当前位置：文档之家 › 第二章 混凝理论(第二讲)

第二章 混凝理论(第二讲)

  • 格式：pdf
  • 大小：1.47 MB
  • 文档页数：44

下载文档原格式

  / 44

合集下载

第二章 混凝

第二章 混凝


2、措施
（1）加大混凝剂投加量 （2）加高分子助凝剂
三、水的pH和碱度影响
1、pH值：影响混凝效果与混凝剂种类有关。 2、碱度：对PH有缓冲作用。 当碱度不够时需要投加石灰，石灰投量的计算：
[CaO]=3[a] – [x] + [δ ] 式中[CaO]：纯石灰CaO投量，mmol/L； [a]：混凝剂投量，mmol/L； [x]：原水碱度，按mmol/L，CaO计； [δ ]：保证反应顺利进行的剩余碱度，一般取 0.25~0.5mmol/L（CaO）。
第三节
一、基本概念
凝聚动力学
1、混凝动力学：研究颗粒碰撞速率何混凝速率 2、异向絮凝：由布朗运动引起的颗粒碰撞聚集。 （d＜1μ m）
3、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。 注意：颗粒质量浓度不变，但颗粒数量浓度减少。
二、 异向絮凝
颗粒的碰撞速率：
（d＜1μ m）
N p 8dDB n 2
（2）网格 下面进出水 上面进出水 进水 平面布置 水流向上 水流向下
（3）栅条
高分子 排斥
高分子
图 6-5 架桥模型示意
图 6-6 胶体保护示意
3．网捕或卷扫

金属氢氧化物沉淀在形成过程中对胶粒的网 捕与卷扫。
所需混凝剂量与原水杂质含量成反比，即
当原水胶体含量少时，所需混凝剂多，反之 亦然。
四、 硫酸铝的混凝机理
pH<3 pH=4~5
简单的水合铝离子起压缩双电层作用； 多核羟基络合物起吸附电性中和； 氢氧化铝起吸附架桥；
滑动面
胶 核
の
Ⅱ
δ
ζ
d
图 6-1 胶体双电层结构示意
清华水处理工程课件第2章 混凝

清华水处理工程课件第2章 混凝

混凝剂在水中的水解与形态 胶体与混凝剂的相互作用
混凝工艺的位置
原水
加药 混合
混凝
反应
混凝池
澄清
沉淀
过滤
消毒
2.2 胶体的性质
一、胶体的稳定性 动力学稳定性：布朗运动对抗重力。 聚集稳定性：胶体带电相斥（憎水性胶体）
水化膜的阻碍（亲水性胶体） 两者之中，聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。
电位离子
第2章 混凝
2.1 混凝的去除对象
混凝可去除颗粒大小是胶体及部分细小的悬浮物，是一种化学方法。 范围在：1nm~0.1m（有时认为在1m） 混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花。 水处理中主要杂质：粘土（50nm-4 m）
细菌（0.2m-80m） 病毒（10nm-300nm） 蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸 1637年 我国开始使用明矾净水 1884年 西方才开始使用 混凝过程涉及到三个方面的问题：水中胶体的性质
2.3 水的混凝机理与过程
一、铝盐在水中的化学反应
羟铝比(OH)/Al—每摩尔 铝结合的羟基摩尔数
铝盐最有代表的是硫酸铝Al2(SO4)318H2O，溶于水后，立即离解铝离 子，通常是以[Al(H2O)6]3+存在。在水中，会发生下列过程。
1．水解过程
Al 3 H 2O [ Al(OH )]2 H
反离子
胶核
胶粒
胶体的结构 Ψ电位
动电位电位：决定了胶体的聚集稳 定性
一般粘土电位＝-15~-40mV 细菌电位＝-30~-70mV
三、DLVO理论 胶体的稳定性和凝聚可由两胶粒间的 相互作用和距离来评价。由下列两方面 的力决定：
静电斥力：ER－1/d2 范德华引力：EA－1/d6（有些 认为是1/d2或1/d3） 由此可画出两者的综合作用图。
混凝土结构设计原理第二章课件.ppt

混凝土结构设计原理第二章课件.ppt

混凝土构造设计原理其次章课件.ppt1、第2章混凝土构造材料的物理力学性能浙江农林高校暨阳学院土木工程教研室杨锦组成构造主要材料：水泥、水、砂、石混凝土:一般混凝土是由水泥、石子和砂用水经搅拌、养护和硬化后形成的一种复合材料。

2.1混凝土的物理力学性能2.1.1单轴向应力状态下混凝土强度1.立方体抗压强度fcu,k〔强度等级〕标准尺寸：150mm×150mm×150mm养护条件：20℃±3℃，湿度≥90%；28d试验方法：恒定的加载速度，垫板不涂润滑剂强度保证率：95%承压板试块摩擦力不涂润滑剂涂润滑剂立方体抗压强度是区分混凝土强度等级的指标，我国标准混凝土的强度等级有：C15，C20，C25，C302、，C35，C40，C45C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80表示混凝土Concrete 立方体抗压强度30MPa≤fcu，k0.8fc，徐变急剧增长，造成混凝土破坏加荷时混凝土的龄期，越早，徐变越大水泥用量越多，水灰比越大，徐变越大骨料越硬，徐变越小.养护条件：温度高，湿度大，水泥水化作用充分徐变越小。

徐变对混凝土构造的影响PAsPAs s1c1P s2As s2P拆去，钢筋受压混凝土受拉，可能会引起混凝土开裂徐变：s ，c使构件变形增大；在轴压构件中，使钢筋应力增加，混凝土应力减小〔引起应力重分布〕；在预应力构件中，使预应力发生损失。

〔3、3〕收缩定义：混凝土在空气中结硬时体积减小的现象。

特点：早期快，收缩值随着时间而增长。

收缩对构造的影响：当收缩受到约束时，引起构件开裂。

削减收缩的措施：限制水泥用量；减小水灰比；加强振捣和养护；加强构造钢筋配置；设置变形缝；掺膨胀剂。

影响因素：混凝土的组成及协作比，尤其是水灰比；养护条件；使用时的温度与湿度。

其次章钢筋和混凝土的材料性能2.1混凝土◆混凝土的疲乏混凝土的疲乏是在荷载重复作用下产生的。

如钢筋混凝土吊车梁、钢筋混凝土桥以及港口海岸的混凝土构造等都要受到吊车荷载、车辆荷载以及波浪冲击等几百万次的作用。

第二讲 混凝土材料特性

第二讲 混凝土材料特性

第二章材料的物理力学性能西南交通大学土木工程学院建筑工程系刘艳辉副教授2016.9.1带你一起看建筑——奇妙无比的耶鲁大学贝尼克珍本与手稿图书馆是当今世界上最大的古籍善本图书馆，藏有50余万册的珍本书及数百万册手稿。

建筑样式极为特别，本身也可称得上是世界独一无二的“孤本”，被誉为“过去两百年中最有想象力的建筑”，有人说像棋盘，而另有人说像集邮册。

图书馆外墙全部由产自佛蒙特州的半透明大理石拼接而成，看不到一扇窗户，像一个密不通风的闷罐子，从而避免了阳光直接照射，有利于馆内古籍的保护。

在阳光充足的时候，这种大理石墙也能透过斑驳的光影。

图书馆楼的外部是用镶嵌在伍德伯里花岗岩里的佛蒙特大理石砌成的。

馆内最主要的装饰物是书籍本身。

书库是外露的，共分六层，每层有七格书架，所有的书一律书脊朝外，环绕着大厅中央。

室内的灯光经条纹大理石的映衬，显得色彩丰富绚丽。

这是一座集中各种优点的图书馆：阅览室大厅雍容华贵，行政管理简明便利，还有一个金碧辉煌的展览大厅，自中欧的巴罗克图书馆以来绝无仅有。

上讲复习回顾今天的讲课安排第2章材料的物理力学性能2.3 混凝土的物理力学性能2.3.1 简单受力状态下混凝土的强度2.3.2 复杂受力状态下混凝土的强度2.3.3荷载作用下混凝土的变形2.3.4 混凝土的弹性模量、泊松比及剪切弹性模量2.3.5 混凝土的徐变与收缩2.3.１单轴应力状态下的混凝土强度混凝土结构中，主要是利用它的抗压强度。

因此抗压强度是混凝土力学性能中最主要和最基本的指标。

混凝土的强度等级是用抗压强度来划分的。

●立方体抗压强度f cu我国混凝土的强度等级由立方体抗压强度确定，确定强度等级有四个条件：✓试件：150×150×150mm✓养护：t=20±3℃ ，φ≥90%✓龄期：28d✓用标准试验方法（加载速度0.15~0.25N/mm2/s，两端不涂润滑剂）混凝土试件混凝土养护混凝土试件加压●抗压强度，用符号C表示。

第2章混凝-更多文档分类

第2章混凝-更多文档分类

第 2 章 混凝（1）课程名称：水质工程学（Ⅰ）本课内容：混凝机理，混凝剂和助凝剂授课对象：给水排水专业本科生授课时间： 90 分钟一、教学目的通过本次教学，使学生理解和掌握双电层理论，电性中和，吸附架桥， 卷扫网捕等混凝基本理论，了解硫酸铝在水中的水解特征，了解水处理混凝 剂种类及特点，为后续学习打下良好的基础。

二、教学意义通过本次教学，使学生理解和掌握双电层理论，电性中和，吸附架桥， 卷扫网捕等混凝基本理论，了解硫酸铝在水中的水解特征，了解水处理混凝 剂种类及特点，为后续学习打下良好的基础。

三、教学重点混凝机理；硫酸铝在水中的水解；混凝剂与助凝剂四、教学难点混凝机理五、教学方式电子课件课堂讲授。

六、讲授内容第2 章 混凝第 2章 混凝2.1混凝机理2.1.1水中胶体的稳定性2.1.2硫酸铝在水中的化学反应2.1.3混凝机理一、压缩双电层二、吸附­电性中和三、吸附架桥四、网捕或卷扫2.2混凝剂和助凝剂2.2.1混凝剂2.2.2助凝剂七、讲授方法第 2章 混凝2.1混凝机理混凝是水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程；混凝可去除的颗粒大小是胶体及。

混凝过 部分细小的悬浮物，是一种化学方法。

范围在：1nm~0.1m m（有时认为在1m m）程涉及到三个方面的问题：水中胶体的性质、 混凝剂 在水中的水解与形态、胶体与混凝剂的相互作用。

2.1.1水中胶体的稳定性一、胶体的稳定性所谓胶体稳定性系指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮物状态的特性。

胶体稳定性 分为：动力学稳定和聚集稳定。

1、动力学稳定：颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。

颗粒越小，动力学稳定性越高。

2、聚集稳定：系指颗粒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，在布朗运动的作用下，有自发地相互 聚集的倾向，但由于粒子表面同性负荷斥力作用和水化膜的阻碍使这种自发聚集不能发 生。

如果胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去聚集稳定性，小颗粒便可以凝聚成大 的颗粒。

第2章 混凝

第2章 混凝


溶液中离子浓度高 溶液中离子浓度低
2.3 混 凝 机 理
由于扩散层厚度的减小，ξ电位相应降低，胶粒间 的相互排斥力也减少。
由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间 的吸引力变大。颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为 主变为以引力为主，颗粒就能相互凝聚。
两个胶粒能否相互凝聚，取决于二者的总势能。
DLVO理论
2.2 胶 体 的 特 性
一般水中的胶粒，ξ电位较高。其互相间斥力不仅 与电位有关，还与胶粒的间距有关，距离愈近，斥力愈 大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推近到使范德 华引力发挥作用的距离。因此，胶体微粒不能相互聚结 而长期保持稳定的分散状态。
使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。 由于胶粒带电，将极性水分子吸引到它的周围形成一层 水化膜。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。但是，水 化膜是伴随胶粒带电而产生的，如果胶粒的（电位消除 或减弱，水化膜也就随之消失或减弱。
2.4 混 凝 剂 与 助 凝 剂
单核络合物通OH-桥键缩聚成单核羟基络合物：
[Al(H2O)6]3+ +[Al (OH)(H2O)5]2+ +≒ [Al2 (OH)(H2O)10]5++H2O 两个单羟基络合物可缩合成双羟基双核络合物：
OH
2[Al (OH)(H2O)5]2+ = [(H2O)-4Al OH
2、胶体的结构
胶团
胶粒 扩散层
胶核 吸附层
2.2 胶 体 的 特 性
3、双电层理论
胶核
中心称为胶核，其表面 选择性地吸附了一层带有 同号电荷的离子（可以是 胶核的组成物直接电离产 生的，也可以是从水中选 择吸附的H+或OH-造成的）， 成为胶体的电位离子。
第二章 混凝理论(第一讲)

第二章 混凝理论(第一讲)


电位离子层：在粒子的中心是胶核，它由数百乃至数千个 分散相固体物质分子组成，在胶核表面，吸附了一层带同 号电荷的离子。 反离子层：为维持胶体粒子的电中性，在电位离子层外吸 附了电量与电位离子层总电量相同，而电性相反的离子。 双电层结构：电位离子层与反离子层构成了胶体粒子的双 电层结构。 电位离子层构成了双电层的内层，其所带电荷称为胶体 粒子的表面电荷，其电性和电荷量决定了双电层总电位的 符号和大小。 反离子层构成了双电层的外层。
按其与胶核的紧密程度，反离子层又分为吸附层和扩散层。 反离子吸附层：紧靠电位离子，并随胶核一起运动，和电 位离子层一起构成了胶体粒子的固定层 。 反离子扩散层：固定层 以外的那部分反离子。它由于受电 位离子的引力较小，因而不随胶核一起运动，并趋于向溶液 主体扩散，直至与溶液中的平均浓度相等。 滑动面：吸附层与扩散层的交界面在胶体化学上称为滑动 面。
2.1 混凝去除的对象

2.1.1 基本概念 混凝：包括凝聚和絮凝两个步骤，是水中胶体粒 子以及微小悬浮物的聚集过程称为混凝， 凝聚：是胶体失去稳定性并聚集为微絮粒的过程； 絮凝：是微絮粒通过吸附、卷带和桥连而长成更 大的絮体的过程； 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。 颗粒尺寸： ﹥100 µm，自然沉降，过滤 颗粒尺寸： 1 nm~100 µm，混凝 颗粒尺寸：0.1~1 nm，吸附
（2）吸附电性中和作用机理
吸附电中和作用是指胶粒表面对异号离子、 异号胶粒或链状高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它的 部分或全部电荷，减少了静电斥力，因而容易 与其它颗粒接近而相互吸附。 这种现象在水处理中出现的较多。胶核表面 直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、 胶粒等，来降低ζ电位。其特点是：当药剂投 加量过多时，ζ电位可反号。
混凝机理

混凝机理

AL2(SO4)318H2O 明矾 AL2(SO4)3 • K2SO4 •24H2O 2）铁系 FeCL3 • 6H2O FeSO4 • 7H2O
（2）高分子混凝剂
• 无机高分子混凝剂 聚合氯化铝 [AL2(OH)nCL6~n]m 碱式氯化铝 ALn(OH)mCL3n~m，
• 有机高分子混凝剂
• 双电层 • Zeta电位 • 等电状态 • 电荷反转 • 再稳
3）DLVO理论
2胶0世体纪粒4子0年之代间由因原为苏范联德科华学作 家用D而er相ya互gu吸in、引L，a又nd因au为和粒荷子兰周科围 学的家双V电er层we的y与交O联ve而rb产ee生k建排立斥的作关用 于。憎胶水体胶的体稳稳定定性性取的决定于量这理两论种。相
∑ p =
n 1
C D ρ lω
8
3
(
r
4 2
−
r14 )
• 式中：P—浆板所耗总功率，W;
•
r2—浆板外缘旋转半径，m;
•
CD—阻力系数，
•
ω—相对于水的旋转角速度；
• 3.每个旋转轴所需电动机功率
n—同一旋转半径上浆板数；
r1—浆板内缘旋转半径，m; ρ—水的密度，
• N=
P
式中：N—电动机功率
• 氧化剂 • 改善絮凝体结构的高分子助凝剂
§2.3 混凝动力学
水中颗粒相互碰撞的动力：
9 布朗运动
9 流体的运动
1. 异向絮凝（Perikinetic Flocculation)
由布朗运动造成的碰撞，主要发生在凝聚阶段。
凝聚速度决定于颗粒碰撞速率。
−
dn dt
=
kpn2
k p = 8πα p Dbd
第二章 混凝理论(第二讲)

第二章 混凝理论(第二讲)

形式 往复式隔板 絮凝池 优缺点 适用条件 优点：絮凝效果较好，构造简单，施工方便 ≥30000m3/d 缺点：絮凝时间长，水头损失较大，转折处絮体 水量变动小 易碎，出水流量不易分配均匀 优点：絮凝效果较好，水头损失较小，构造简单，≥30000m3/d 管理方便 水量变动小 缺点：出水流量不易分配均匀 旧池改造 优点：絮凝时间短，絮凝效果好 缺点：构造复杂，水量变化影响絮凝效果 水量变化不大 水量变化不大 水量：1.0～2.5万 m3/d
（2）网格 下面进出水 上面进出水 进水 平面布置 水流向上 水流向下
（3）栅条
图 2-20 网格（或栅条）絮凝池平面示意图
（图中数字表示网格层数）
网格絮凝池效果好，水头损失小， 絮凝时间较短，但还存在末端池底积 泥现象，小数水厂发现网格上滋生藻 类、堵塞网眼现象。其设计参数见表 2-2
表2-2
4 4 CDρ 3 P=∑ lω ( r − r ) 2 1 8 1 n
（2-19）
每根旋转轴所需电动机功率：
P N = 1000η 1η 2
（2-20）
② 设计参数 a 絮凝时间10~15分。 b 池内一般设3～4挡搅拌机。 c 搅拌机转速按叶轮半径中心点线速度计算确定，线速 度第一挡0.5m/s逐渐减小至末挡的0.2m/s。 d 桨板总面积宜为水流截面积的10～20％，不宜超过75 ％，桨板长度不大于叶轮半径的75％，宽度宜取10～ 30cm。 ③ 优缺点 机械絮凝池的优点是调节容易，效果好，大、中、小 水厂均可，但维修是问题。
板条 宽度 （m m）
栅 条 絮 凝 池
50 80
50 50
3～5 3～5 4～5 3～5 3～5 4～5
70～ 100 40～ 60 10～ 20 70～ 100 40～ 50 10～ 20
第二讲(混凝)

第二讲(混凝)

4Байду номын сангаас1 基本理论
4.1.1 胶体的结构及双电层，见P45, （1）起因：荷电吸引分散介质中的反离子，排斥同名离 子，在液固界面形成双电层。 荷电起因：晶格缺陷（类质同相） 优先解离 优先吸附
• （2）结构：表面； stern层：第一层反离子的电性中心构成 stern层，反离子与表面牢固结合； • 切移面：除了stern层内的离子外，还有 一定数量的离子与表面紧密结合，在电动 现象中作为一个整体运动。Φ0〉Φδ〉ξ可测， 准确位置不好定 • ξ（扩散层厚度）越高、斥力越大，越稳定。
• （1）颗粒表面电性的影响 • （2）颗粒粒度尺寸的影响
• • • • •
2）悬浮液pH的影响 3）共存盐类及杂质的影响 4）悬浮液温度的影响 5）水力条件的影响 6）混凝剂的性质
• （1） 极性基团的性质对絮凝效果的影响 • （2） 分子量对絮凝效果的影响 • （3） 长链结构对絮凝效果的影响
• 4.3.2.2 改善 • （1）pH 影响表面性质及产物水解平衡 Al、Fe等水解 产生H+、使pH下降，应用碱中和 • （2）温度，20~30℃， 低温，水解慢，絮体松，沉淀差， 加铁盐和助凝剂 • （3）种类、剂量、电性、 浓度、平均分子量、粒径 对悬浮物用高分子絮凝剂；对胶体用无机盐； 一般 联用。 阴离子型：中性、碱性； 阳离子型：酸性、中性； 非离子型：中性、酸性。 （4）搅拌（水力条件） • 混合：搅拌强度大，t短<30-60s； • 反应：搅拌强度小，t长=15-30min；
• Zeta Potential • Since the stability of a colloid is primarily due to electrostatic forces, neutralization of this charge is necessary to induce flocculation and precipitation. Although it is not possible to measure the psi potential, the zeta potential can be determined, and hence the magnitude of the charge and resulting degree of stability can be determined as well. The zeta potential is defined as
混凝土结构原理 第六版 第2章讲解

混凝土结构原理 第六版 第2章讲解


图2-14 混凝土变形模量的表示方法
1)混凝土的弹性模量（即原点模量）
Ec tan 0
2)混凝土的变形模量
Ec ' tan 1
c c

Байду номын сангаас
Ec e c
Ec
3)混凝土的切线模量
Ec '' tan
可以看出，混凝土的切线模量是一个变值，它 随着混凝土应力的增大而减小。
需要注意的是，混凝土不是弹性材料，所以不能 用已知的混凝土应变乘以规范中所给的弹性模量值 去求混凝土的应力。只有当混凝土应力很低时，它 的弹性模量与变形模量值才近似相等。混凝土的弹 性模量可按下式计算：
(1
1.645
)0.45
c2
ft0

2F
dl
F——破坏荷载； d——圆柱体直径或立方体边长； l——圆柱体长度或立方体边长。
图2-5 混凝土劈裂试验示意图 (a)用圆柱体进行劈裂试验；(b)用立方体进行劈裂试验；
(c)劈裂面中水平应力分布 1—压力机上压板；2—弧形垫条及垫层各一条；3—试件；4—浇
第2章混凝土结构材料的 物理力学性能
2.1 混凝土的物理力学性能
2.1.1 单轴向应力状态下的混凝土强度
虽然实际工程中的混凝土结构和构件一般处 于复合应力状态，但是单轴向受力状态下混凝土 的强度是复合应力状态下强度的基础和重要参数。
混凝土试件的大小和形状、试验方法和加载 速率都影响混凝土强度的试验结果，因此各国对 各种单轴向受力下的混凝土强度都规定了统一的 标准试验方法。
图2-6 双向应力状态下混凝土的破坏包络图
图2-7 法向应力和剪应力组合的破坏曲线 A—轴心受拉；B—纯剪；C—剪压；D—轴心受压

第二章、混凝

第二章、混凝第一节、混凝机理一、水中胶体稳定性常规处理工艺中主要去除对象是悬浮物和胶体，而重点是去除胶体。

水中的胶体颗粒可分成憎水的和亲水的两大类。

（1）憎水胶体指与水分子间缺乏亲和性的胶体。

如水中粘土以及投加的无机混凝剂所形成的胶体等无机物质。

（2）亲水胶体指与水分子能结合的胶体。

如蛋白质、淀粉、细菌、部分藻类及胶质等有机物质则属于亲水胶体。

亲水胶体靠它所特有的极性基团来吸附水分子，故能吸附大量的水分。

其实，水处理中的典型憎水胶体粘土颗粒表面也可能吸附了一层水分子，但比起亲水胶体所吸附的水分来则微不足道。

胶体颗粒在水中长时间保持分散状态的性质称为胶体的稳定性。

对于憎水的胶体，其稳定性可以通过它的双电层结构来说明；对于亲水胶体虽然也具有一种双电层结构但它的稳定主要由它所吸附的大量水分子所构成的水化膜来说明。

1、胶体的表面电性及双电层结构双电层结构是由于胶体颗粒具有巨大的比表面而产生的，巨大的比表面便产生了巨大的吸附能力，吸附了大量的离子就形成了所谓的双电层结构。

天然水中胶体杂质通常带负电荷，由于胶核表面吸附了水中与其电荷符号相反的离子（反离子）且电荷相等，故整个胶体（胶团）在水中表现为电中性。

其双电层结构如图2－1所示（以粘土为例）。

双电层一般包括内层和外层两部分，内层为Stern 吸附层，即紧靠胶核表面被吸附较紧密的一层反离子，厚度为δ；外层为离子扩散层，即吸附层外围的反离子层，厚度为d 。

吸附层与扩散层之间的分界面称为滑动面。

胶核表面电位为总电位，以0φ表示，胶体滑动面上的电位为动电位，即Zeta 电位，以ζ表示。

胶体在运动过程中表现出来的是ζ电位，而不是0φ电位。

各种杂质的ζ电位是不相同的，ζ电位可用电泳法来测定。

2、胶体稳定性胶体稳定性指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。

胶体稳定性分为：1）动力学稳定性，指胶粒由于布朗运动而无法下沉的特性；2）聚集稳定性，指由于静电斥力或水化作用所引起的使胶粒之间保持分散稳定状态的特性。

11.水质工程学 I —混凝 §2-1水的混凝机理(2)(ppt文档)

当pH ＞8.5时，由于氢氧化铝是典型的两性化合物，它又 重新溶解,并继续水解，生成可溶性的阴离子。
Al(OH)3(H2O)3+ H2O[Al(OH)4(H2O)2]-+H3O+
水解反应与羟基桥联反应相反，聚合度并无变化，但降低
了聚合物电荷，化合物中的羟基数目不断增多，这样，缩聚和
水解交错进行，便形成多种形态高聚物，经研究，存在可能性
在低pH值下高电荷低聚合度的络合物占主要地位；在高pH值下， 低电荷高聚合度的络合物占主要地位；当pH=7～8时，聚合度 极大的中性[Al(OH)3(H2O)3]∞将占绝大多数。
由上述反应可见，降低水中H+浓度或提高pH， 水解反应趋向右方，配位水分子逐渐减少，羟基逐渐 增多，而水合羟基络合物的电荷却逐渐降低，最终生 成中性氢氧化铝难溶沉淀物。经研究：
当 pH＜4 时，水解受到抑制水中存在的主要是 [Al(H2O)6]3+
当 pH = 4 时，水中将出现[Al(OH)(H2O)5]2+单羟 基水合铝离子、 [Al(OH)2(H2O)4]+双羟基水合铝离子 及少量[Al(OH)3(H2O)3]
最大的化合物形态有：
Al3(OH)4(H2O)10]5++H2O[Al3(OH)5(H2O)9]4++H3O+
[Al6(OH)14]; 、 [Al8(OH)20]4+ 、
[Al7(OH)17]4+、 [Al13(OH)34]5+等等。
这些物质，在水中都可能以一定比例同时存在，一般说来，
2、吸附架桥作用机理
作为混凝剂的高分子物质以及
Al2(SO4)3 ，FeCl3溶于水后，经水解 和缩聚反应形成高聚物，这些物质均具

给水工程-时文歆 第02章


第四节
1.水温
影响混凝的主要因素
• 水温低，絮凝体形成缓慢，结构松散； • 水温低，降低水解反应速度，因水解为吸 热反应； • 水温低，水的粘度增大，布郎运动减 弱，水的剪切力增大
2. pH值和碱度 • pH影响铝、铁盐水解产物的形态，是影 响混凝效果的主要原因。最佳pH值的确定? • 碱度：起缓冲作用，以使pH保持在适宜 范围。 水解反应产生H+，故在混凝剂投量大， 原水碱度不足时，需加助凝剂。
3.吸附架桥作用机理 ① 两个大的同号胶粒由于异号胶粒而连接； ② 高分子物质与胶粒的吸附与桥连。 适用:非离子型或带同号电荷的离子型高分 子絮凝剂的混凝。
高分子絮凝剂投加量十分重要： ①高分子投量过少，不足以形成吸附架桥； ②但投加过多，会出现“胶体保护”现象。
胶粒 高分子 胶粒 排斥 胶粒 高分子 排斥
第二章
混
凝
本章主要内容
第一节 混凝的基本理论 第二节 水的混凝机理 第三节 混凝剂与助凝剂 第四节 影响混凝的主要因素 第五节 混合与絮凝反应
第一节 混凝的基本理论
实际原水中，除了一些较大的颗粒、砂粒等能 经自然沉淀去除外，大部分悬浮物是以胶体形式 存在于水中的。水中含有的这些胶体物质，尺度 一般在10-6～10-9m之间。 包括：绝大部分粘土颗粒 (<4μm) 大部分细菌 (0.2~80nm) 病毒及一些高分子量的有机物
1.对混凝剂的要求 • 混凝效果要好，投加与使用方便； • 货源充足，价格便宜； • 饮用水使用的混凝剂必须无毒无害。
常用混凝剂
① 碱式氯化铝[Aln（OH）mCl3n-m] ② 硫酸铝[Al2（SO4）3] ③ 铁盐 ④ 碳酸镁[MgCO3·3H2O] ⑤ 有机合成高分子混凝剂 ⑥ 天然高分子混凝剂

12.水质工程学 I —混凝 §2-2混凝剂和助凝剂§2-3混凝动力学(1)(ppt文档)

一方面颗粒在水中的布朗运动，由布朗运动所造 成的颗粒碰撞聚集称“动所造成的颗粒碰撞聚集称“同向絮 凝”。
一、异向絮凝
假定颗粒为均匀球体，根据费克定律， 可导出颗粒的碰撞速率：
NP=8dDBn2…………………..………
NP ——单位体积中的颗粒在异向絮凝中碰撞 速率；（l/cm3·s）
Al16(OH)40Cl8即为：m = 8 ,n = 5 聚合物或多核络 合物。
又称碱式氯化铝
净化效率高，耗药量少，出水浊度低，色度小， 过滤性能好，原水高浊度时尤为显著；
温度适应性高，pH适用范围宽（pH＝5～9）， 因而可不投加碱剂；
使用操作方便，腐蚀性小，劳动条件好； 设备简单，操作方便，成本较三氯化铁低。
应加入一定量的石灰； 在处理高浊度水时，三氯化铁用量比硫酸铝少； 处理低浊度水时，效果不明显。
FeSO4 • 7H2O，俗称绿矾
腐蚀性较高； 絮体形成较快，较稳定，沉淀时间短； 适用于碱度高，浊度高，pH＝8.1～9.6的水，不
论在冬季或夏季使用都很稳定，混凝效果好，但 原水的色度较高时不宜采用，当pH较低时，常 采用氯来氧化，使二价铁氧化成三价铁。
pH＝5.7～7.8时，主要去除水中悬浮物； pH＝6.4～7.8时，处理浊度高，色度低（小于30 度）的水。
液体硫酸铝：
制造工艺简单； 含Al2O3约6％； 配制使用比固体简单； 使用范围同固体硫酸铝 易受温度及晶核存在影响形成结晶析出； 在南方地区较广使用。
明矾 Al2(SO4)3 • K2SO4 •24H2O
将式代入式
NP

8
3
KTn 2
……………………….
凝聚速度 ：只与颗粒
浓度、水温有关，与

第2章-混凝


三、DLVO理论
静电斥力：ER－1/x2
ER E
范德华引力：EA－1/x6 （有些认为是1/x2或1/x3） Emax（势垒） 布朗运动能量 Eb＝1.5kT<Emax
EA
x>oa 稳定
x>oc 二次凝聚 x<oa 一次凝聚
苏联（ 1938 年）：德加根（ Derjaguin ） 兰道（Landon）
m：聚合度，10
B （碱化度）＝[OH]/3[Al] ×100%（50-80%）
•事先已水解聚合，有效成份多，投加量少。
•对pH变化适应性强。
机理：
吸附电中和与吸附架桥协同作用
铝聚合物形态对混凝的影响？ •“六元环”结构模型（最稳定结构）：6个6配位八面 体的铝原子的结构—— Al6(OH)12(H2O)126+ •“Al13”结构模型：12个6配位八面体的铝原子围绕1个4 配位的铝原子。一般认为Al13是PAC中最佳的凝聚－ 絮凝成份，其含量反映了产品的品质。
高聚合物的吸附架桥
脱稳胶粒 生长成大矾花(Floc)
（可以通过沉淀去除）d=0.6-1.2mm
特点：需要一定时间使矾花长大，搅拌从强弱
在絮凝设备中完成
第4节 混凝剂和助凝剂
一、混凝剂(Coagulant)
无机混凝剂
铁盐形成的絮体比 铝盐絮体密实，但 腐蚀性强，有颜色。
聚合氯化铝 PAC：[Al2(OH)nCl6-n]m
：动力粘度，Pa s
水力搅拌时 p由水流本身能量消耗提供 pV＝gQh
h：水头损失（m） ：密度, kg/m3 Q：流量 g：重力加速度,9.8m/s2 V：水流体积＝QT T：水力停留时间（s）
gh G T

华北理工水质工程学教案02混凝-1混凝机理、混凝剂和助凝剂

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。

πηζ4⋅=DE u V DEu41094⨯⨯=πηζ 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。

πηζ4⋅=DE u VDE u 41094⨯⨯=πηζD —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。

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。

  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

COD<50 mg/L
市政杂用 绿化、洗车 冷却用水
本节思考题 (1)混凝在给水处理和废水处理中的作用？ (2)混凝在给水处理和废水处理应用中，各应注 意什么问题？
补充内容：强化混凝理论
混凝效果的好坏与混凝剂种类、混凝剂投加量、pH 值、 搅拌程度、原水水质、混凝剂和助凝剂投加顺序等有关。
如何提高混凝的效果？ 提出强化混凝理论
(6) 不同形式絮凝池组合应用
每种形式的絮凝池各有其优缺点。不同形式 的絮凝池组合应用可以相互补充，取长补短。往 复式和回转式隔板絮凝池在竖向组合是常用方式 之一，穿孔旋流与隔板絮凝池也往往组合应用。 不同形式絮凝池配合使用，效果良好，但设备形 式增多，应根据具体情况决定。
水力网格絮凝池
表2-3 不同形式絮凝池比较
it
ξ: 局部阻力系数 R i ：第i廊道过水断面水力半径 ν it : 第i廊道转弯处水流速度 C i ：流速系数 v i : 第i廊道内水流速度 m i :第i廊道水流转弯次数
图2-14 往复式隔板絮凝池
图2-15 回转式隔板絮凝池
(2) 折板絮凝池 通常采用竖流式，它将隔板絮凝池的平板 隔板改成一定角度的折板。折板波峰对波谷 平行安装称“同波折板”，波峰相对安装称 “异波折板”。与隔板式相比，水流条件大 大改善，有效能量消耗比例提高，但安装维 修较困难，折板费用较高。其示意图见图216与图2-17。
叠层式的水平沉淀池
水力絮凝池
机械絮凝设备
本节思考题
(1) 如何在工程设备上实现混凝混合阶段和絮凝反 应阶段对水力学条件的要求？ (2) 水力絮凝反应设备有何特点？在工艺设计上应 注意的关键环节是什么？ (3) 你认为混凝设备今后应如何发展？
2.8 混凝的应用
1. 混凝在给水处理的应用 2. 混凝在废水处理的应用
4 4 CDρ 3 P=∑ lω ( r − r ) 2 1 8 1 n
（2-19）
每根旋转轴所需电动机功率：
P N = 1000η 1η 2
（2-20）
② 设计参数 a 絮凝时间10~15分。 b 池内一般设3～4挡搅拌机。 c 搅拌机转速按叶轮半径中心点线速度计算确定，线速 度第一挡0.5m/s逐渐减小至末挡的0.2m/s。 d 桨板总面积宜为水流截面积的10～20％，不宜超过75 ％，桨板长度不大于叶轮半径的75％，宽度宜取10～ 30cm。 ③ 优缺点 机械絮凝池的优点是调节容易，效果好，大、中、小 水厂均可，但维修是问题。
①流速：起端0.5-0.6m/s，末端0.2-0.3m/s段数：4~6段； ②转弯处过水断面积为廊道过水断面积的1.2~1.5倍； ③絮凝时间：20~30min； ④隔板间距：不大于0.5m，池底应有0.02~0.03坡度直径不 小于150mm的排泥管； ⑤廊道的最小宽度不小于0.5m； v2 v i2 ⑥各段的水头损失hi = ξm i 2 g + C 2 ， l i i Ri 总水头损失： h = ∑ hi
投药 套管 塑料管 孔板 药剂 管道 原水 锥帽 静态混合器 单元混合体 管道 原水 挡板 支架
原水管
图 2-12 管式静态混合器
图 2-13 扩散混合器
(3) 机械混合 在池内安装搅拌装置，搅拌器可以是桨板 式、螺旋桨式，速度梯度700~1000s-1，时间 10~30s以内，优点是混合效果好，不受水质 影响，缺点是增加机械设备，增加维修工作。
(2) 管式混合 管式静态混合器：流速不宜小于1m/s，水头损 失不小于0.3~0.4m，简单易行，见图2-12。 扩散混合器：是在管式孔板混合器前加一个锥 形帽，锥形帽夹角90°。顺流方向投影面积为进 水管总截面面积的1/4，开孔面积为进水管总截面 面积的3/4，流速为1.0~1.5m/s，混合时间2~3s。 节管长度不小于500mm。水头损失约0.3~0.4，直 径在DN200~DN1200，见图2-13。
所谓强化混凝：是指为提高常规混凝效果所采取的一系 列强化措施,即确定混凝的最佳条件(混凝剂种类、混凝剂 投加量、pH 值等),增大絮体对水中超微颗粒的碰撞、吸 附和脱除作用,降低出水浊度,提高对有机物的去除率。
强化混凝去除有机物机理 一般水中有机物是通过电性中和、吸附架桥、网捕沉淀得以去除
而对于溶解态有机物， 在一般混凝条件下去除率很低, 主要原因是 由于其具有良好的亲水性而不易被混凝剂的水解产物- 金属氢氧化物 所吸附。因此,必须通过强化混凝改善混凝处理条件,提高去除率。 强化混凝去除溶解态有机物的作用机理：包括化学沉淀作用和固体物 质表面的吸附沉淀作用。 带正电荷的金属离子及其水解聚合产物可能 同有机物所带的官能团反应， 生成不溶性腐殖酸盐或配合物， 然后发 生沉淀， 即化学沉淀； 此外， 有机物还可能混合到金属氢氧化物矾花 之中或水中所含黏土矿物之中， 被吸附而发生共沉淀。 一般认为, 在较低混凝剂投量和较低 pH 值条件下,第一个机理发挥 主导作用； 而在较高混凝剂投量和较高 pH 值条件下,第二个机理发挥 主导作用。
2.7.2 絮凝设备
(1) 隔板絮凝池 隔板絮凝池分往复式和回转式，见图2-14与图2-15。 隔板絮凝池的水头损失由局部水头和沿程水头损失 组成。往复式总水头损失一般在0.3~0.5m，回转式的 水头损失比往复式的小40％左右。 隔板絮凝池特点：构造简单、管理方便，但絮凝效 果不稳定，池子大。适应大水厂。 隔板絮凝池的设计参数：
(4) 穿孔旋流絮凝池
由若干方格组成。分格数一般不少于6格。流速逐 渐减小，G也相应减小以适应絮凝体形成，孔口流速 宜取0.6～1.0m/s，末端流速宜取0.2～0.3m/s。絮凝时 间15～25min。穿孔旋流絮凝池的平面示意图见图219。 穿孔旋流絮凝池的优点是构造简单，施工方便， 造价低，可用于中、小型水厂或与其他形式的絮凝池 组合应用。
回转式隔板 絮凝池
折板絮凝池
网格（栅条） 优点：絮凝时间短，絮凝效果较好，构造简单 缺点：水量变化影响絮凝效果 絮凝池 机械絮凝池
优点：絮凝效果较好，水头损失小，适应水质和 大小水厂， 水量变化 水质水量变化较大水厂 缺点：需机械设备和经常维修
水力网格絮凝池
第三节 混合、反应、沉淀
第二章 常规处理单元和工艺
2.8.1 混凝在给水处理中的应用
以地面水为水源的给水处理工艺： 原水⇒ 混凝⇒ 沉淀⇒ 过滤⇒ 消毒⇒ 饮用水 •以地面水为水源时，去除浊度和细菌。 •经混凝沉淀后一般浊度小于10度。
2.8.2 混凝在废水处理中的应用
(1) 工业废水： 用于处理特殊废水，脱色、去除悬浮物等。 ① 印染废水处理：适用于含颜料、分散染 料、水溶性分子量较大的等染料废水处理。 •混凝剂选择与染料种类有关，需做混凝试验。 •可以单独用无机混凝剂，也可和高分子絮凝剂 联用。
例：某针织厂废水TOC为50~60mg/L， pH值为7.5。 采用PAC混凝剂，投加量为140mg/L时， TOC去除率为68％。
② 含油废水处理： 乳化油颗粒小、表面带电荷，加混凝剂，压缩双电层。 通常采用混凝气浮工艺。 例：某炼油厂废水加PAC采用二级气浮 原水含油50 ~100mg/L 投加PAC50mg/L一级气浮出水，油20~30mg/L PAC30mg/L二级气浮出水，油15~20mg/L
CDρ 3 3 dPi = ω r ldr 2
（2-17）
第i块桨板克服水的阻力所耗功率：
4 4 CDρ 3 3 CDρ 3 Pi = ∫ lω r dr = lω ( r − r ) 2 1 r1 2 8 r2
（2-18）
设每根旋转轴在不同旋转半径上装相同数量的桨板，则每 根旋转轴全部桨板所耗功率：
（2）网格 下面进出水 上面进出水 进水 平面布置 水流向上 水流向下
（3）栅条
图 2-20 网格（或栅条）絮凝池平面示意图
（图中数字表示网格层数）
网格絮凝池效果好，水头损失小， 絮凝时间较短，但还存在末端池底积 泥现象，小数水厂发现网格上滋生藻 类、堵塞网眼现象。其设计参数见表 2-2
表2-2
上面进水 下面进水
图 2-19 穿孔旋流絮凝池平面示意图
(5) 网格、栅条絮凝池 网格、栅条絮凝池设计成多格竖井回流 式。每个竖井安装若干层网格或栅条，各竖 井间的隔墙上、下交错开孔，进水端至出水 端逐渐减少，一般分3段控制。前段为密网或 密栅，中段为疏网或疏栅，末段不安装网、 栅。网格（栅条）絮凝池的示意图见图2-20。
絮 凝 池 型 栅条缝隙 絮凝池分 或网格孔 段 眼尺寸 （mm） 前段 （安放密 栅格） 中段（安 装疏栅条） 末段（不 安放栅条） 前段（安 80×80 放密网格） 中段（安 100×1 装疏网格） 00 末段（不 安放网格）
栅条、网格絮凝池主要设计参数
竖井之 竖井平 过栅或过 间孔洞 均流 速 网流速 流诉 （m/s） （m/s） m/s) 0.12～ 0.14 0.12～ 0.14 0.10～ 0.14 35 35 0.12～ 0.14 0.12～ 0.14 0.10～ 0.14 0.25～ 0.30 0.22～ 0.35 0.25～ 0.30 0.22～ 0.25 0.30～ 0.20 0.20～ 0.15 0.10～ 0.14 0.30～ 0.20 0.20～ 0.15 0.10～ 0.14 ≥16/60 ～70 ≥16/60 ～70 栅条或间 格构件布 设层数 （层）/ 层距 （cm） ≥16/60 ≥8/60 絮凝 流速梯 度（s时间 mm ） 1）
水流向上
水流向下
出水
Ⅲ Ⅱ
A
平面图
Ⅰ
进图 2-17 多通道折板絮凝池示意
(3) 机械絮凝池
机械絮凝池的剖面示意见图2-18。 搅拌器有浆板式和叶轮式，按搅拌轴的安 装位置分水平轴式和垂直轴式。 第一格搅拌强度最大，而后逐步减小，G 值也相应减小，搅拌强度决定于搅拌器转速 和桨板面积。
形式 往复式隔板 絮凝池 优缺点 适用条件 优点：絮凝效果较好，构造简单，施工方便 ≥30000m3/d 缺点：絮凝时间长，水头损失较大，转折处絮体 水量变动小 易碎，出水流量不易分配均匀 优点：絮凝效果较好，水头损失较小，构造简单，≥30000m3/d 管理方便 水量变动小 缺点：出水流量不易分配均匀 旧池改造 优点：絮凝时间短，絮凝效果好 缺点：构造复杂，水量变化影响絮凝效果 水量变化不大 水量变化不大 水量：1.0～2.5万 m3/d