《化工絮凝技术培训》

絮凝技术胡勇有华南理工大学环境科学与工程学院2007年3月～7月1整理ppt胡勇有办公室：８７１１４７０６１３６０２７４６１２５ppyyhu@2整理ppt授课方式课堂学时：30学时讲座方式：讲7次，5次理论，2次实例讨论：1～2次课外：100学时3整理ppt考试方式闭卷考试大作业：工程实例〔包括：水质水量、工艺流程简图及流程说明、主要构筑物参数、药剂、运行参数、运行结果等〕论文〔研究论文、综述论文等〕要求按正式编辑论文格式4整理ppt5整理ppt

问题为什么要调节pH值？参加CaCl3的作用是什么？参加FeCl3的作用是什么？参加助凝剂的作用是什么？沉淀后为什么还要过滤？又为什么还要经离子交换处理？6整理ppt

第一章概论

第一节前言掌握凝聚的根本理论絮凝作用机理、动力学影响絮混凝效果的各种因素掌握絮凝技术的研究方法：性能、机理、药剂制备、应用(筛选、工艺条件优化〕了解絮凝技术的开展方向和前沿问题7整理ppt

第二节参考书目?水化学?天然水体化学平衡导论AquaticChemistryW.StummJ.J.Morgan汤宏霄译，科学出版社，1987?当代给水与废水处理原理讲义?许保玖、胡家骏编著，清华大学出版社，2001?论水的混凝?巴宾科夫著，郭连起译，中国建筑工业出版社，1986?高分子水处理剂?〔日〕永泽编，译本?絮凝技术?〔英〕R.艾克斯著，原子能出版社，1981?絮凝化学和絮凝剂?马青山，贾瑟等，中国环境科学出版社，1988〈TheoryandPracticeofSolid-LiquidSeperation〉Uni.ofHouston1975?固液别离?，〔英〕L.Svarovsky著，原子能出版社?投药与混合技术?朱月海编著，中国环境科学出版社，1992?化学絮凝剂作用原理?徐晓军，2005科学出版社?微生物絮凝剂?胡勇有，2006，化工出版社8整理ppt

第三节中文现刊X1环境科学学报X2环境科学研究X3环境科学与技术X7化工环保X8环境X9环境保护科学X16环境科学丛刊X17环境工程9整理ppt

中文现刊X18环境污染与防治X19中国环境科学X21中国环境监测X22环境导报X2.0国外环境科学技术X环境化学X1环境科学10整理ppt中文现刊X1.10长江流域资源与环境TQ08.6工业水处理TQ08.2水处理技术TQ08.8化工给排水设计TU79-7给水排水TU719中国给排水11整理ppt

第四节英文现刊X51/C07WaterResearchX5/B14EnvironmentalProgressX5/LB02WaterAir&SoilPollutionX503/B10Eco-toxicology&EnvironmentalSafetyX505/B03PollutionEngineering715B84-2ResearchJournalofWaterPollutionControlFederation(JWPCF)12整理ppt英文现刊TU991/B05WaterEnvironmentalResearchTU991/C03WaterServicesX/B12EnvironmentalScience&TechnologyTU993/C06Water&WasteTreatment057/LB02SurfaceScience0648/LB03AdvancesinColloid&InterfaceScience13整理ppt14整理ppt15整理ppt

第五节絮凝技术的主要内容絮凝剂的研究与开发应用絮凝反响器和混凝构筑物的研究与开发絮凝反响过程控制与自动化16整理ppt絮凝剂的定义但凡用来将水溶液中的溶质、胶体或者悬浮物颗粒产生絮状物沉淀的物质都叫做絮凝剂在一个水溶液中使用两种或两种以上的物质使其产生絮状沉淀时，可把这些物质称作复合絮凝剂絮凝剂与聚电解质的区别无机高分子絮凝剂有机高分子絮凝剂17整理ppt

无机阳离子絮凝剂无机低分子絮凝剂无机阴离子絮凝剂无机絮凝剂铝盐无机高分子絮凝剂无机高分子絮凝剂铁盐无机高分子絮凝剂絮凝剂人工合成阳离子有机高分子人工合成有机高分子人工合成阴离子有机高分子

人工合成非离子有机高分子有机絮凝剂微生物絮凝剂天然有机高分子絮凝剂改性天然高分子18整理ppt无机阳离子絮凝剂三氯化铝〔A1C13.6H2O〕硫酸铝[A12〔SO4〕3.18H2O]硫酸亚铁(FeSO4.7H2O)三氯化铁(FeCl3.6H2O)硫酸铁[Fe2(SO4)3.nH2O]等19整理ppt无机阴离子氧化钙CaO氢氧化钙〔石灰水〕Ca(OH)2氢氧化钠NaOH氯化钙CaCl3碳酸钠Na2CO3等20整理ppt无机高分子絮凝剂聚合氯化铝[A12(OH)mCl6-m]n聚合硫酸铝[Al2(OH)m(SO4)3-m/2]n聚合氯化铁[Fe2(OH)mCl6-m]n聚合硫酸铁[Fe2(OH)m(SO4)3-m/2]n21整理ppt合成阳离子型有机高分子絮凝剂丙烯酰胺-甲基丙烯酸-2-羧基丙脂基三甲基氯化铵共聚物丙烯酰胺-甲基丙烯酸乙脂基三甲基氯化铵共聚物丙烯酰胺-甲基丙烯酸乙脂基三甲基铵硫酸甲脂共聚物丙烯酰胺-丙烯酸乙脂基三甲基铵硫酸甲脂共聚物聚二甲基二烯丙基氯化铵丙烯酰胺-二甲基二乙烯丙基氯化铵共聚物乙-羧基丙基二甲基氯化铵-二〔乙-羧基丙基〕烷基氯化铵共聚物聚2-羧基丙基二甲基氯化铵聚三聚氰胺缩甲醛22整理ppt丙烯酰胺-丙烯酸乙胺的共聚物丙烯酰胺-甲基丙烯酸-N-二甲基乙胺脂的共聚物丙烯酰胺-N-N-二甲基胺基丙烯酰胺共聚物聚N、N-二甲基-1-羧基乙基-2-羧基丙胺聚亚胺聚环眯基乙烯聚苯乙烯四甲基氯化铵聚乙烯咪唑啉聚2-羧基丙基-N-二甲基氯化铵聚二烯丙基二甲基氯化铵23整理ppt合成阴离子型有机高分子絮凝剂聚丙烯酸钠聚苯乙烯磺酸钠丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物顺丁烯二酸酐-乙酸乙烯脂共聚物甲基乙烯基醚顺丁烯二酸酐共聚物甲基丙烯酸甲脂-顺丁烯二酸钠共聚物苯乙烯-丙烯酸钠共聚物聚乙烯醇-丙烯酸钠共聚物丙烯酰胺-乙烯基磺酸钠共聚物三聚氰胺缩甲基-丙烯酸钠共聚物24整理ppt合成非离子型有机高分子絮凝剂聚乙烯醇聚乙烯基甲基醚聚丙烯酰胺聚氧化乙烯聚乙烯吡咯烷酮聚乙烯乙烯脂水解产物聚烷基酚-环氧乙烷25整理ppt天然有机高分子絮凝剂微生物絮凝剂纤维素三醋酸纤维素淀粉阳离子改性淀粉淀粉醚丙烯酰胺-淀粉接枝共聚物环糊精26整理ppt植物树胶CG-AF691甲壳素果胶多糖木质素的双环氧化物聚乙二醇交联的木质素蜡藻类蛋白质动物胶骨胶27整理ppt第三章胶体和悬浮物

第一节胶体的性质胶体带电荷胶体的布朗运动胶体的丁达尔效应28整理ppt

第二节胶体和悬浮物颗粒大小表3-1颗粒大小分类

体系cmnmÅ

溶质＜10-7＜1＜10胶体1×10-7—1×10-41—10310--104悬浮物10-4—10-2103—105104--106可沉淀物＞10-2＞105＞106Å=10-8cm=0.1nm29整理ppt胶体：0.1～0.001μ的粒子，工程范围：1～0.001μ能通过滤纸，扩散极慢，不能渗透金属氢氧化物、蛋白质、有机高分子、粘土等线性分子：含有103～109个原子的分子都属于胶体颗粒，而不管其绝对尺寸水中绝大局部粘土颗粒〔＜4μ〕，大局部细菌〔0.2～80nm〕,病毒(10～300nm)都为胶体蛋白质为线性分子分子量约104～3×105,聚丙烯酰胺在分子量500万时,展开长度约为20μ,相当于含有7×105个原子的线性分子,亦为胶体颗粒30整理ppt胶体：10--104

Å悬浮物：104--106Å水：0.958Å1百万PAM：3.5×104Å31整理ppt第三节胶体和悬浮物颗粒的电荷来源电离作用离子溶解离子吸附晶格取代32整理ppt

第四节扩散双电层Helmhollz提出平行板双电层理论扩散双电层理论Gouy扩散双电层理论Stern理论模型Grahame模型33整理ppt

图3-1斯恩特双电层示意图34整理ppt图3-2固体颗粒的斯恩特双电层模型35整理ppt

图3-3双电层和扩散层的厚度36整理ppt

图3-4双电层厚度37整理ppt

图3-5格雷厄姆双电层模型38整理ppt

第四章絮凝剂的性质

第一节无机絮凝剂的性质

硫酸铝分子式为：A12〔SO4〕3.18H2O白色粉末状或块状有涩味在水中发生水解反响，水解速度缓慢工业品含约20～25%；含20～30%不溶物，使用时需去除残渣化学纯含约50～60%使用pH值范围6.0～7.8。当pH=4～5.7时，去除水中有机物为主；当pH=5.7～7.8时，去除水中悬浮物为主；当pH=6.4～7.8时，可以处理高浊度废水和低色度废水适合的水温：20℃～40℃通常用量15～100mg/l高浓度的水溶液有腐蚀性39整理ppt硫酸亚铁又名绿矾分子式：FeSO4.7H2O呈蓝绿色含铁20%颗粒状、粉末状、晶体状具有复原作用使用pH值范围8.1～9.6易水解水温影响较小适用于浓度大，碱性强的废水絮凝作用稳定，反响快，絮凝效果良好缺点是需要调碱度，投量大，出水带颜色腐蚀性强40整理ppt三氯化铁分子式：FeCl3.6H2O片状和块状，六方晶系吸湿性强，易溶于水，同时水解生成棕色絮状的氢氧化铁沉淀。溶解于水时，产生氯化氢气体，污染环境强氧化剂，能溶于乙醇、乙醚、苯胺等有机溶剂残渣量少可用于活性污泥脱水使用的pH值范围6.0～11.0，最正确pH值范围6.0～8.4通常的用量为5～1000mg/l1絮凝体粗大，沉淀速度快，不受温度的影响处理高浊度水效果显著腐蚀性大，腐蚀混凝土，并使某些塑料变形41整理ppt聚合氯化铝化学通式为：[A12(OH)mCl6-m]nn≤10，m=1～5无色或黄色固体〔粉末、结晶状，与碱化度相关〕属无机高分子化合物具有架桥作用和专属吸附性能使用的pH值范围5～9水温影响不大用量少，絮凝效果好腐蚀性小42整理ppt

聚合硫酸铁化学通式为：Fe2(OH)m(SO4)3-m/2]nn≤10，m=1～5使用的pH值范围5.0～8.5适合的水温为20℃～40℃絮凝效果良好，沉淀速度快残留铁比三氯化铁少，腐蚀性也比三氯化铁小在无机絮凝剂中，它对COD的去除率和脱色效果最好43整理pptAl〔III〕的水解[Al(H2O)6]+3+H2O→

H3O++[Al(H2O)5(OH)]+2[Al(H2O)5(OH)]+2+H2O→

H3O++[Al(H2O)4(OH)2]+[Al(H2O)4(OH)2]++H2O→

H3O++[Al(H2O)3(OH)3][Al(H2O)3(OH)3]+H2O→H3O++[Al(H2O)2(OH)4]-[Al(H2O)2(OH)4]-+H2O→

H3O++[Al(H2O)(OH)5]2-[Al(H2O)(OH)5]2-+H2O→H3O++[Al(H2O)6]3-44整理ppt图4-1Al(OH)3溶液平衡时的组成

A.气浮和澄清别离B.过滤别离C.Al(OH)4-D.Al13(OH)5+

E.Al7(OH)174+F.Al3+G.Al(OH)3+45整理pptFe〔III〕的水解

Fe(H2O)63++H2O→〔Fe(H2O)5(OH)〕2++H3O+〔Fe(H2O)5(OH)〕2++H2O→〔Fe(H2O)4(OH)2〕++H3O+〔Fe(H2O)4(OH)2〕++H2O→Fe(H2O)3(OH)3+H3O+

Fe(H2O)3(OH)3+H2O→〔Fe(H2O)2(OH)4〕-+H3O+46整理ppt图4-2Fe(OH)3溶液平衡时的组成

A.气浮和澄清别离B.过滤别离C.Fe(OH)4-

D.Fe(OH)2+E.Fe(OH)2+F.Fe3+G.Fe(OH)24+47整理ppt

图4-1、4-2的意义两个图是根据溶解度和水解平衡常数计算得出来的图的A区适合于使用空气气浮法和澄清法的固-液别离B区适合于直接过滤法，其pH范围为6.0～8.5絮凝剂的用量：在A区为33～200mg/l；在B区为3.3～20mg/l在B区范围内进行别离操作时，需要添加阳离子型有机高分子絮凝剂这两个图，对于使用空气气浮法处理水是很有用的48整理ppt

图4-3铁和铝的水合氧化物

的Z电位与pH值的关系49整理ppt

图4-4

Al(H2O)63+离子50整理ppt

图4-5

Al2(H2O)2(OH)84+双分子离子51整理ppt

图4-6

Al16(H2O)24(OH)3612+高分子52整理ppt

第二节无机低分子絮凝剂

存在的问题铝盐：常受盐类影响。当水中含盐量高时，需增加药量，活性污泥的含水率增高，体积大，水分高，增加污泥处理难度氯离子的影响，很活泼、不水合、带负电荷，穿透性含硫化合物废水〔例如：纺织印染废水、石油工业废水、酸法造纸废水、某些化工废水〕，用铁盐不利。硫化物使Fe3+复原成Fe2+，同时生成三硫化二铁和硫化亚铁的混合物。该混合物呈胶体状态，带负电荷，很难形成絮凝沉淀使用铁盐的另一个问题是，三氯化铁具有很强的腐蚀性和在水中残留铁离子。设备受到限制，水质受影响使用无机低分子絮凝剂时，一般反响较慢，沉淀速度较慢53整理ppt第三节有机高分子絮凝剂的性质分子量大小分子结构电荷密度大小电荷性质54整理ppt分子量〔平均分子量〕分布范围≥1千万分子量很〔极〕高的高分子絮凝剂1百万～1千万分子量高的高分子絮凝剂二十万～1百万分子量中等的高分子絮凝剂十万～二十万分子量低的高分子絮凝剂五万～十万分子量比较低的高分子絮凝剂＜五万分子量很〔极〕低的高分子絮凝剂55整理ppt

图4-7高分子絮凝剂的分子量分布56整理ppt电荷密度来源：带电的官能团通过控制共聚物分子中带电荷的链节与不带电荷链节的摩尔比，便可控制有机高分子絮凝剂的电荷密度聚丙烯酰胺的链节不带电荷，因此，用阳离子高分子与聚丙烯酰胺共聚能够得到很高的分子量。所以，常用聚丙烯酰胺与带电荷的离子型单体接枝共聚来降低电荷密度和增加分子量电荷密度高的絮凝剂，其带电荷的链节占的比例大，这局部的价格高，本钱高，且絮凝效果不如电荷密度低、分子量高的絮凝剂效果好57整理ppt有机高分子絮凝剂的结构和形态伸展结构和无规线团结构高分子絮凝剂是线形结构时，絮凝效果良好，环状结构能使絮凝效果降低电场电位58整理ppt图4-8具有短侧链和长侧链

的伸展型高别离子59整理ppt图4-9高分子离子形态和电位剖面60整理ppt

图4-10伸展开的高分子离子

和它的电场61整理ppt

图4-11最大电位值和电位隧道

的立体示意图62整理ppt

图4-12无规线团高分子离子的四个电位区

A.无电位作用溶液B.影响到高分子离子球面上的弱电位

C.电位隧道D.带电官能团附近的电位极大值63整理ppt

第四节有机高分子絮凝剂的特点

和存在的问题用量小，絮凝能力强，沉淀速度快，处理时间短，效率高，产生的污泥较容易处理绝大多数人工合成的有毒性有些产品只能是稀溶液，运输、储存有困难产生的污泥体积庞大硫化物与阳离子型有机高分子絮凝剂起化学反响，形成共价键。会降低电荷的中和作用和桥联作用，对絮凝作用干扰很大。会增加用药量64整理ppt提问胶体的特性是什么？胶体的大小、水体中哪些物质能形成胶体？无机低分子絮凝剂存在哪些缺点？有机高分子絮凝剂的分子量发布怎样？有机高分子絮凝剂的特点与缺限？65整理ppt

第五章絮凝作用机理格鲁奇(Grutsh)定义凝聚作用：中和胶体和悬浮物颗粒外表电荷，使其克服胶体和悬浮物颗粒的静电排斥力，从而使颗粒脱稳的过程称作凝聚作用絮凝作用：胶体和悬浮物颗粒在高分子絮凝剂的作用下，桥连成为粗大的絮凝体的过程凝聚作用是颗粒由小到大的量变过程；絮凝作用是量变过程到达一定程度时的质变过程絮凝化学：研究絮凝作用机理、絮凝剂性质、胶体或悬浮物颗粒的性质、影响絮凝作用的各种条件的科学66整理ppt

第一节DLVO理论DLVO理论是用胶体颗粒间的吸引能和排斥能的相互作用，产生的相互作用能，来解释胶体的稳定性和产生絮凝沉淀的原因胶体颗粒间的排斥能胶体颗粒间的吸引能胶体颗粒间的相互作用能67整理ppt图5-1颗粒外表电荷相互作用能曲线

VA—吸引能VR—排斥能VT—相互作用能

Vm—能峰D—颗粒外表间距离68整理ppt颗粒间的距离很小和很大时，相互作用能以吸引能为主，能够形成絮凝体当颗粒间的距离处于中等程度时，相互作用能以排斥能为主，颗粒处于稳定状态，不能形成絮凝体颗粒相距很远时，吸引能和排斥能都等于零曲线VT有两个最小能量值。颗粒间的相互作用能到达第一或第二最小能量值时，便产生絮凝沉淀曲线VT存在能量障碍。颗粒间相互作用能曲线VT有一个能量峰Vm。能量峰Vm是颗粒凝聚和絮凝的能量最大障碍69整理ppt图5-2电解质对相互作用能的影响

VA—吸引能VR1、VR2、VR3—排斥能的降低

VT1、VT2、VT3—对应VR1、VR2、VR3的相互作用能

D—带电颗粒外表间的距离70整理ppt四种絮凝作用机理通过絮凝作用捕集和“清扫〞胶体颗粒压缩双电层，减少外表电荷高分子絮凝剂的桥连由于吸附作用而使电荷中和71整理ppt

第二节胶体的捕集为了捕集胶体，要使用大量的絮凝剂清扫过程：水解高分子三维空间立体结构捕获胶体颗粒随着高分子化合物体积的收缩、沉淀物和悬浮物象多孔的网子一样，从水中将胶体颗粒清扫下来，形成絮状沉淀适合于此机理的别离方法有澄清法和溶解空气气浮法当使用“清扫〞机理进行固液别离时，产生的絮凝物是粘稠状的。可以参加0.05—0.4mg/l的阴离子型有机高分子絮凝剂，以利于沉淀别离。特别是应用溶解空气气浮法时，效果非常好应用“清扫〞机理时，要防止使用过滤法进行固液别离“清扫〞缺点：污泥量大，难以脱水，耗药量大72整理ppt

第三节压缩双电层从DLVO理论可知，比较薄的双电层能够降低排斥能如果排斥能〔Z电位〕降低到相当小时，颗粒就能够被第二最小能量值的吸引力所吸引，产生疏松的絮凝体，这样的絮凝体不易沉降，容易扩散，而且只适合于静止沉积别离73整理ppt

第四节电荷的中和作用电荷中和作用：胶体颗粒的Z电位降低到足以克服能量障碍而产生絮凝沉淀的过程胶体颗粒间的相互作用能处于第一最小能量值形成稳定的絮凝体74整理ppt电荷中和作用是吸附作用引起的它导致胶体颗粒与水之间界面的改变，从而使物理化学性质改变电荷中和作用能够使水中的胶体和悬浮物颗粒被别离除去的效果最正确适合于气浮别离、过滤别离以及澄清沉淀别离75整理ppt用不同类型、不同分子量的有机高分子絮凝剂，测定其Z电位，出现以下几种情况：带大量电荷的阳离子外表活性剂很容易使悬浮物颗粒外表改变电荷符号。然而看不见絮凝现象，也不容易看到有Z电位由负值变为正值的过程分子量很低的阳离子高分子絮凝剂的作用与外表活性剂相类似分子量50，000—200，000的有机高分子絮凝剂电荷中和时，形成细小疏松的絮凝体，如果再参加0.1mg/l含有少量阴离子官能团的有机高分子絮凝剂，便能改变细小絮凝体的状态，使其变得粗大分子量高到2，000，000的阴离子有机高分子絮凝剂，电荷中和时，形成的絮凝体很容易被发现。絮凝效果非常好76整理ppt图5-3中和电荷降低Z电位和扩散层

有效厚度到达脱稳和絮凝作用示意图77整理ppt

第五节桥连带不同电荷的物质的桥连这类桥连是带负电荷的胶体颗粒与带正电荷的阳离子高分子絮凝剂的桥连这类桥连也涉及到电荷中和机理其脱稳作用是由于库仑引力的原因78整理ppt所用的阳离子有机高分子絮凝剂丙烯酰胺-丙烯酸乙酯基三甲基铵硫酸甲脂的共聚物〔AM-AETA-MS〕丙烯酰胺-甲基丙烯酸乙酯基三甲基铵硫酸甲酯〔AM-METAMS〕的共聚物丙烯酰胺-甲基丙烯酸乙酯基三甲基氯化铵〔AM-METAC〕的共聚物丙烯酰胺-甲基丙烯酸-2-羧基丙烯基三甲基氯化铵〔AM-MAPTAC〕的共聚物丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化铵〔AM-DMDAAC〕的共聚物79整理ppt带相同电荷的物质的桥连----是带同种电荷的胶体颗粒与带负电荷的有机高分子絮凝剂的桥连颗粒外表的电荷是净的库仑电荷，外表带有正电荷，也带有负电荷。虽然总的负电荷多于总的正电荷，但外表仍有只带正电荷的区域〔比方，沿着晶面边沿上就只带正电荷〕这些只带正电荷的区域成为吸引点，它吸引带负电荷的阴离子有机高分子絮凝剂的羧基官能团，与其结合形成絮凝体当固体颗粒具有很高的负Z电位时，庞大的絮凝体将颗粒包裹在里面，由于周围都是带负电荷的絮凝体，颗粒受各方面的排斥作用，不能从絮凝体中逃脱。与絮凝体一同沉淀下来。但当庞大的絮凝体破裂时，排斥力不能平衡，颗粒容易从絮凝体中跑掉。故絮凝体一定不要遇到剪切力，以免破坏絮凝体。只能采用沉积澄清法固液别离反号离子的作用，分子量非常高的极性有机高分子絮凝剂的特性和反号离子的迁移80整理ppt例子①首先用无机絮凝剂，将固体颗粒的Z电位调到-1～-5mv，或者，用分子量为250，000的阳离子有机高分子絮凝剂，降低固体颗粒的Z电位，然后使用少量的阴离子有机高分子絮凝剂，效果非常好②用活性污泥作阴离子有机高分子絮凝剂来处理活性污泥〔微生物絮凝剂〕，絮凝效果极好81整理ppt提问什么叫凝聚？什么叫絮凝？简述胶体颗粒间的相互作用能曲线简述絮凝作用的四大机理“捕集〞和“清扫〞作用主要针对什么絮凝剂？压缩双电层与电荷中和对絮凝而言有何区别？带相同电荷的物质的桥连的主要原因是什么？82整理ppt第六节化学絮凝模型和生物絮凝模型

化学絮凝模型〔一〕高分子絮凝剂带电荷的球面，把位于胶体颗粒外表双电层中的反号离子吸引住，使反号离子保持在双电层中，而不被溶剂的静电引力拉走在胶体颗粒外表与高分子絮凝剂的球面相接近的地方，电荷不平衡，负电荷过剩，负的库仑电位增加增加的负库仑电位，将高分子絮凝剂电位隧道中的可流动反号离子吸引过来高分子絮凝剂的电位隧道作为反号离子的导管，反号离子从此导管中流出，中和一局部胶体颗粒外表电荷由于电荷的中和作用，降低了胶体颗粒外表上的局部地区的排斥能。颗粒间的距离变小，相互作用能以吸引能为主局部地区上正的相互作用能，使高分子絮凝剂胶体颗粒间的第一或第二最小能量的吸引力起作用，并反响形成絮凝体83整理ppt

图5-4同种电荷的化学絮凝模型

A.表示出电位隧道，影响球面和流动的反号离子的极化阴离子有机高分子絮

凝剂B.充满反号离子的双电层C.絮凝剂和颗粒形成化学键84整理ppt第七节生物高分子〔微生物〕

的电学性质胶体颗粒的Z电位是切面和溶液间的电荷差微生物的切面较小，在荚膜的外边，没有固定的距离假设切面以外的局部类似于胶体双电层模型中反号离子的扩散层局部，切面边上的荚膜类似于--电位隧道在细菌软层的最外层外表上，酸性聚糖至少会局部地使细菌外表带上负电荷易流动反号离子在荚膜和溶液之间建立平衡。荚膜中被束缚的反号离子能平行地移动到微生物的细胞壁上高分子絮凝剂的电位隧道和生物电位隧道〔荚膜〕的主要区别是荚膜的体积大85整理ppt图5-5活性污泥絮凝体电位模型86整理ppt化学絮凝模型〔二〕胶体和悬浮物颗粒带的电荷与絮凝剂带的电荷符号相反的絮凝模型高分子絮凝剂很容易与带相反电荷的胶体颗粒起反响许多研究人员假设这种反响是定量吸附的，吸附使电荷中和直到等电点电荷中和效果取决于高分子絮凝剂的类型和官能团的含量分子量高的阳离子有机高分子絮凝剂的桥连作用和镶嵌作用的原因87整理ppt图5-6颗粒外表的正电荷区和负电荷区88整理ppt

图5-7分子量高电荷密度高的

有机高分子絮凝剂的吸附模型89整理ppt图5-8分子量高电荷密度低的

有机高分子絮凝剂的吸附模型90整理ppt图5-9有机高分子絮凝剂的吸附模型91整理ppt图5-10絮凝体外表的剩余负电荷示意图92整理ppt第六章化学处理的必要条件

第一节影响絮凝作用的因素溶液的pH值温度搅拌速度，时间絮凝剂的性质、结构分子量用量别离方法和工艺设计93整理ppt

第二节Z电位从切面到溶液之间的电位是Z电位Z电位表示扩散层的厚度和电荷密度的特性Z电位能够反映出胶体颗粒的稳定性可以测定出来对絮凝化学中，Z电位是非常重要的参数94整理ppt

δ—扩散层厚度；б—颗粒的电荷密度；

D—水的介点常数95整理ppt电泳速度υ与Z电位有以下关系,

η—水的动力粘滞系数,Z电位单位为mV96整理ppt97整理ppt98整理ppt提问影响絮凝作用的七个主要因素是什么？简述化学絮凝模型一简述化学絮凝模型二生物絮凝模型属于哪类絮凝模型，为什么？99整理ppt作业I〔案例赛〕分组：分4个组，每组7人交钱：每人20元，工程硕士学员30元根本要求：完成案例具体各项内容，提交案例报告制成powerpoint的形式案例主讲，时间20分钟裁判〔每组1人〕100整理ppt作业I〔案例赛〕题目：×××印染废水处理工程实例101整理ppt102整理ppt烧杯试验

快速、简便了解絮凝效果如何，投药量和现场运行的好坏103整理ppt仪器设备

正式的烧杯搅拌试验需要六联搅拌机，pH酸度计〔或精密pH试纸〕，浊度仪，微量加药管，烧杯假设干。定浓度的稀酸、稀碱液，试验用药剂标准溶液。假设是粗略估计试验，那么烧杯，量筒，搅拌棒，滴管或移液管，药剂，精密pH试纸等。104整理ppt试验方法

试验条件应尽可能地反映出实际情况。要考虑的内容主要包括：被处理的水、固体颗粒的大小、离子强度〔溶解的盐量〕、温度和pH值。G值〔速度梯度〕、GT值—即搅拌时间和搅拌强度，应尽可能地与实际反响动力条件一致，只有这样，得到的结果才能与实际的反响情况一致。模拟效果。105整理ppt试验结果估计Z电位脱水试验106整理ppt脱水试验方法1〕将污泥参加到几个1000ml的量筒中。2〕用带孔的活塞作为搅拌器，在垂直方向做上下搅拌。3〕参加各种浓度的絮凝剂。4〕轻轻地将污泥和絮凝剂混合。5〕混合后，令其自然沉降，记录分层的高度和时间。107整理ppt烧杯试验和量筒试验简要总结归纳可以得出如下八条结果：1〕选择最有效的絮凝剂，最正确pH值。2〕最正确投加量。3〕不同絮凝剂絮凝效果〔絮凝过程〕比较。4〕加药的最有效顺序。5〕混合时间和絮凝反响时间。6〕絮凝体沉降特性。7〕澄清后的水质。8〕污泥的质量。108整理ppt絮凝化学动力学

絮凝化学动力学是研究絮凝化学反映速度的科学，也就是研究絮凝沉淀的速度的科学。排斥能量曲线和吸引能量曲线相加而得到胶体颗粒的相互作用能量曲线。相互作用能量曲线能够反映出胶体颗粒是否能够形成絮凝沉淀和絮凝反响的快慢。并且具有两个最小能量值。当胶体颗粒的相互作用能量到达第一最小能量值时，能够发生反响，产生絮凝沉淀，所生成的絮凝体坚实，粗大，反响速度快，而且，是不可逆反响。我们把研究这个反响速度的科学，称作为快速絮凝化学动力学。当胶体颗粒的能量到达第二最小能量值时，也能够发生絮凝反响，不过，产生的絮凝体疏松，细小，反响速度缓慢。而且，当参加适当量的电解质时，疏松细小的絮凝体又可能消失，重新形成带电的胶体颗粒，所以说，反响是可逆的。我们研究后一个反响速度的科学，称作为缓慢絮凝化学动力学。109整理ppt快速絮凝化学动力学

在不停的运动着的胶体颗粒的絮凝作用与其所带电荷的性质和数量有关，也与胶体颗粒的布朗运动有关。当胶体颗粒外表带有许多电荷时，颗粒间由于静电排斥力的作用，运动着的颗粒不能接近，相互碰撞的次数很少，碰撞的作用力也很小，因此，不能结合在一起，不能起反响。当颗粒的外表电荷被中和后，排斥能减弱，排斥力变小，由于颗粒的布朗运动而造成相互碰撞次数增多，碰撞作用力增大，碰撞结果能够结合在一起，发生反响，形成絮凝体。因此，絮凝体形成速度和颗粒间的碰撞频率成正比。110整理ppt111整理ppt112整理ppt113整理ppt114整理ppt115整理ppt116整理ppt117整理ppt118整理ppt119整理ppt120整理pptdv/dx及P分别代表反响器中的平均速度梯度及所施加的搅拌功率。Dv/dx一般用G表示。式〔7－18〕为Camp和Stein于1943年发表的，以后即成为混凝理论中的最根本公式，已得到广泛应用。但在推导式〔7－18〕的过程中，是按层流考虑的，而—水流速度梯度这个公式那么系应用于紊流的情况，因此，近年来已有人提出异议。当反响器中利用机械设备进行搅拌以产生速度梯度G时。GT是一个无量纲数，直接反映了在时间T时颗粒数n的值，它实际上也反映了颗粒的大小，所以是有上下限的。根据实际给水处理反响池的资料统计，G值一般在20～70s-1之间，GT数在104～105之间，文献中的最大G值范围为10～100s-1。对于混合设备来说，推荐数据为：混合时间小于2min时，可用G=500～1000s-1；混合时间达5min时，G<500～1000s-1；G>10000s-1时，产生有害影响。121整理ppt122整理ppt123整理ppt124整理ppt125整理ppt

微生物絮凝剂微生物絮凝剂是利用生物技术，从微生物体或其分泌物中提取、纯化而获得的一种平安、高效，能自然降解的新型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在应用过程中对环境、健康产生一定危害的缺点，最终实现无污染排放126整理ppt絮凝范围广絮凝活性高平安无害、不存在二次污染作用条件粗放，受离子强度、pH及温度的影响不显著广泛应用于工业水和工业废水处理医药、食品加工、生物产品别离属于天然有机高分子絮凝剂，它具有天然有机高分子絮凝剂的一切优点127整理ppt微生物絮凝剂的开展具有分泌絮凝剂能力的微生物称为絮凝剂产生菌最早的絮凝剂产生菌由Butterfield从活性污泥中筛选得到1976年，J.Nakamura等人从霉菌、细菌、放线菌、酵母菌等中，筛选出19种絮凝性微生物，其中以酱油曲霉〔Aspergillussojae〕AJ7002产生的絮凝剂效果最好1985年，H.Takagi等研究了拟青霉属〔Paecilomycessp.Ⅰ-1〕菌产生的絮凝剂PF101。PF101对枯草杆菌、大肠杆菌、啤酒酵母、血红细胞、活性污泥、纤维素粉、活性炭、硅藻土、氧化铝等有良好的絮凝效果1986年，Kurane等利用红平红球菌〔Rhodococcuserythropolis〕研制出微生物絮凝剂NOC-1，对大肠杆菌、酵母、泥浆水、河水、粉煤水、活性炭粉水、膨胀污泥、纸浆废水等均有极好的絮凝和脱色效果128整理ppt微生物絮凝剂的应用畜产废水，使用NOC-1可将TOC由处理前的8200mg/L降至2980mg/L，去处率达63.7%对于建筑材料加工废水，浊度去处率可达96.6%，得到几乎透明的上清液有研究说明，微生物絮凝剂投加量200mg/L时，就能到达FeCl3浓度超过3000mg/L时的絮凝效果迅速消除污泥膨胀，甘草制药废水处理中的污泥膨胀，添加NOC-1后，SVI可由290很快降至50，恢复沉降能力快速消除下水道淤塞消除水体富营养化129整理ppt微生物絮凝剂的组成表1-1微生物絮凝剂的组成Table1-1ComponentofMicrobialFlocculant絮凝剂产生菌絮凝剂 组成 AspergillusSojae AJ7002分子量大于20万，由半乳糖胺、葡萄糖胺、葡萄糖酸及蛋白质组成 Pacecilomycessp.I-1PF101分子量约为30万，含85%半乳糖胺、2.3%乙酰基和5.7%甲酰基的多糖RhodococcuserythropousNOC-1分子量在20至75万之间，由十几种氨基酸组成的蛋白质 Pseudomonassp.C-120分子量超过200万，絮凝物质为天然双链DNA 130整理ppt絮凝剂产生菌的培养条件同其它好氧微生物的培养过程相同主要影响因素有培养基的C源、N源；温度；初始pH；通气速度等值得注意的是：许多絮凝剂产生菌的最正确生长条件与微生物絮凝剂的产出条件并不相同131整理ppt

表1-2絮凝剂产生菌的种类Table1-2Specieofflocculantcomposingmicrobes英文名称中文名称 Alcaligenescupulus协腹产碱杆菌 Aspergillussojae 酱油曲霉 Aspergillusochraceus 棕曲霉 Aspergillusparasiticus 寄生曲霉 Brevibacteriuminsectiohilu嗜虫短杆菌 Corynebacteriumbrevicale 棒状杆菌 Geotrichumcandidum 白地霉 Monacusanka 赤红曲霉 Nocardinrestricta 椿象虫诺卡氏菌 Nocardincalcarea 石灰壤诺卡氏菌 Nocardinrhodnii 红色诺卡氏菌 Pseudomonadaeruginosa 铜绿假单胞菌 Pseudomonasfluorescens 荧光假单胞菌 Pseudomonadfaecalic 粪便假单胞菌 Rhodococcuserythropolis 红平红球菌 Schizosaccharomycespombe 栗酒裂殖酵母 Slaphytococcusaureus 金黄色葡萄球菌 Streptomycesgrisens 灰色链霉菌 Streptomycesvinacens 酒红色链霉菌 132整理ppt表1-3三种典型絮凝剂产生菌的培养条件Table1-3CultivatingConditionsof3typicalFlocculantProducingMicrobes

酱油曲霉 拟青霉菌I-1 红平红球菌培养基组成 2%酵母浸膏2%淀粉 1%果糖0.1%KH2PO40.3%蛋白胨0.2%K2HPO40.1%MgSO4·7H2O0.5%CaCl20.2%KH2PO40.05%酵母浸膏培养温度 30℃ 25℃30℃ 初始pH 6.07.08.5 培养时间 3天5天6～10天 133整理ppt134整理ppt135整理ppt136整理ppt137整理ppt138整理ppt

微生物絮凝剂的提取与纯化首先用过滤或离心的方法去除菌体再视发酵液的组成成份及絮凝物质的种类性质不同采用乙醇、硫酸铵盐析、丙酮、盐酸胍等沉淀获得结构较复杂絮凝剂的提取，需用酸、碱或有机溶剂反复溶解、沉淀以得到粗品将粗品溶于水或缓冲溶液，通过离子交换、凝胶色谱等方法纯化139整理pptPF101的精制过程为：取定量培养液，边搅边参加2倍体积的乙醇，然后离心别离，取沉淀物重新溶于水，渗析后冻干得粗品将粗品溶于热水，离心去除不溶性杂质把用琼脂糖6B〔Sepharose6B〕做的凝胶柱先用0.04mol/L的三甲醇氨基甲烷-盐酸〔Tris-HCl〕缓冲溶液〔pH=6.7〕平衡，使离心后的粗品通过凝胶柱，然后用0.04mol/L的三甲醇氨基甲烷-盐酸缓冲溶液洗净，最后用三甲醇氨基甲烷-马来酸酯〔Tris-maleate〕缓冲溶液〔pH=6.5〕洗脱洗出液参加2倍体积的乙醇沉淀，再用95%的乙醇洗涤、冻干，得到纯品PF101140整理ppt微生物絮凝剂合成的基因控制微生物絮凝剂实际上是微生物体的机能性蛋白和机能性多糖，其合成是受基因控制目前，从酿酒酵母中至少已发现FLO1、FLO2、FLO3、FLO4、FLO5、FLO6、FLO7、FLO8、fsu11、fsu12、TUP1、flox、Lup1、amp2等14个絮凝基因其中FLO1、FLO5和FLO8絮凝基因分子克隆已获得成功〔Teynissen，1990；Vezinhet，1991；Watari，1991〕FLO1和FLO5絮凝基因在1号染色体上，而FLO8絮凝基因在8号染色体上141整理pptFLO1絮凝基因在1号染色体上adeDNA片段37cm处，有显性表达絮凝性的功能FLO1基因分子克隆过程简述：采用含有FLO1基因的质粒YCpHF19和含有抗G418穿梭质粒YRpGL10，两者均在美国Gibco实验室有售。同时用限制性内切酶BamH1去切开这两个质粒上的BamH1位点，从YCpHF19质粒上切下含有FLO1基因DNA片段，插入到YRpGL10的切口处，组建新的质粒即YRpGLF14YRpGLF14中既含有FLO1基因，又含有抗G418基因，在转化无絮凝性的受体细胞之后，能使被转化的细胞产生絮凝性，并具有抗G418的筛选标记结果说明，用YRpGLF14重组质粒转化的威斯克酵母AHU3200获得了产生絮凝性的特征，利用糖蜜发酵产生乙醇的发酵率为2.70g〔乙醇〕/〔L·h〕，乙醇的最终浓度为67.2g/L，而亲株分别为2.75g/〔L·h〕和67.4g/L说明新菌株在乙醇发酵率和乙醇最终产量两个方面，根本上保持了亲株的原有水平，而亲株的絮凝性从零级上升为4级，达最高水平142整理ppt微生物絮凝剂的絮凝条件和作用机理微生物絮凝剂的作用机理先后提出过许多学说目前较为普遍接受的是“桥联作用〞机理该学说认为絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力，同时吸附多个胶体颗粒，在颗粒间产生“架桥〞现象，从而形成一种网状三维结构而沉淀下来Levy等以吸附等温线和Z电位的测定说明环圈项圈藻PCC-6720所产絮凝剂对膨润土絮凝确以“桥联〞为根底电镜照片显示聚合细菌之间有孢外聚合物搭桥相连，正是这些桥使细胞丧失了胶体的稳定性而紧密地聚合，从液体中沉淀下来143整理ppt用蛋白酶处理Asp.所产絮凝剂，活性有不同程度下降，就是由于其中对絮凝剂活性并非必要的蛋白质组分水解引起多聚物分子量降低所致。在红平红球菌所产絮凝剂中蛋白质组分十分必要，蛋白质的水解导致活性消失。一些特殊基团由于在絮凝剂中充当颗粒物质的吸附部位或维持一定的空间构象，对絮凝剂活性影响很大。用高锰酸钾处理Asp.所产絮凝剂的己糖胺多聚局部，使其氧化而释放出氧，活性就会消失。对脱己酰几丁质的研究也发现同样现象。这可能是由于絮凝剂失去了活性氨基所致。絮凝剂参加量对活性也有一定影响，最正确值约为固体颗粒外表吸附絮凝剂分子到达饱和吸附量时的一半，这时絮凝剂分子在固体粒子上架桥的几率最大。144整理ppt胶体粒子外表结构也会对絮凝剂效率产生影响研究说明虽然微生物絮凝剂具有广普絮凝作用，但对不同胶体颗粒表现出不同的活性。Baker’s酵母细胞的絮凝特性，当用伴刀豆球蛋白A处理后活性会丧失，这是因为伴刀豆球蛋白A与细胞外表的甘露糖结合，覆盖了细胞外表，阻止了细胞与絮凝剂的结合。细胞年龄对絮凝作用也有影响。培养早期，絮凝性不好，随发酵的进行，絮凝活性逐渐增加。可能是由于细胞年龄影响细胞壁中的甘露聚糖、葡聚糖和蛋白质组分，从而影响絮凝效果。145整理ppt体系的pH值直接影响着絮凝剂分子和胶体颗粒的外表电荷，从而影响它们之间的靠近和吸附行为：据报道，在pH<5.0时絮凝剂培养液对酵母细胞〔等电点在pH=3.0～5.0之间〕均表现出良好的絮凝活性；但是这些絮凝剂对高岭土的活性在pH=5.0～10.0的范围才表现出来。推测是由于pH的变化降低了胶体颗粒的外表电荷，有利于架桥形成。AJ7002所产生的微生物絮凝剂对九个品系酵母细胞的絮凝也有同样现象。但是有的絮凝剂不受pH的影响。146整理ppt体系中的离子，尤其是高价异种离子能显著改变胶体的Z电位，降低其外表电荷，促进微生物絮凝剂分子与胶体颗粒的吸附和架桥。阳离子的影响，特别是Ca2+的促进作用有很多报道：Ca2+对环圈项圈藻所产絮凝剂絮凝膨润土的影响，Ca2+的参加减少了絮凝剂分子和悬浮颗粒的负电荷，增加了悬浮粒子对絮凝剂的吸附量，促进了架桥的形成。Ca2+不仅可促进絮凝，且高浓度的Ca2+可有效保护絮凝剂不受降解酶的作用。147整理ppt盐的参加会降低絮凝活性，当NaCl浓度为0.4mol/L时AJ7002的絮凝活性被抑制。这可能是由于钠离子的参加破坏了絮凝剂与胶体粒子之间氢键的形成。有的微生物絮凝剂活性受到缓冲溶液离子强度的影响。高温会引起微生物絮凝剂分子变性，使其结构和功能遭到破坏。在不密封的条件下，NOC-1在100℃加热1秒钟活性会下降50%。有的絮凝剂不含高温变性成分或所含高温变性成分只是对分子量的奉献，因而对高温不敏感。148整理ppt我国微生物絮凝剂的研究现状微生物絮凝剂的研制起步比较晚，取得成果较少台湾邓德丰等从废水中别离到C-62菌株产生的絮凝剂王镇、王孔星等人制备的A-3、A-6、A-8、HF-24絮凝剂张本兰利用P.alcaligenes8724菌株生产的絮凝剂1998年来陆续发表了一些文章东北大学的邓述波、胡莜敏、罗茜从土壤中别离、筛选出絮凝剂产生菌A-9，处理淀粉厂黄浆废水效果明显优于常规的絮凝剂大连理工大学的宫小燕、王竟、周集体筛选出的假单胞菌PsudomonasspGX4-1对高岭土悬浊液的絮凝率可达92.7%上海大学的黄民生等人别离出的Q-1、Q-2、Y-3对高岭土悬浊液、土壤悬浊液和碱性染料废水均有良好的净化效果149整理ppt微生物絮凝剂的开展趋势微生物絮凝剂研究工作的重要的趋势：降低生产本钱。寻找可替代的廉价培养基；别离特种絮凝剂产生菌。如Corynebacteriumhydrocarboclastus可以利用煤油生长并产生絮凝剂；而Nocardiaerythropolis可以在降解塑料生产中的酞酸酯的同时，产出絮凝剂；微生物絮凝剂的分子生物学研究，通过转基因技术，实现微生物絮凝剂规模生产的目的；针对不同的废水水质研制具有针对性的高效微生物絮凝剂；150整理ppt常见絮凝剂一、聚丙烯酰胺及其衍生物聚丙烯酰胺〔PAM〕是一种线型水溶性高分子，是应用最为广泛的品种之一，PAM及其衍生物可以用作絮凝剂、增稠剂、纸张增强剂以及液体的减阻剂，应用于水处理、造纸、石油、煤炭、矿冶、地质、轻纺、建筑等部门。其主要产品如下:阳离子聚丙烯酰胺干粉阳离子聚丙烯酰胺胶体非离子聚丙烯酰胺干粉非离子聚丙烯酰胺胶体阴离子聚丙烯酰胺两性离子聚丙烯酰胺聚丙烯酸丙烯酸与丙烯酰胺共聚物聚丙烯酸钠151整理ppt二、聚丙烯酸〔盐〕及其共聚物聚丙烯酸和其他水溶性丙烯酸聚合物具有多种多样的用途，因为它们具有多种多样的物理化学性质的缘故这些聚合物现在已经应用在涂料、造纸、纺织、采油、采矿、冶金、食品、医药、化装品、土建及水处理等工业中三、聚胺和季胺化合物典型特点是其碱性和阳离子特征，与其它外表有高亲合力，是重要的絮凝剂聚胺类主要用作絮凝剂、失液剂及保湿剂。季胺聚合物主要用于水处理和选矿中絮凝剂和絮凝助剂152整理ppt〔一〕、二甲基二烯丙基氯化铵型聚胺〔DMDAAC〕产品性能：分子量10万∽100万产品季铵化，能耐氯并不随PH值变化透明至淡黄色液体易于应用主要用途：作为促凝剂或促凝剂助剂用于外表水澄清冷石灰软化废水澄清生物固体澄清153整理ppt本系列产品是液体阳离子有机聚电解质促凝剂，中等分子量和高电荷密度。用于澄清作用，液固别离，其优点是：淘汰铁盐或铝盐，减少潜在环境污染耐残留氯或体系PH值改善凝固作用减小污泥体积，改善加工性能便利贮存和加工〔二〕、二甲基二烯丙基氯化物共聚物〔PAM/DMDAAC〕本系列产品适应污泥脱水、矿液回收、造纸工业、生水和废水澄清154整理ppt〔三〕、丙烯酸二甲胺乙脂氯甲烷盐共聚物主要特点：宽分子量范围不受温度或PH值影响主要用于低温混浊度澄清、城市水处理；污泥脱水、回收矿用水、洗衣污水、油田水及棉纱加工四、阳离子聚丙烯酰胺CPAM是带正电荷的聚电解质，主要用于石油工业的钻井泥浆助剂、采油助剂；造纸工业的助留、助滤、增强剂；固液别离工艺用剂和城市污水处理的污泥脱水剂。通常与带负电荷的悬浮体系反响〔Zeta电势<０〕：如有机物，二氧化硅悬浮体系，以到达絮凝沉淀或浓缩之目的155整理ppt五、阳离子聚丙烯酰胺胶体很高的分子量和高电荷密度，对工业和城市污泥脱水、油性废水处理以及辅助澄清等特别有效。主要优点：改善离心过滤、带式压滤和真空过滤操作生成低体积致密的污泥易于后续处理和运输改善、提高凝固和浮选速度在PH值3～7.5范围内应用效果更好分子量高、用量少、运行本钱低真水溶液，方便应用不会带来任何惰性物质，泥饼燃烧不增加燃料消