8.4 胶体的稳定性和聚沉作用 8.4.1 溶胶的稳定 根据胶体的各种性质。溶胶稳定的原因可归纳为: (1) 溶胶的动力稳定性 胶粒因颗粒很小，布朗运动较强，能克服重力影响不下沉而保持均匀分散。这种性质称为溶胶的动力稳定性。影响溶胶动力稳定性的主要因素是分散度。分散度越大，颗粒越小，布朗运动越剧烈，扩散能力越强，动力稳定性就越大，胶粒越不溶易下沉。此外分散介质的粘度越大，胶粒与分散介质的密度差越小，溶胶的动力稳定性也越大，胶粒也越不溶易下沉。 (2) 胶粒带电的稳定作用 下图表示的是一个个胶团。蓝色虚线圆是扩散层的边界，虚线圆以外没有净电荷， 呈电中性。因此，当两个胶团不重迭时，如左图，它们之间没有静电作用力，只有胶粒间的引力，这种引力与它们之间距离的三次方成反比，这和分子之间的作用力（分子之间的作用力与分子之间距离的六次方成反比）相比，是一种远程力，这种远程力驱使胶 团互相靠近。当两个胶团重迭时，如右图，它们之间就产生静电排斥力。重叠越多，静电排斥力越大。如果静电排斥力大于胶粒之间的吸引力，两胶粒相撞后又分开，保持了溶胶的稳定。胶粒必须带有一定的电荷才具有足够的静电排斥力，而胶粒的带电量与ζ电势的绝对值成正比。因此，胶粒具有一定的ζ电势是胶粒稳定的主要原因。 (3) 溶剂化的稳定作用 物质和溶剂之间所起的化合作用称为溶剂化，溶剂若为水，则称水化。憎液溶胶的胶核是憎水的，但它吸附的离子都是水化的，因此增加了胶粒的稳定性。由于紧密层和分散 层中的离子都是水化的，这样在胶粒周围形成了水化层。实验证明，水化层具有定向排列 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － 胶核 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ － － － － － － － － 胶核
第十五章混凝 思考题 1、何谓胶体稳定性？试用胶粒间互相作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。 答：胶体稳定性是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。原因P255最后一段。 2、混凝过程中，压缩双电层和吸附-电中和作用有何区别？简要叙述硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系。 答：压缩双电层机理：由胶体粒子的双电层结构可知，反离子的浓度在胶粒表面处最大， 并沿着胶粒表面向外的距离呈递减分布,最终与溶液中离子浓度相等。当向溶液中投加电解 质，使溶液中离子浓度增高，则扩散层的厚度减小。该过程的实质是加入的反离子与扩散层 原有反离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。 由于扩散层厚度的减小，电位相应降低，因此胶粒间的相互排斥力也减少。另一方面， 由于扩散层减薄，它们相撞时的距离也减少，因此相互间的吸引力相应变大。从而其排斥力 与吸引力的合力由斥力为主变成以引力为主(排斥势能消失了)，胶粒得以迅速凝聚。 吸附-电中和机理：胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分子带异号电荷的部 位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷，减少了静电斥力，降低 了ξ电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。此时静电引力常是这些作用的主要方面。上面提 到的三价铝盐或铁盐混凝剂投量过多，凝聚效果反而下降的现象，可以用本机理解释。因为 胶粒吸附了过多的反离子，使原来的电荷变号，排斥力变大，从而发生了再稳现象。 硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系：Ph<3时，压缩扩散双电层作用。 Ph>3时,吸附-电中和作用。Ph>3时水中便出现聚合离子及多核羟基配合物，这些物质会吸附在胶核表面，分子量越大，吸附作用越强。 3,高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？ 答：在废水处理中，对高分子絮凝剂投加量及搅拌时间和强度都应严格控制，如投加量 过大时，一开始微粒就被若干高分子链包围，而无空白部位去吸附其他的高分子链，结果造 成胶粒表面饱和产生再稳现象。已经架桥絮凝的胶粒，如受到剧烈的长时间的搅拌，架桥聚 合物可能从另一胶粒表面脱开，重又卷回原所在胶粒表面，造成再稳定状态。 4、目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点？ 答：铝系：硫酸铝明矾聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（PAS） 铁系：三氯化铁硫酸亚铁聚合硫酸铁（PFS）聚合氯化铁（PFC） 有机高分子混凝剂：聚丙烯酰胺（PAM）
思考题 1.何谓胶体稳定性？试用胶粒间互相作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。 答：胶体稳定性是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。胶体稳定性分” 动力学稳定”和’聚集稳定”两种。动力学稳定性系指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力，粒 子愈小，动力学稳定性愈高。聚集稳定性系指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。胶体粒子 很小，比表面积大从而表面能很大，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斥力作用或水化膜的阻碍使这种自发聚集不能发生。胶体稳定性，关键在于聚集稳定性。对憎水胶体而言，聚集稳定性主要决定于胶体颗粒表面的动电位即ζ电 位，ζ电位愈高，同性电荷斥力愈大。虽然胶体的ζ电位是导致聚集稳定性的直接原因，但 研究方法却可从两胶粒之间相互作用力及其与两胶粒之间的距离关系来评价。DLVO理论认为，当两个胶粒相互接近以致双电层发生重叠时，便产生静电斥力, 其与两胶粒表面间距x 有关，用排斥势能ER表示，排斥势能随x 增大而指数关系减小。相互接近的两胶粒之间同 时还存在范德华引力，用吸引势能EA表示，与 x 成反比。当 0a
胶体溶液的稳定性 胶体分散系统的稳定性主要取决于水化作用与胶粒的电荷二因素，现将亲水胶和疏水胶的稳定性分别讨论如下： （a）亲水胶体的稳定性 主要靠其强的溶剂化作用与胶粒的水化层。由于胶粒周围的水化层阻碍了粒子的相互聚结，水化层越厚，稳定性越大。因此，凡能破坏胶粒水化层的因素，均能引起亲水胶体的不稳定。如在亲水胶体中添加少量电解质时，不会因相反电荷的离子作用而引起凝结。一旦水化层被除去，形成了疏水胶粒后，则很容易发生凝结面析出沉淀。例如阿拉伯胶、琼脂等胶液中添加乙醇脱水后，胶粒失去水化层，遇阳离子即发生凝结。同样，若在亲水胶体中加入大量电解质，由于电解质离子本身具强烈的水化性质，加入后，脱掉了胶粒的水化层，也必引起凝结与沉淀。此作用称为盐析。 在亲水胶体中加入大量乙醇、丙酮、糖浆等脱水剂，亦可使溶剂化了的胶粒水化层破坏，脱水而析出。或者虽未析出，但对电解质的敏感性增加而更易盐析。亲水胶体若久经光、热、空气等影响而发生化学变化，其变化产物又具有较小的溶解度时，也会出现凝结现象。如在胶体溶液中加入不相混合的液体后通电，或猛烈振摇，或煮沸、冰冻时，均能产生部分或全部胶粒的凝结。紫外线与X射线亦能使胶液对电解质敏感。 （b））疏水胶体的稳定性 由于其胶粒不能水化而主要靠粒子表面带相同电荷，互相排斥才免于凝结而得稳定。但疏水胶粒只有在构成吸附层的吸附离子和部分异性离子存在时才能带电而具一定程度稳定性。若将疏液胶体（一般指溶胶）中少量电解质用透析法除去，胶粒失去电荷，胶体就产生凝结而沉淀。因此，胶体中必须有少量电解质的存在作稳定剂，其正负电荷组成胶粒的双电层结构，使疏水胶粒带一定量电荷而达到一定程度的稳定作用。电解质的加入量必须适当，若加入过多，随着外加离子浓度的增加，可将原来分布在扩散层中的异性离子挤到吸附层中，使其离予吸附层较远的扩散层中异性离子向吸附层靠近，使扩散层逐渐变薄，降低了起稳定作用的电位。当电位降至临界值下，胶粒发生凝结。可见溶胶对电解质是敏感的。
1. 何谓胶体稳定性？试用胶粒间相互作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。 2. 混凝过程中，压缩双电层何吸附－电中和作用有何区别？简要叙述硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系。 3. 高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？ 4.为什么有时需要将PAM在碱化条件下水解成HPAM？PAM水解度是何涵义？一般要求水解度为多少？ 5.混凝控制指标有哪几种？为什么要重视混凝控制指标的研究？你认为合理的 控制指标应如何确定？ 6.混合和絮凝反应同样都是解决搅拌问题，它们对搅拌有何不同？为什么？ 7.根据反应器原理，什么形式的絮凝池效果较好？折板絮凝池混凝效果为什么优于隔板絮凝池？ 8.采用机械絮凝池时，为什么要采用3～4档搅拌机且各档之间需用隔墙分开？ 9.试述给水混凝与生活污水及工业废水混凝各自的特点。 10.某粗制硫酸铝含Al2O315％、不溶解杂质30％，问：(1)商品里面Al2(SO4)3和溶解杂质各占的百分数；(2)如果水中加1克这种商品，计算在水中产生的 Al(OH)3、不溶解杂质和溶解的杂质分别重多少？ 11.For a flow of 13500 m3/d containing 55mg/L of suspended solids, ferric sulfate is used as a coagulant at a dose of 50mg/L (a) Assuming that there is little alkalinity in the water, what is the daily lime dose? (b) If the sedimentation basin removes 90% of the solids entering it, what is the daily solids production from the sedimentation basin? 12.隔板絮凝池设计流量75000m3/d。絮凝池有效容积为1100m3。絮凝池总水头损失为0.26m。求絮凝池总的平均速度梯度G值和T G值各为多少？（水厂自用水量按5%计） 13.某机械絮凝池分成3格。每格有效尺寸为2.6m（宽）?2.6m（长）?4.2m（深）。每格设一台垂直轴桨板搅拌器，构造按图15-21，设计各部分尺寸为：r2=1050mm；桨板长1400mm，宽120mm；r0=525mm。叶轮中心点旋转线速度为：第一格v1=0.5m/s 第二格v2=0.32m/s 第三格v3=0.2m/s 求：3台搅拌器所需搅拌功率及相应的平均速度梯度G值（水温按20℃计算）14. 当硫酸铝投加量为20毫克/升（商品重），消毒加氯量为5毫克/升，水厂产水量为10000米3/日，一级和二级泵房总提升高度为60米，试计算每日所耗药费和电费，又每千吨水的药费和电费为多少？（每吨硫酸铝和液氯分别按350
《给水工程》试卷（1）一、填空题（每空1 分，共16 分） 1．水中两胶体微粒间距大于两胶体微粒半径之和时，表现为，两胶体微粒间距小于两胶体微粒半径之和时，表现为。当其间距越过排斥能峰时，则两胶粒间占优势。 2．臭氧比氯消毒杀菌作用，由于臭氧在水中很，经过臭氧消毒的自来水通常在其进入管网前以维持水中一定的消毒剂剩余水平。 3．混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有3 种：、 和。 4．直接过滤有两种方式，分别是和。 5．给水处理中常遇到的两种沉淀类型是和。 6．当水中存在氨氮时与无氨氮时相比，加氯消毒作用过程不同，水中存在氨氮时消毒作用比较、需接触时间，强度亦有所。 二、选择题（每题2 分，共20 分） 1．平流式沉淀池的处理流量为15000m 3 /d，水厂自用水量按5%计，颗粒截留沉速为0.7mm/s，其表面负荷约为（）m 3 /（m 2 ·d）。 A、110 B、600 C、16.8 D、60.5 2．水泵混合的条件是（）。 A、混合均匀 B、取水泵房距水厂500 米； C、取水泵房距水厂300 米 D、取水泵房距水厂150 米。 3．对一般浊度的原水所采用的常规处理方法是（）。 A、混凝、沉淀、过滤、消毒 B、混凝、气浮、沉淀、消毒 C、预沉、氧化、澄清、二沉 D、预沉、混凝、过滤、吸附 4．滤料的K 80 系数越大说明滤料（），对（）。 A、组成越均匀；过滤越有利 B、组成越不均匀；过滤和冲洗越不利 C、厚度越大；冲洗和过滤越不利 D、厚度越小；冲洗越不利 5．某一水厂的快滤池正常滤速为8m/h，若要求强制滤速达到12m/h，则滤池最少为（）个。 A、2 B、3 C、5 D、6 页1 第 6．硫酸铝混凝剂适用的pH 值范围比三价铁盐（）。处理低温低浊水时三氯化铁的效果（）硫酸铝。 A、窄；不如 B、宽；相当于 C、宽；远不如 D、窄；优于 7．滤池的滤速是指（）。 A、过滤水在滤料中的流速 B、过滤水在滤料孔隙中的流速 C、单位面积滤层上所承担的过滤水量 D、清洁滤料的流速 8．目前在絮凝阶段通常以（）作为控制指标。 A、水头损失和时间 B、最高水位和速度梯度 C、G、GT 值 D、G 值和水头损失9．机械搅拌（加速）澄清池主要由（）组成。 A、第一絮凝室、第二絮凝室和分离 B、第一絮凝室、第二絮凝室和导流室 C、第一絮凝室、导流室和分离室 D、
胶体的稳定性和聚沉作用 摘要：化学物品胶体已经广泛应用于现代生活，了解胶体的稳定性和聚沉作用对于我们高效利用有很大帮助。 关键词：稳定性胶体聚沉电解质 溶胶的稳定 根据胶体的各种性质。溶胶稳定的原因可归纳为: （1）溶胶的动力稳定性 胶粒因颗粒很小，布朗运动较强，能克服重力影响不下沉而保持均匀分散。这种性质称为溶胶的动力稳定性。影响溶胶动力稳定性的主要因素是分散度。分散度越大，颗粒越小，布朗运动越剧烈，扩散能力越强，动力稳定性就越大，胶粒越不溶易下沉。此外分散介质的粘度越大，胶粒与分散介质的密度差越小，溶胶的动力稳定性也越大，胶粒也越不溶易下沉。 (2) 胶粒带电的稳定作用 下图表示的是一个个胶团。蓝色虚线圆是扩散层的边界，虚线圆以外没有净电荷，呈电中性。因此，当两个胶团不重迭时，如左图，它们之间没有静电作用力，只有胶粒间的引力，这种引力与它们之间距离的三次方成反比，这和分子之间的作用力（分子之间的作用力与分子之间距离的六次方成反比）相比，是一种
远程力，这种远程力驱使胶 团互相靠近。当两个胶团重迭时，如右图，它们之间就产生静电排斥力。重叠越多，静电排斥力越大。如果静电排斥力大于胶粒之间的吸引力，两胶粒相撞后又分开，保持了溶胶的稳定。胶粒必须带有一定的电荷才具有足够的静电排斥力，而胶粒的带电量与ζ电势的绝对值成正比。因此，胶粒具有一定的ζ电势是胶粒稳定的主要原因。 (3) 溶剂化的稳定作用 物质和溶剂之间所起的化合作用称为溶剂化，溶剂若为水，则称水化。憎液溶胶的胶核是憎水的，但它吸附的离子都是水化的，因此增加了胶粒的稳定性。由于紧密层和分散层中的离子都是水化的，这样在胶粒周围形成了水化层。实验证明，水化层具有定向排列结构，当胶粒接近时，水化层被挤压变形，它有力图恢复定向排列结构的能力，使水化层具有弹性，这成了胶粒接近时的机械阻力，防止了溶胶的聚沉。 以上影响溶胶稳定的三种因素中，尤以带电因素最重要。 溶胶的聚沉 溶胶中的分散相颗粒相互聚结而变大，以至最后发生沉降的现象称为聚沉。一般ζ电势的绝对值大于0.03伏时，溶胶是稳定的。造成溶胶聚沉的因素很多，如浓度、温度、光的作用、搅拌、外加电解质、胶体相互作用和高分子化合物的作用等，其中尤以外加电解质和胶体相互作用最为重要。
十四章： 1、水中杂质按尺寸大小可分成几类？了解各类杂质主要来源、特点及一般去除方法。 答：水中杂质按尺寸大小可分成三类： １）悬浮物和胶体杂质： 悬浮物尺寸较大，易于在水中下沉或上浮。但胶体颗粒尺寸很小，在水中长期静置也难下沉，水中所存在的胶体通常有粘土、某些细菌及病毒、腐殖质及蛋白质等。有机高分子物质通常也属于胶体一类。天然水中的胶体一般带有负电荷，有时也含有少量正电荷的金属氢氧化物胶体。 粒径大于０.1mm的泥砂去除较易，通常在水中很快下沉。而粒径较小的悬浮物和胶体物质，须投加混凝剂方可去除。 ２）溶解杂质，分为有机物和无机物两类。它们与水所构成的均相体系，外观透明，属于真溶液。但有的无机溶解物可使水产生色、臭、味。无机溶解杂质主要的某些工业用水的去除对象，但有毒、有害无机溶解物也是生活饮用水的去除对象。有机溶解物主要来源于水源污染，也有天然存在的。 3、了解《生活饮用水卫生标准》中各项指标的意义。(7’) 答：在《标准》中所列的水质项目可分成以下几类。一类属于感官性状方面的要求，如不的水度、色度、臭和味以及肉眼可见物等。第二类是对人体健康有益但不希望过量的化学物质。第三类是对人体健康无益但一般情况下毒性也很低的物质。第四类有毒物质。第五类细菌学指标，目前仅列细菌总数、总大肠菌数
和余氯三项。 4、反应器原理用于水处理有何作用和特点？(7’) 答：反应器是化工生产过程中的核心部分.在反应器中所进行的过程,既有化学反应过程,又有物理过程,影响因素复杂。在水处理方面引入反应器理论推动了水处理工艺发展。在化工生产过程中，反应器只作为化学反应设备来独立研究，但在水处理中，含义较广泛。许多水处理设备与池子都可作为反应器来进行分析研究，包括化学反应、生物化学反应以至物理过程等。例如，不的氯化消毒池，除铁、除锰滤池、生物滤池、絮凝池、沉淀池等等，甚至一段河流自净过程都可应用反应器原理和方法进行分析、研究。 9、PF型和CMB型反应器为什么效果相同？两者优缺点比较。 答：在推流型反应器的起端（或开始阶段），物料是在C0的高浓度下进行的，反应速度很快。沿着液流方向，随着流程增加（或反应时间的延续），物料浓度逐渐降低，反应速度也随之逐渐减小。这也间歇式反应器的反应过程是完全一样的。介它优于间歇式反应器的在于：间歇式反应器除了反应时间以外，还需考虑投料和卸料时间，而推流型反应器为连续操作。 11、何谓“纵向分散模型”？纵向分散模型对水处理设备的分析研究有何作用？(7’) 答：纵向分散模型就是在推流型基础上加上一个纵向的混合，而这种混合又可设想为一种扩散所引起的，其中既包括分子
水质工程学1第二次 作业
思考题 1.何谓胶体稳定性？试用胶粒间互相作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。 答：胶体稳定性是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。胶体稳定性分”动力学稳定”和’聚集稳定”两种。动力学稳定性系指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力，粒子愈小，动力学稳定性愈高。聚集稳定性系指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。胶体粒子很小，比表面积大从而表面能很大，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斥力作用或水化膜的阻碍使这种自发聚集不能发生。胶体稳定性，关键在于聚集稳定性。 对憎水胶体而言，聚集稳定性主要决定于胶体颗粒表面的动电位即ζ电位，ζ电位愈高，同性电荷斥力愈大。虽然胶体的ζ电位是导致聚集稳定性的直接原因，但研究方法却可从两胶粒之间相互作用力及其与两胶粒之间的距离关系来评价。DLVO 理论认为，当两个胶粒相互接近以致双电层发生重叠时，便产生静电斥力,其与两胶粒表面间距x 有关，用排斥势能ER 表示，排斥势能随x 增大而指数关系减小。相互接近的两胶粒之间同时还存在范德华引力，用吸引势能EA 表示，与x 成反比。当0a
65 胶体稳定性的DLVO 理论 胶体(憎液溶胶)是一个高度分散的系统，它有很大的表面自由能，且具有自发降低表面自由能的倾向，这就是说，在本质上，憎液溶液胶属于热力学不稳定系统。某些物理条件的改变，特别是电解质的加入，会显著地影响它的稳定性，使它聚集而沉淀。早在一个世纪前，Schulze(舒尔茨)和Hardy(哈迪)就经验发现，异号离子的电荷数对溶胶的聚沉影响很大。电荷数(价数)愈高，聚沉能力愈大。如果将使溶胶聚沉的电解质最低浓度称为聚沉值，则一价、二价和三价异号离子的聚沉值之比约为66)31(:)21(:1，这个规律称为Schulze —Hardy 规则。怎样解释这个规则，就成了胶体稳定性理论必须面对的首要任务。直到上个世纪的四十年代，这个问题才被两位前苏联学者Дерягин(杰里亚金)、Ландау(朗道)和两位荷兰学者Verwey(弗威)和Overbeek(奥弗比克)所解决，因此，称为DLVO 理论。本专题就专门来介绍这个理论。鉴于理论是建立在数学解析的基础上，下面的介绍只取推导的结果，而将介绍的重心放在物理意义上。 1．DLVO 理论 这个理论完全着眼于溶胶粒子的作用势能与粒子间距的关系。认为粒子间存在着两个相互制约的作用力，一是van der Waals 引力，它要使粒子兼并而聚沉。另一是扩散双电层重迭所引起的静电斥力，它是维护溶胶稳定的原因。因此，溶胶是否能够相对地稳定就取决于这两种力谁占据优势，DLVO 理论的首要任务便是分别计算粒子之间的引力和斥力势能与粒子间距的定量关系。 (1) 粒子间的van der Waals 引力势能 如所周知，分子之间是存在短程的van der Waals 引力的，这种力的大小与分子间距的7次方成反比。它包括分子间的偶极—偶极作用，偶极与诱导偶极的作用和分子间的色散作用。后者亦称London 力，在胶体中常常起着主要的作用，量子力学算得，London 力的引力势能与分子间距的关系可由下式表示 662A 4 3???=?=x x h V βνα (65-1) 式中h 为Planck 常数, ν为分子的特征振动频率，α为分子的极化率，x 为分子间距，负号表示吸引。由于νh 近似地等于分子的解离势，故可近似认为β具有简单的加和性。 1937年，Hamaker(哈梅克)假设溶胶粒子间的引力势能等于一个粒子中的任意一个分子与另一粒子中的任意分子之间的引力势能的加和。从而导得溶胶粒子间的引力势能表示式为 H Ar V 12A ?= (65-2) 式中r 为粒子半径，H 为粒子表面间的最短距离，A 为物性常数，称为Hamaker 常数。不过，式(65-2)只适用于r H <<的情况，由式(65-2)可见，对于指定得溶胶，离子间的引力势能仅与粒子和粒子间的几何因素有关，而且导得的粒子间引力势能随距离增大的衰减要比式（65-1）所示的慢得多。 现在的关键在于Hamaker 常数A 的确定和计算。原则上，有两种计算方法：一是微观法，即根据溶胶粒子所含的分子或原子数，以及它们的解离势和极化率等微观性质，按粒子
水质工程学1第二次作业 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
思考题 1.何谓胶体稳定性？试用胶粒间互相作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。 答：胶体稳定性是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。胶体稳定性分”动力学稳定”和’聚集稳定”两种。动力学稳定性系指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力，粒子愈小，动力学稳定性愈高。聚集稳定性系指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。胶体粒子很小，比表面积大从而表面能很大，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斥力作用或水化膜的阻碍使这种自发聚集不能发生。胶体稳定性，关键在于聚集稳定性。 对憎水胶体而言，聚集稳定性主要决定于胶体颗粒表面的动电位即ζ电位，ζ电位愈高，同性电荷斥力愈大。虽然胶体的ζ电位是导致聚集稳定性的直接原因，但研究方法却可从两胶粒之间相互作用力及其与两胶粒之间的距离关系来评价。DLVO 理论认为，当两个胶粒相互接近以致双电层发生重叠时，便产生静电斥力,其与两胶粒表面间距x 有关，用排斥势能ER 表示，排斥势能随x 增大而指数关系减小。相互接近的两胶粒之间同时还存在范德华引力，用吸引势能EA 表示，与x 成反比。当0a
第一章给水系统 1.由高地水库供水给城市，如按水源和供水方式考虑，应属于哪类 给水系统？ 水源方式属于地表水给水系统，按供水方式属于自流给水系统。 2.给水系统中投资最大的是哪一部分，试行分析。 输配水系统。 3.给水系统是否必须包括取水构筑物、水处理构筑物、泵站、输水 管和管网、调节构筑物等，哪种情况下可省去其中一部分设施？ 不是。 大城市通常不设调节构筑物；地下水水质好可以省略水处理构筑物；水源处于适当高程，可以省去一级泵站或二级泵站或同时省去；城市附近山上有泉水时，可建泉室供水系统不设泵站。 4.什么是统一给水、分质给水和分压给水，哪种系统目前用得最多？ 统一给水：用同一系统供应生活、生产和消防等各种用水。 分质给水：水源经不同的水处理过程和管网，将不同水质的水供给各类用户。 分压给水：根据水压要求不同而供水。 用得最多的是统一给水系统。 5.水源对给水系统布置有哪些影响？ ①当地有丰富的地下水，可在城市上游或给水区内开凿管井或大 口井。 ②水源处于适当高程，能重力输水，可省去泵站；有泉水的，可
建泉室。 ③地表水为水源时，上游取水，加以处理。 ④水源丰富，随用水量增长而发展为多水源给水系统。 ⑤枯水季节、地下水位下降、海水倒灌时，采用跨流域、远距离 取水方式。 6.工业给水有哪些系统，各适用于何种情况？ ①循环给水系统，火力发电、冶金、化工等冷却水用量大的企业 中。 ②复用给水系统，适用于在车间排出的水可不经过处理或略加处 理就可供其它车间使用的情况。 7.工业用水量平衡图如何测定和绘制？水量平衡图起什么作用？ 查明水源水质和取水量，各用水部门的工艺过程和设备，现有计量仪表的状况，测定每台设备的用水量、耗水量、排水量、水温等，按厂区给水排水管网图核对，对于老的工业企业还应测定管道和阀门的漏水量。 了解工厂用水现状，采取节约用水措施，健全工业用水计量仪表，减少排水量，合理利用水资源以及对厂区给水排水管道的设计都很有用处。 第二章设计用水量 1.设计城市给水系统时应考虑哪些用水量？ ①综合生活用水，包括居民生活用水和公共建筑及设施用水。
第十五章混凝 1．何谓胶体稳定性？试用胶粒间互相作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。 答：胶体稳定性是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。原因P255最后一段。 2．简要叙述硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系。 硫酸铝混凝作用机理及其与水的pH值的关系：Ph<3时，压缩扩散双电层作用。 Ph>3时，吸附-电中和作用。Ph>3时水中便出现聚合离子及多核羟基配合物，这些物质会吸附在胶核表面，分子量越大，吸附作用越强。 3．高分子混凝剂投量过多时，为什么混凝效果反而不好？ 答：在废水处理中，对高分子絮凝剂投加量及搅拌时间和强度都应严格控制，如投加量过大时，一开始微粒就被若干高分子链包围，而无空白部位去吸附其他的高分子链，结果造成胶粒表面饱和产生再稳现象。已经架桥絮凝的胶粒，如受到剧烈的长时间的搅拌，架桥聚合物可能从另一胶粒表面脱开，重又卷回原所在胶粒表面，造成再稳定状态。 4．目前我国常用的混凝剂有哪几种？各有何优缺点？ 答：铝系：硫酸铝明矾聚合氯化铝（PAC）聚合硫酸铝（PAS） 铁系：三氯化铁硫酸亚铁聚合硫酸铁（PFS）聚合氯化铁（PFC） 有机高分子混凝剂：聚丙烯酰胺（PAM） 优缺点：
5．什么叫助凝剂？常用的助凝剂有哪几种？在什么情况下需要投加助凝剂？ 答：在单独使用混凝剂不能取得预期效果时，需投加某种辅助药剂以提高混凝效果，这种药剂称为助凝剂。助凝剂通常是高分子物质，作用机理是高分子物质的吸附架桥。 常用的助凝剂有：骨胶、聚丙烯酰胺及其水解物、活化硅酸、海藻酸钠等。 当单独使用混凝剂效果不佳时采用助凝剂，例如：对于低温、低浊度水采用铝盐或铁盐混凝时，形成絮粒往往细小松散，不易沉淀。当加如少量活化硅酸时，絮凝体的尺寸和密度就会增大，沉速加快。 7．何谓同向絮凝和异向絮凝？两者絮凝速率（或碰撞数率）与哪些因素有关？ 同向絮凝：由流体运动所造成的颗粒碰撞聚集称为同向絮凝。其数率与颗粒直径的三次 方成正比，与颗粒数量浓度平方成正比，以及速度梯度一次方成正比。 异向絮凝：由布朗运动所造成的颗粒碰撞聚集称异向絮凝。其数率与水温成正比，与颗 粒的数量浓度平方成反比。 8．混凝控制指标有哪几种？为什么要重视混凝控制指标的研究？你认为合理的控制指标应如何确定？ 在絮凝阶段通常以G 和GT 值作为控制指标。可以控制混凝效果，即节省能源，取得好的混凝效果。 9．絮凝过程中，G 值的真正涵义是什么？沿用依旧的G 值和GT 值的数值范围存在什么缺陷？请写出机械絮凝池和水力絮凝池的G 值公式。 速度梯度，控制混凝效果的水力条件，反映能量消耗概念。 G 值和GT 值变化幅度很大，从而失去控制意义。 G == 10．根据反应器原理，什么形式的絮凝池效果较好？折板絮凝池混凝效果为什么优于隔板絮凝池？ 折板絮凝池的优点是：水流在同波折板之间曲折流动或在异波折板之间间缩放流动且连续不断，以至形成众多的小涡旋，提高了颗粒碰撞絮凝效果。与隔板絮凝池相比，水流条件大大改善，亦即在总的水流能量消耗中，有效能量消耗比例提高，故所需絮凝时间可以缩短，池子体积减小。 11．影响混凝效果的主要因素有哪几种？这些因素是如何影响混凝效果的？ 影响混凝效果的主要因素有水温，水的PH 值和碱度及水中悬浮物浓度。 水温：a 无机盐的水解是吸热反应低温水混凝剂水解困难。 b 低温水的粘度大，使水中杂质颗粒布朗运动强度减弱，碰撞机会减少，不利于 胶粒脱稳混凝
14章 4．反应器原理用于水处理有何作用和特点 答：作用：推动了水处理工艺发展； 特点：在化工生产中，反应器都只作为化学反应设备来独立研究，但在水处理中，含义较广泛，许多水处理设备与池子都可作为反应器来进行分析研究，包括化学反应、生物化学反应以至纯物理过程等。例：沉淀池。 5.试举出3种质量传递机理的实例。 答：质量传递包括主流传递、分子扩散传递、紊流扩散传递。 1、主流传递：在平流池中，物质将随水流作水平迁移。物质在水平方向的浓度变化， 是由主流迁移和化学引起的。 2、分子扩散传递：在静止或作层流运动的液体中，存在浓度梯度的话，高浓度区内的 组分总是向低浓度区迁移，最终趋于平均分布状态，浓度梯度消失。如平流池等。 3、紊流扩散传递：在绝大多数情况下，水流往往处于紊流状态。水处理构筑物中绝大 部分都是紊流扩散。 6.（1）完全混合间歇式反应器（CMB）不存在由物质迁移而导致的物质输入和输出，且假 定是在恒温下操作 （2）完全混合连续式反应器（CSTR）反应物投入反应器后，经搅拌立即与反应器内的料液达到完全均匀混合，输出的产物其浓度和成分与反应器内的物料相同 (3)推流型反应器（PF）反应器内的物料仅以相同流速平行流动，而无扩散作用，这种流型唯一的质量传递就是平行流动的主流传递 答:在水处理方面引入反应器理论推动了水处理工艺发展。在化工生产过程中，反应器只作为化学反应设备来独立研究，但在水处理中，含义较广泛。许多水处理设备与池子都可作为反应器来进行分析研究，包括化学反应、生物化学反应以至物理过程等。例如，氯化消毒池，除铁、除锰滤池、生物滤池、絮凝池、沉淀池等等，甚至一段河流自净过程都可应用反应器原理和方法进行分析、研究。介绍反应器概念，目的就是提供一种分析研究水处理工艺设备的方法和思路。 7.为什么串联的CSTR型反应器比同容积的单个CSTR型反应器效果好 答：因为使用多个体积相等的CSTR型反应器串联，则第二只反应器的输入物料浓度即为第一只反应器的输出物料浓度，串联的反应器数愈多，所需反应时间愈短，理论上，当串联的反应器数N趋近无穷时，所需反应时间将趋近于CMB型和PF型的反应时间。 8.混合与返混在概念上有什么区别返混是如何造成的 答：区别是：返混又称逆向混合。广义地说，泛指不同时间进入系统的物料之间的混合，包括物料逆流动方向的流动。 造成返混的原因主要是环流，对流，短流，流速不均匀，设备中存在死角以及物质扩散等。例如：环流和由湍流和分子扩散所造成的轴向混合，及由不均匀的速度分布所造成的短路、停滞区或“死区”、沟流等使物料在系统中的停留时间有差异的所有因素。 型和CMB型反应器为什么效果相同两者优缺点比较。 答：在推流型反应器的起端（或开始阶段），物料是在C0的高浓度下进行的，反应速度很快。沿着液流方向，随着流程增加（或反应时间的延续），物料浓度逐渐降低，反应速度也随之逐渐减小。这跟间歇式反应器的反应过程是一样的。推流型反应器优于间歇式反应器的在于：间歇式反应器除了反应时间以外，还需考虑投料和卸料时间，而推流型反应器为连续操作。
胶体稳定性 一、胶体的分类 所谓胶体是一种分散质粒子直径介于粗分散体系和溶液之间的一类分散体系，其值通常在1nm—100nm之间，这是一种高度分散的多相不均匀体系。按分散剂的不同可分为气溶胶、固溶胶、液溶胶；按分散质的不同可分为粒子胶体、分子胶体。 二、胶体的稳定及不稳定性 胶体因质点很小，强烈的布朗运动使它不致很快沉降，故具有一定的动力学稳定性；另一方面，疏液胶体是高度分散的多相体系，相界面很大，质点之间有强烈的聚结倾向，所以又是热力学不稳定体系。一旦质点聚结变大，动力学稳定性也随之消失。因此，胶体的聚集稳定性是胶体稳定与否的关键。 三、双电层与zeta电位 由于分散粒子表面带有电荷而吸引周围的反号离子，这些反号离子在两相界面呈扩散状态分布而形成扩散双电层。根据双电层理论可将双电层分为Stern层和扩散层。当分散粒子在外电场的作用下，稳定层与扩散层发生相对移动时的滑动面即是剪切面，该处对远离界面的流体中的某点的电位称为Zeta电位。即Zeta电位是连续相与附着在分散粒子上的流体稳定层之间的电势差。 四、聚集沉降理论影响因素 起聚沉作用的主要是电荷与胶体相反的离子（称为反离子）。反离子的价数越高，则聚沉效率越高，聚沉值越低。一价反离子的聚沉值约为25～150，二价的为0.5～2，三价的为 0.01～0.1。聚沉值大致与反离子价数的六次方成反比，这称为舒尔茨-哈代规则。 五、胶体稳定性 疏液胶体的稳定性理论通称DLVO理论。此理论的出发点是：胶体质点间因范德瓦耳斯力而相互吸引，质点在相互接近时又因双电层的重叠而产生排斥作用，胶体的稳定程度取决于上述两种作用的相对大小。DLVO理论计算了各种形状质点之间的范德瓦耳斯吸引能与双电层排斥能随质点间距离的变化。在质点相互接近的过程中，如果在某一距离上质点间的排斥能大于吸引能，胶体将具有一定的稳定性；若在所有距离上吸引皆大于排斥,则质点间的接近必导致聚结,胶体发生聚沉。溶液中的离子浓度或反离子的价数增加时，质点间的范德瓦耳斯力几乎不受影响，但双电层的排斥能却因双电层的压缩而大大降低，因此胶体的稳定性下降，直至发生聚沉。 六、异相聚沉作用 同种物质胶体粒子间的聚沉称为均相聚沉作用；不同种类物质胶体粒子间的聚沉，称为异相聚沉作用。 七、絮凝作用 絮凝作用指分散相从分散介质中分离出絮状沉淀的凝结作用。用于促进沉降、过滤、澄清等过程。在此过程中用到的助剂称为絮凝剂。絮凝剂的絮凝原理可分为化学絮凝和物理絮凝两种．前者假设粒子以明确的化学结构凝集，并由于彼此的化学反应造成胶质粒子的不稳定状态．后者则是由于存在双电层及某些物理因素，当加入与胶体粒子具有不同电性的离子溶液时，会发生凝结作用．当发生凝结作用时，胶体粒子必失去稳定作用或发生电性中和，不稳定的胶体粒子再互相碰撞而形成较大的颗粒．当加入絮凝剂时，它会离子化，并与离子表面形成价键．为克服离子彼此间的排斥力，絮凝剂会由于搅拌及布朗运动而使得粒子间产生碰撞，当粒子逐渐接近时，氢键及范德华力促使粒子结成更大的颗粒．碰撞一旦开始，粒子便经由不同的物理化学作用而开始凝集，较大颗粒粒子从水中分离而沉降．影响絮凝的几个因素：
思考题 1.何谓胶体稳定性试用胶粒间互相作用势能曲线说明胶体稳定性的原因。 答：胶体稳定性是指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。胶体稳定性分”动力学稳定”和’聚集稳定”两种。动力学稳定性系指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力，粒子愈小，动力学稳定性愈高。聚集稳定性系指胶体粒子之间不能相互聚集的特性。胶体粒子很小，比表面积大从而表面能很大，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斥力作用或水化膜的阻碍使这种自发聚集不能发生。胶体稳定性，关键在于聚集稳定性。对憎水胶体而言，聚集稳定性主要决定于胶体颗粒表面的动电位即ζ电位，ζ电位愈高，同性电荷斥力愈大。虽然胶体的ζ电位是导致聚集稳定性的直接原因，但研究方法却可从两胶粒之间相互作用力及其与两胶粒之间的距离关系来评价。DLVO理论认为，当两个胶粒相互接近以致双电层发生重叠时，便产生静电斥力,其与两胶粒表面间距x 有关，用排斥势能ER表示，排斥势能随x增大而指数关系减小。相互接近的两胶粒之间同时还存在范德华引力，用吸引势能EA表示，与x成反比。当0a