东华大学水污染控制第五次作业答案以及总结

1. 化学混凝法的原理和适用条件是什么？城镇污水的处理是否可用化学沉淀法，为什么？

（1）原理：水中悬浮杂质大都可以通过自然沉淀的方法去除，而胶体及微小悬浮物，沉速缓慢，须经混凝沉淀方可去除。化学混凝的机理涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pH值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。但归结起来，可以认为主要是三方面的作用：

① 压缩双电层作用：水中胶粒能维持稳定的分散悬浮状态，主要是由于胶粒的ζ电位。如能消除或降低胶粒的ζ电位，就有可能使微粒碰撞聚结，失去稳定性。在水中投加电解质———混凝剂可达此目的。

② 吸附架桥作用：三价铝盐或铁盐以及其他高分子混凝剂溶于水后，经水解和缩聚反应形成高分子聚合物，具有线性结构。这类高分子物质可被胶体微粒所强烈吸附。因其线性长度较大，当它的一端吸附某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的粗大絮凝体。这种由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程，称为絮凝。

③ 网捕作用：三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等微粒，使胶体粘结。 上述三种作用产生的微粒凝结理象———凝聚和絮凝总称为混凝。

适用条件：混凝处理对象：胶体、细小悬浮物、溶解性大分子有机物（疏水性）。

混凝用途：生活饮用水处理、工业废水处理、城市污水三级处理、污泥处理等。

（2）在城市污水处理方面，过去很少采用化学混凝的方法，因为混凝剂的发展还没有现在这么先进，比较贵，处理城市污水成本太高。近年来化学混凝剂的品种和质量都有较大的发展，使化学混凝法处理城市污水(特别在发展中国家)有一定的竞争力。与常规一级处理相比，混凝法一级处理能够大幅度提高有机污染物的去除效率，且运行费用较低(处理成本仅为0.3～0.5元/m3)，同时还能取得较好的TP去除效果，达到抑制水体富营养化的作用。

国内的研究成果表明，采用无机混凝剂处理低浓度生活污水时，对COD的去

除率可达70%以上。在武汉水质净化厂，当进水BOD5>80mg/L、PAC投加量为50mg/L、有机高分子絮凝剂M1011投加量为0.15mg/L时，对BOD5和TP的去除率均可达到60%，出水SS≤30mg/L。

国外的研究相对更多，尤其美国对于混凝技术在给水处理中的研究和应用较多，且在城市污水处理中也有报道。美国洛杉矶市的Hyperion污水处理厂采用一种阴离子高聚物(0.15mg/L)，与10mg/L的FeCl3复配处理城市污水，连续运行6a，SS和BOD5的一级处理去除率稳定在83%和51%左右，同时对磷和重金属的去除效果也很好，而其基建费和运行费却只有二级处理厂的30%左右。南加利福尼亚4大污水处理厂通过对传统一级处理的工艺进行改进，投加FeCl3混凝剂和部分助凝剂，处理效果大幅度提高。改进后的一级处理工艺，SS去除率达到了85%，BOD5的去除率增加到50%以上。

此外，英国、埃及、日本和挪威等国对混凝的研究和应用均有较多成功的实例。近年来，随着环境保护力度的加强，混凝技术在我国也得到一定的发展。

2. 化学混凝剂在投加时为什么必须立即与处理水充分混合，剧烈搅拌？

影响混凝效果的因素较复杂，主要有水温、水质和水力条件等。水温对混凝效果有明显的影响。无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，水温低时，水解困难。水的pH值对混凝的影响程度视混凝剂的品种而异。水中杂质的成分性质和浓度水中杂质的成分、性质和浓度都对混凝效果有明显的影响。水力条件混凝过程中的水力条件对絮凝体的形成影响极大。

此问题属于水利条件的影响。化学混凝剂投加后的整个混凝过程可以分为两个阶段：混合和反应。水力条件的配合对这两个阶段非常重要。

（1）混合阶段的要求是使药剂迅速均匀地扩散到全部水中以创造良好的水解和聚合条件，使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。在此阶段并不要求形成大的絮凝体。混合要求快速和剧烈搅拌，在几秒钟或一分钟内完成。

（2）反应阶段的要求是使混凝剂的微粒通过絮凝形成大的具有良好结大而逐渐降低，以免结大的絮凝体被打碎。

3. 化学沉淀法与化学混凝法在原理上有何不同？使用药剂

有何不同？

化学沉淀法是向废水中投加某种化学物质，使与废水中的一些离子发生反应，生成难溶的沉淀物而从水中析出（主要看生成难溶盐的溶度积），以达到降低水中溶解污染物的目的。溶度积（KS）是常数，其数值可参阅有关的化学手册。当能结合成难溶盐的两种离子的浓度之积超过此盐溶度积时，该盐将析出，而这两种离子的浓度将下降，需要去除的离子就与水分离。化学沉淀试剂多为无机盐。

而化学混凝法是由于投加的混凝剂发生压缩双电层作用、吸附架桥作用、网捕作用等作用，使预处理的微小颗粒发生凝聚，聚结成大颗粒从而达到分离目的。

不同：两种方法的原理及处理目标均不同，使用的药剂也不同。废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中的阳离子如Hg2+、Ca2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr2+等，阴离子如SO42+、PO43-等无机盐类，而化学混凝剂除了无机盐类还有无机高分子混凝剂、有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂，随着混凝剂的研究发展，种类也越来越多，效果与经济性也得到提高。

无机高分子混凝剂：以其投药量少、无毒或低毒、价廉和处理效果好等优点，越来越受到人们的重视，逐渐成为给水、工业废水和城市污水处理的主流混凝剂。目前应用比较多的还是聚铝、聚铁两大系列，如PAC、PAFC等，但是新型的聚硅、聚磷和聚硫也不断面世，并显现出不凡的混凝效果，如聚硅酸铝、聚磷酸铁等。

有机高分子絮凝剂：有机高分子絮凝剂可分为天然和合成两大类。合成有机高分子絮凝剂由于分子量大，分子链官能团多的结构特点，在市场上占绝对优势，其中以聚丙烯酰胺系列最为广泛，由于其残留单体具有毒性，限制了其在某些水处理领域的发展；天然有机高分子絮凝剂由于原料来源广泛，价格低廉，无毒，易于生物降解等特点显示了良好的应用前景，但由于其电荷密度小，分子量较低，且易发生生物反应而失去絮凝活性，使其用量远小于有机合成高分子絮凝剂。

微生物絮凝剂：它是利用生物技术，从微生物体或其分泌物中提取、纯化而获得的一种安全、高效，且能自然降解的新型水处理絮凝剂。微生物絮

凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的安全与环境污染方面的缺陷，易于生物降解，无二次污染等。

4. 什么是胶体的稳定性？其产生原因？如何破坏稳定性？

（1）胶体稳定性

根据研究可知，胶体微粒都带有电荷。天然水中的黏土类胶体微粒以及污水中的胶体蛋白质和淀粉微粒等都带有负电荷，它的中心称为胶核。其表面选择性地吸附了一层带有电荷的离子，这些离子可以是胶核的组成物直接电离而产生的，也可以是从水中选择吸附离子而造成的。这层离子称为胶体微粒的电位离子，它决定了胶体电荷的大小和电性。由于电位离子的静电引力，在其周围又吸附了大量的电荷相反的离子，形成了所谓双电层。这些离子，其中紧靠电位离子的部分被牢固地吸引着，当胶核运行时，它也随着一起运动，形成固定的离子层。而其他的离子，离电位离子较远，受到的引力较弱，不随胶核一起运动，并有向水中扩散的趋势，形成了扩散层。固定的离子层与扩散层之间的交界面称为滑动面。滑动面以内的部分称为胶粒，胶粒与扩散层之间，有一个电位差。此电位称为胶体的电动电位，常称为ζ电位。而胶核表面的电位离子与溶液之间的电位差称为总电位或ψ电位。

原因：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质成为胶体的稳定性，胶体具有稳定性主要原因：

a.动力学稳定性，粒子的分散度越大，密度越小，介质的密度和黏度越大，胶体的动力学稳定性越大。一般水中的胶粒，ζ电位较高。其相互间斥力不仅与ζ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胶粒推近到使范德华力发挥作用的距离。因此，胶体微粒不能相互聚结，而是长期保持稳定的分散状态。

b.胶体电荷的稳定作用。由于胶体颗粒带有同性电荷，因此颗粒间具有静电斥力，当胶粒间静电斥力大于两胶之间的吸引力时，不利于颗粒的聚集，胶粒具有一定ζ电位值，是胶粒稳定的主要原因。

c.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，水化膜能阻止胶粒间相互接触而保持一种稳定状态。

（2）破坏稳定性的方法

升高温度能减弱胶体对粒子的吸附,破坏胶团的水化膜,使胶粒运动加快,增加胶粒间的碰撞机会,从而使胶粒聚沉,也就是破坏它的稳定性；

加入电解质，就是因为加热后,胶粒获得了更多的能量，所以变得不稳定，才会减小对离子的吸附，所以才会聚沉。

加入盐类、絮凝剂等，降低胶体的ζ电位，能破坏其稳定性而使之沉降，也可以破坏胶体的稳定性。

调节ph值等。

5. 什么是胶体的双电层结构？什么是胶体的电动电位？

根据研究可知，胶体微粒都带电荷。天然水中的黏土类胶体微粒以及污水中的胶态蛋白质和淀粉微粒等都带有负电荷，它的中心称为胶核，其表面选择性地吸附了一层带有电荷的离子，它决定了胶粒电荷的大小和电性，由于电位离子的静电引力，在其周围又吸附了大量的电荷相反的离子，形成了双电层结构。

在双电层结构中的离子，其中紧靠电位离子的部分被牢靠的吸引着，当胶核运行时，它也随着一起运动，形成固定的离子层。而其它离子，离电位离子较远的，受到的引力较弱，不随胶核一起运动，并有向水中扩散的趋势，形成了扩散层。固定的离子层与扩散层的交界面称为滑动面，滑动面以内的部分称为胶粒，胶粒与扩散层间的电位差称为胶体的电动电位。

6. 影响混凝效果的主要因素是什么？为什么？

（1）水温

水温对混凝效果影响很大，尤其是水温低时混凝效果较差，因为低温时絮体形成缓慢，絮体粒径小、松散，不利于沉降。

低温不利混凝的原因：

①水温影响无机盐类的水解，由于无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，水温低时，水解反应慢。如硫酸铝的最佳反应温度是35～40℃，当水温低于5℃时，水解速度变慢；

②低温水的粘度大，布朗运动减弱，颗粒之间碰撞机会减少，不利于脱稳胶粒相互絮凝，同时水流剪切力增大，影响絮凝体的成长，进而影响后续沉淀处理的效果；

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