與壓縮雙電層作用：投加電解質（混凝劑）增加水相主體中的離子強度，使膠體的電位離子得以電性中和，擴散層被壓縮，消除或降低ζ電位，使膠體失去穩定性而相互碰撞凝聚。

共沉澱作用：當采用硫酸鋁、石灰或氯化鐵等高價金屬鹽類做混凝劑時，加入水中後，本身得以水解，當投加量達到某一臨界值時，其水解産物迅速析出沉澱，水中膠體和細小懸浮物可被這些沉澱物在形成時作為晶核或吸附網捕，随沉澱物共同沉澱。由于廢水中膠體多帶負電荷，故混凝劑若帶正電荷更能加快網捕速度（投加量并非越多越好）。

高分子橋連作用：鍊狀高分子聚合物分子上具有可與膠體微粒表面某些部位起作用的活性基團，在靜電引力，範德華力，氫鍵力，配位鍵等作用下，水中膠體被吸附在這些基團上。

高分子混凝劑投加量，攪拌時間，攪拌強度均有嚴格要求。投加量過大，膠體會被若幹高分子鍊包圍，造成膠體表面飽和而産生複穩現象。

去溶劑化作用：對于親水性膠體，設法去除其外層水化膜即可壓縮擴散層，進而壓縮雙電層，使膠體脫穩。

02 混凝反應過程

加藥：

①幹法加藥：藥劑直接投放到廢水中，投配量較難控制，對攪拌機要求高。

②濕法加藥：藥劑配成溶液，再将溶液與廢水混合。

混合：藥劑投入廢水中後，發生水解并産生異電荷膠體，與水中膠體和懸浮物接觸形成細小絮凝體過程。（礬花狀态）

反應：細小礬花絮體→大絮體。混合完成後，水中已産生細小絮體，但還未達到自然沉降的粒度，因此需要在反應池内使小絮體逐漸絮凝成大絮體以便沉降。

沉澱：泥水分離。

混凝影響因素

01 水溫

無機混凝劑水解為吸熱反應，溫度太低不利于水解從而影響混凝。

02 PH

根據不同混凝劑而定。

03 廢水濁度

濁度影響混凝劑用量和投加方式。濁度過低時可采用人工緻濁。

04 混凝劑

當廢水濁度較低時，先加入無機混凝劑再投加适量有機高分子混凝劑；濁度較高則先投加有機高分子混凝劑。

05 共存雜質

無機金屬鹽類（除硫、磷化合物）均能促進膠體凝聚，而有些雜質如磷酸根離子、亞硫酸根離子、高級有機酸離子都會阻礙高分子凝聚，一些螯合物、水溶性高分子物質和表面活性劑則對混凝不利。

06 水力條件

在混合階段，要求混凝劑迅速均勻地擴散到水相中，因此在這階段速度梯度G宜控制在500~1000/s範圍内，攪拌時間控制在1min内。

在反應階段，攪拌強度應随着絮體的長大而降低，以防将長大的絮體打碎，G控制在30~60/s，GT控制在104-105範圍内，攪拌時間在15~30min範圍為宜。

常用混凝藥劑和設備

01 混凝藥劑

凝聚劑

無機鹽化合物，可分為陰離子型凝聚劑和陽離子型凝聚劑。

由于廢水中膠體通常帶負電，因此凝聚劑常使用陽離子型。陽離子凝聚劑又可分為無機鹽類、聚合無機鹽類和金屬氫氧化物三大類。

絮凝劑

高分子化合物，可分為有機高分子絮凝劑、生物絮凝劑。

有機高分子絮凝劑按來源可分為天然和人工兩大類。人工有機高分子絮凝劑有可分為陽離子型、陰離子型、兩性離子型和非離子型四大類。

02 混凝裝置

藥劑所需設備

配藥桶：用于藥劑的溶解，儲存。

藥劑攪拌裝置：常用攪拌方式有機械攪拌、壓縮空氣攪拌、水力攪拌。

機械攪拌：使用攪拌器，适用于各種不同藥劑和各種規模水廠攪拌器葉徑和長度依配藥桶尺寸而定。

壓縮空氣攪拌：使用曝氣裝置，适用于較大水廠和各種藥劑。

水力攪拌：利用出水水壓節省電機，溶藥池需為3倍藥劑量，壓力水水壓約為0.2MPa。

加藥設備

重力投加：建造高位溶液池，利用重力作用将藥液投入水内。

加藥泵投加：泵直接從藥桶裡吸取藥液，加入壓力管。

水射器投加：利用高壓水在水射器噴灌處形成的負壓将藥液吸入并将藥液射入壓力水管，水射器可同時做藥液混合使用。

03 常用混合裝置

靜态混合器

渦流混合池

機械攪拌混合池

04 常用反應裝置

隔闆反應池

旋流式反應池

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