第三章 水的沉淀和澄清(1)

名词解释1.混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。

絮凝：脱稳胶体或微小悬浮物聚结成大的絮凝体的过程。

凝聚：胶体脱稳并生成微小聚集体的过程。

混凝过程涉及：①水中胶体的性质；②混凝剂在水中的水解；③胶体与混凝剂的相互作用。

2.沉淀和澄清：通过重力作用，使水中的悬浮颗粒、絮凝体等物质被分离去除。

3.浮选：利用固体或液滴与它们在其中悬浮的液体之间的密度差，实现固-液或液-液分离的方法。

4.过滤：以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。

5膜分离：利用膜的孔径或半渗透性质实现物质的分离。

6吸附：通常在水处理中指固相材料浸在液相或气相中，液相或气相物质固着到固相表面的传质现象。

7离子交换：在分子结构上具有可交换的酸性或碱性基团的不容性颗粒物质，固着在这些基团上的正、负离子能和基团所接触的液体中的同符号离子交换为对物质的物理外观毫无明显的改变，也不引起变质或增溶作用的过程。

8中和：把水的pH 调整到接近中性或是调整到平衡pH 值的任何处理。

氧化与还原：改变某些金属或化合物的状态，使他们变成不溶解的或无毒的。

9胶体稳定性：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。

10助凝剂：凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂可称为助凝剂。

11异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集称为异向絮凝。

12同向絮凝：由水力或机械搅拌所造成的流体运动引起的颗粒碰撞聚集称为同向絮凝。

13自由沉淀：单个颗粒在无边际水体中沉淀，其下沉的过程颗粒互不干扰，且不受器皿壁的干扰，下沉过程中颗粒的大小、形状、密度保持不变，经过一段时间后，沉速也不变。

14拥挤沉淀：当水中含有的凝聚性颗粒或非凝聚性颗粒的浓度增加到一定值后，大量颗粒在有限水体中下沉时，被排斥的水便有一定的上升速度，使颗粒所受的摩擦阻力增加，颗粒处于相互干扰状态，此过程称为拥挤沉淀。

15絮凝沉淀：在沉淀的过程，颗粒由于相互接触絮聚而改变大小、形状、密度，并且随着沉淀深度和时间的增长，沉速也越来越快，絮凝沉淀由凝聚性颗粒产生。

〖第四节难溶电解质的溶解平衡〗之小船创作从容说课在学生学习了弱电解质的电离平衡、水的电离和溶液的酸碱性、盐类水解平衡之后，教科书接着介绍“难溶电解质的溶解平衡”，可帮助学生更全面地了解水溶液中离子平衡相关的理论，使他们更为透彻地理解在溶液中发生离子反应的原理。

本节内容的基本知识框架是：在教学方法上，本节教材以理论分析与实验探究并重，注重学习过程的作用。

先后以四个【思考与交流】为主线，辅助以必要的【资料】查询、“废水处理化学沉淀法工艺流程”介绍和“实验”活动，始终强调学生的主动参与。

关于学习过程中的思维训练，教科书突出地以辩证思维为特征，以溶解与沉淀这两个互逆的过程作为研究的对象，从“沉淀的生成”“沉淀的溶解”和“沉淀的转化”等不同角度反复地论证物质溶解的绝对性和物质溶解限度大小的相对性，并且在论证物质的“溶”与“不溶”之间更使水溶液中各种微观粒子的相互作用以动态的形式展示出来，最终得出结论：沉淀的生成、溶解和转化实质就是沉淀溶解平衡的建立和移动的过程。

教学中应注意的问题：1．为了便于学生深入理解难溶电解质的溶解平衡，教科书通过【科学视野】提供了有关“溶度积”的阅读材料供学生选学和参考，教学中不要求学生掌握有关“溶度积”的计算。

2．把握住知识的深度和教学语言的科学性，在难电离物质的溶解平衡问题上的讨论宜粗不宜细。

需要指出的是，难溶电解质的溶解平衡和难电离物质(弱电解质)的电离平衡不能混为一谈。

首先从物质类别方面看，难溶电解质可以是强电解质也可以是弱电解质[如BaSO4是强电解质，而Al(OH)3是弱电解质]，而难电离物质只能是弱电解质。

再从变化的过程来看，溶解平衡是指已溶解的溶质与未溶解的溶质之间形成的沉淀与溶解的平衡状态；而电离平衡则是指已经溶解在溶液中的弱电解质分子与离子之间的转化达到平衡状态。

关于这类问题要让学生了解，但不必深入探讨。

1．新课引入。

通过一组补充实验，帮助学生回顾溶解平衡的相关知识，为后面将“有难溶物生成的离子反应”转化为“难溶电解质溶解的问题”来作铺垫。

环境0702，郭雪，07233034第三章 思考题(1) 自由沉淀的颗粒沉速如何计算？答：水中所含悬浮物的大小、形状、性质是十分复杂的，因而影响颗粒沉淀的因素很多。

为了简化讨论，假定：①颗粒外形为球形，不可压缩，也无凝聚性，沉淀过程中其大小、形状和重量等均不变；②水处于静止状态；③颗粒沉淀仅受重力和水的阻力作用。

静水中的悬浮颗粒开始沉淀时，因受重力作用而产生加速运动，但同时水的阻力也增大。

经过一很短的时间后，颗粒在水中的有效重量与阻力达到平衡，此后作等速下沉运动。

等速沉淀的速度常称为沉淀末速度，简称沉速。

如以F 1、F 2分别表示颗粒的重力和水对颗粒的浮力，则颗粒在水中的有效重量为 g d g d g d F F s a )(61616133321ρρπρπρπ-=-=- (1)式中 d ——球体颗粒的直径；ρS 、ρ——分别表示颗粒及水的密度；g ——重力加速度；如以F 3表示水对颗粒沉淀的摩擦阻力，则223u A F λρ= (2)式中 A ——颗粒在沉淀方向上的投影面积，对球形颗粒，A=1/4πd 2 u ——颗粒沉速；λ——阻力系数，它是雷诺数(Re ＝ρud ／μ)和颗粒形状的函数。

根据实验得知，对球形颗粒有如图4-2所示关系，分三段拟合该曲线得Re ＜1,λ＝24/Re (Stokes 式)34.0Re 3Re 24,10Re 13++=<<λ (Pair 式)103＜Re <105，λ=0.44 (Newton 式)在等速沉淀情况下，F 1-F 2=F 3,即23381)(61u d g d s ρλπρρπ=-λρρρ3)(4-=s gd u (3)将上述阻力系数公式代人式(4-3)得到相应流态下的沉速计算式。

对于层流，在Re ＜1时，218)(d g u s μρρ-= (4)这就是Stokes 公式，式中μ为水的粘度。

该式表明：①颗粒与水的密度差(ρs -ρ)愈大，沉速愈快，成正比关系。

课程名称：《水质工程学I》第周，第9 讲次摘要3-2平流式沉淀池授课题目（章、节）本讲目的要求及重点难点：【目的要求】【重点】【难点】内容【本讲课程的引入】【本讲课程的内容】3-2平流式沉淀池是最基础的沉淀池：其它沉淀池都是在平流池基础上发展出来的。

1、沉淀池进出水要求：（1）出水浊度宜在10度以下混浊度：1mgSiO2/L所构成的混浊度为1度（悬浮物及胶体所造成水的不透明程度或光的散射现象）（2）进水应无砂：含砂量大时，应先预沉（除砂）。

2、构造简介：上下分为：沉淀区（上）污泥区（下）进水区（配水区）：在整个沉淀区截面均匀配水。

前后分为：沉淀区：水中颗粒下沉去除出水区：沉淀后的收集，排出沉淀池。

3、特点：水流受池身构造和外界影响使颗粒沉淀复杂。

（进口水流惯性，出口束流，风吹池面，水质浓度变化及温差等形成的异重流）。

一、非凝聚性颗粒的沉淀过程分析： 1、 理想沉淀池的假定：（1）颗粒互不干扰，沉速不变（无絮凝现象） （2）水流沿水平方向流动，在沉淀区流速相等， 流速大小、方向不变。

（3）颗粒沉到池底即为去除，不再返回水流中。

2、 分析：（1）水平流速：v （m/s ） Bh Qv 0= Q —流量,（m3/s ） H0—水流沉淀区高度,（m ） B —沉淀区宽度,（m ）（2）截流沉速：u0在池的最不利点，A 点（沉淀区开始回最高点）以u0下沉速度下沉，可在沉淀区末端最低点B ，进入污泥区，这个沉速称为截留沉速u0 沉区长为L ，高为h0。

则有： vLt =并 00u h t = B h Q v 0=∴ LB Q u =0 或 AQu =0A — 沉淀池水表面面积。

（㎡）—表面负荷或溢流率（单位水表面积所负担 水量）截留沉速=表面负荷（意义不同） （3）ui ≥u0的颗粒：在A —B 面上分布（均匀分布）：全部可沉淀去除（在图中，以I 轨迹下沉）。

（4） ui ＜u0的颗粒：不能全部下沉去除 （在图中，以II 轨迹下沉）其在A-B 面上分布点，设为m 点，其高度为hi ，设颗粒在A-B 面上均匀分布，颗粒浓度为Ci ，其总量为 可去除量为 其去除率E ： 00h h BvC h BvC h E ii i i ===总量去除量h ih 0总去除率P ：[][]去除百分率数的和颗粒的沉速百分数的总和的颗粒沉速001120201010021v n n n n v p E p E p E p E p p p P <--++++≥+++++++=式右边加上，再减去相同组数。