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| 編輯推薦： |
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《水中胶体物的混凝原理和应用》可为环境科学与工程领域的研究生、教师和相关科研人员提供参考．也可供环境领域从事生产和研发的广大读者阅读、参考。
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| 內容簡介： |
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《水中胶体物的混凝原理和应用》系统论述了水中常见胶体类污染物混凝处理的基本原理、工艺方法、强化技术、过程检测技术及在水和废水处理中的应用。《水中胶体物的混凝原理和应用》主要基于作者在相火领域30多年的理论和技术研究成果，内容包括7章，可分为两部分：第一部分为第1～3章，主要介绍与混凝技术密切相关的胶体化学原理；第二部分为第4-7章，主要介绍针对不同胶体体系的混凝技术及其应用。
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| 目錄：
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前言
第1章 绪论
第2章 胶体及其基本性质
2.1胶体的定义和范畴
2.1.1胶体的般定义和胶体体系
2.1.2水中污染物的尺度和胶体范
2.1.3典型的胶体态水环境污染物
2.2胶体和表面
2.2.1胶体尺度和度量方法
2.2.2胶体的表面积
2.3布朗运动与胶体的扩散过程
2.3.1胶体的布朗运动
2.3.2胶体的扩散过程
2.3.3粒子的重力沉降
2.4胶体的光学性质
2.4.1丁铎尔效应
2.4.2瑞利散射原理
2.4.3散射光的检测
2.5胶体的电动现象
2.5.1胶体表面电荷的来源
2.5.2扩散双电层
2.5.3胶体电泳与电渗
2.6高浓度胶体悬浊液的流变性
2.6.1球状粒子胶体体系的流变性
2.6.2非球状粒子胶体体系的流变性
2.6.3电黏性效应
参考文献
第3章 胶体混凝的基本原理
3.1胶体的稳定性
3.1.1系统的自由能和稳定性
3.1.2胶体的吸引自由能
3.1.3胶体的排斥自由能
3.1.4胶体的合成势能
3.2胶体的脱稳
3.2.1胶体的电中和--DLVO理论
3.2.2胶体的空间位阻问题
3.2.3高分子吸附架桥
3.3胶体的混凝过程
3.3.1混凝的化学条件和混凝模式
3.3.2}昆凝的动力学基本方程
3.3.3不同作用力下的絮凝动力学方程式
3.3.4描述实际絮凝过程的动力学方程式
3.4与絮凝效果相关的无因次准数的讨论
3.4.1表征絮凝动力学特征的GT值
3.4.2计入浓度影响因素的GTCo值
3.4.3计人流态影响因素的值
参考文献
第4章 无机悬浊质的混凝及絮凝过程
4.1.1水中悬浊质脱稳的化学作用
4.1.1悬浊质脱稳的条件
4.1.2常用会属盐水解产物及其电rIr和作用
4.1.3溶液pH条件的影响
4.1.4溶液中共存离子的影响
4.2絮凝体的形成过程与影响因素
4.2.1絮凝体形成过程的动态监控
4.2.2水力搅拌条件对絮凝过程的影响
4.2.3共存离子对絮凝体的形态影响
4.3絮凝体破碎特性及最大成长粒径
4.3.1絮凝体的破碎特性
4.3.2基于光学在线监测及形态学研究的絮凝体强度分析方法
4.3.3絮凝体的最大成长粒径
参考文献
第5章 水中有机质的混凝
5.1水中有机质的混凝性
5.1.1水rft有机质的类别
5.1.2天然有机质的电荷特性
5.1.3天然有机质与金属盐的作用特点
5.1.4灭然有机分子与金属离子的结合模型
5.2天然有机质混凝的化学特性
5.2.1火然有机质}昆凝的pH依存特性I
5.2.2天然有机质}昆凝的选择络合特性
5.2.3有机物相对分了质量对混凝作用的影响
5.2.4天然有机质混凝的化学作用原理
5.3天然有机质混凝性的强化
5.3.1水小有机物的分级表征
5.3.2天然有机质的化学官能团调控
5.3.3天然有机质的混凝强化途径及其功效评价
5.4基于核晶凝聚原理的有机质强化混凝
5.4.1核晶凝聚作用原理
5.4.2成核条件及添加剂筛选
5.4.3基于核晶凝聚的絮凝过程控制
参考文献
第6章 絮凝体构造特征与分离强化
6.1絮凝体构造特征
6.1.1紫凝体形态与密度
6.1.2基于分形体自相似性的絮凝体分步成长模型
6.1.3絮凝体密实化的理论途径
6.2逐附着型絮凝操作--流化床造粒
6.2.1基本原理与方法
6.2.2混凝剂投量的合理控制
6.2.3高分子混凝剂投加及混合方式
6.2.4造粒型絮凝体的粒径密度父系
6.2j共存有机质的影响
6.2.6高浊度水的水力旋流造粒直接净化处理
6.3结构重组型絮凝操作--脱水收缩造粒
6.3.1絮凝体破碎再絮凝结构晕组原理
6.3.2延时搅拌过程中絮凝体形态和密度的变化
6.3.3污水处理厂排泥的造粒减量
6.3.4超高浓度悬浊质的造粒脱水
6.4造粒法在污水强化处理中的应用
6.4.1生物造粒流化床污水处理工艺
6.4.2颗粒污泥的形态及微生物学特征
6.4.3混凝剂对好氧颗粒污泥形成和稳定性的影响
参考文献
第7章 絮凝体形成的动态特征
7.1絮凝体形成过程中的形态学变化规律
7.1.1悬浊质絮凝体的形态学变化规律
7.1.2天然有机质絮凝体的形态学变化规律
7.1.3絮凝体分形维数随时间变化原因探讨
7.2引入分形维数的絮凝动力学方程
7.2.1絮凝动力学方程rIr分形维数的引入
7.2.2动力学过程模拟
7.3絮凝体自我相似性的表征与模拟
7.3.1絮凝体粒径分布守恒规律
7.3.2粒径分布的自我相似原理
7.3.3粒径分布相似昀计算模拟
参考文献
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| 內容試閱：
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第1章绪论
混凝是传统的，也是最重要的水处理单元技术。在定义上，混凝是指分散于液体中的细小颗粒物（后来被定义为胶体）和大分子在某些化学物质的作用下失去其稳定状态，进而相互聚集成相对粗大的絮状物的过程。实际上，在胶体和混凝的概念被提出之前，人们早就发现了混凝现象，并利用一些具有混凝作用的天然物质（后来被称为混凝剂）进行水的净化。早在公元前2000年，印度人就采用某些植物的汁液进行水的澄清处理。公元前1600年左右，古埃及人采用甜扁桃汁净水。中国云南民间也有用仙人掌汁净水的历史。这是因为植物汁液含有草酸，它与水中的硬度物质，如钙离子会反应生成草酸钙沉淀物。这一过程也就使得水中黏土和大分子色度物质得以聚集沉淀，从而达到水净化的目的。最早被发现具有良好混凝作用，并在世界各地广泛用作混凝剂的矿物盐是明矾。它来自矿物明矾石，是含有结晶水的硫酸钟和硫酸铝的复盐，化学名称为十二水硫酸铝钾，化学式为KAI（S04）2.12H20，易溶于水，分解出K+和A13~-，后者具有很好的混凝作用。埃及人、罗马人、希腊人很早就知道了明矾的混凝性能。我国在春秋战圉时期就使用明矾进行水的澄清。明代（16世纪）王士性所著昀《广志绎》中记载了明矾作为净水剂的用途。明矾在中药中又称白矾，因其具有的抗芮作用和收敛作用被用作处方药，在《中华本草》和《中华人民共和国药典》中都有记载。
混凝作为水处理的单元技术正式进入水工业则是在19世纪，并以硫酸铝的发明和使用为标志。直到工业革命之前，人类用水都是直接取用感官上清澈、味觉上可接受的清洁水源水，或在没有清洁水源可用的情况下，自发性、小规模地进行浑浊水的澄清处理后使用，基本上没有集中式净水处理。始于18世纪下半叶的第一次工业革命带来了城市的发展和人口的聚集，从而也引发了霍乱、伤寒等介水传染性疾病的暴发，使人们开始认识到集中净水处理的必要性。最初使用的净水工艺是慢滤池（slowsandfilter），地表水不投加任何化学药剂，以0.08～0.24mh的缓慢滤速，流过有效粒径为0.3～0.45mm、厚度为0.8m以上的细砂层，进行过滤处理。由于滤速缓慢，且不进行反冲洗，滤层的表面会形成一定厚度，称之为Schmutzdecke（德语，意为去污层）的生物层，能有效截留水中各种杂质，得到优质的过滤水。第一例慢滤池集中处理供水是英国Chelsea供水公司在1828年建成投产的。1852午英国议会颁布了法令，要求所有以地表水为原水集中供水的水厂采用慢滤池进行水处理。之后欧洲各个城市都相继将慢滤池作水中胶体物的混凝原理和应用为给水处理的主要工艺，对抑制介水传染病的蔓延起到了重要作用。
美国也于19世纪末开始了慢滤池给水处理。1872年纽约Poughkeepsie建成的慢滤池是该工艺进入美国的第一例。但是，慢滤池似乎不适合于当时的美国国情。到1890年，美国肯塔基州Louisville的供水公司就用滤速达到8～lOmh的快滤池（rapidsandfilter）替代了慢滤池，形成了现代给水处理的典型工艺。与慢滤池相比，快滤池采用有效粒径为0.5～1.2mm的较粗砂粒为滤料，从而达到高滤速，但必须先对原水进行混凝处理，才能保证过滤的有效性。因此，快滤池的诞生伴随着硫酸铝作为混凝剂的工业化生产，并以1884年Hyatt取得过滤前用硫酸铝进行水的预处理的专利权为技术进步的标志。当水中悬浊质浓度较高时，硫酸铝混凝后会形成大量的絮凝体，因此需通过沉淀去除大量悬浊质后再进入快滤池过滤。另外，因为快滤池中不会形成Schmutzdecke从而达到去除病原微生物的目的，所以伴随着快滤工艺形成的另一个技术进步的标志是滤后水氯消毒技术的发明。到19世纪末期，由混凝、沉淀、过滤、消毒这，1个单元操作构成的怏滤工艺（rapidsandfiltrationprocess）就成为给水处理的主导技术，在世界范围内一直沿用到现在。
在给水处理的快滤工艺中，混凝是水中主要杂质形态转化（胶体状态一絮凝体）的关键步骤。因为混凝之后的固液分离环节是沉淀和过滤，所以对混凝的要求首先是要形成具有较高沉速的絮凝体。针对某些原水，也有省去沉淀环节，混凝后直接进行过滤处理的情况，这时就要求形成适合于过滤去除的微小絮凝体，相应的混凝操作也称为微絮凝。因此，在混凝进入近代给水处理的一个多世纪中，对混凝工艺的研究始终离不开后续的固液分离环节，且以改善水中杂质的混凝效果，提高絮凝体的分离效率为主要目的。直到20世纪70～80年代，以地表水为水源的给水处理一直以浊度作为主要去除对象。一般的浊度物质多为黏土类胶体物，以硫酸铝为代表的铝盐混凝剂，以三氯化铁为代表的铁盐混凝剂，以及20世纪60年代出现的聚合氯化铝、聚合氯化铁等具有一定聚合度的混凝剂在一般的pH范围内对浊质都具有良好的混凝效果，因此，混凝作为给水处理关键环节的重要地位一直得以保持。在20世纪60年代和70年代，给水技术领域的大量博士学位论文以混凝理论和技术为题，而且刍时从事这方面研究的一批学者后来都在本领域成为领军人物。在国际水协会（IWA）的几十个专家委员会中，颗粒物分离技术委员会（ParticleSeparationSpecialistGroup）在相当长的时间内最为活跃，汇集了一批世界著名的混凝专家，充分体现了国际水环境界对}昆凝问题的高度关注。
20世纪70年代末期，给水领域的一个重大事件是在以地表水为水源的水厂处理水中发现了三氯甲烷，并判明其属于人体致癌物，之后又陆续发现了多种对人体有害的卤代烃。以此为转折点，人们更加关注饮用水的健康安全性问题，并第1章绪论开始质疑以浊度去除为主的饮用水水质控制技术。研究表明，以三氯甲烷为代表的人体致癌物是水处理过程中的消毒副产物（disinfectionby_product，DBP），原因是水源水中以腐殖酸为主的天然有机物（naturalorganicmalter，NOM）通过常规的混凝、沉淀、过滤处理难以充分去除，在最后的氯消毒过程中与消毒剂中的氯离子发生反应，生成了卤代有机物。要避免或控制消毒副产物的生成，要么限制氯消毒工艺，采用其他可替代的消毒剂或消毒方法，要么在消毒之前从水中有效去除称之为DBP前驱物的NOM。由于消毒在给水处理中的极端重要性，且氯系消毒剂的残余消毒能力是其他消毒剂不可替代的，最可行的DBP控制对策是NOM的有效去除。
然而，为了有效去除NOM，人们选择的不是废除以混凝为先导的常规给水处理工艺，而是运用长期对混凝技术的研究结果和实践经验，提出了以强化混凝（enhancedcoagulation）为首选工艺的NOM去除技术。以美国为例，在20世纪80年代由美国国家环境保护局（USEPA）制定，之后又多次修订的《消毒剂和消毒副产物规则》（DisinfectantsandDisinfe.ctionByproductsRule中，明确规定了强化混凝的操作规程，要求对于总有机碳（TOC）浓度高于2.OmgL的原水，必须进行强化混凝处理。强化混凝就是根据原水的TOC浓度和碱度，分类设定TOC的去除目标，通过pH调整和适当加大混凝剂投量，完成NOM的强化去除。大量工程应用的实践表明，强化混凝对于控制DBP是有效的，能在传统给水处理工艺的基础上，增加不太大的投入来达到饮用水安全保障的新口标。从20世纪80年代起，混凝理论和技术的研究重点也从浊质的有效去除转向了DBP前驱物的去除。当然，为了确保饮用水安全，其他深度处理技术也越来越多地应用于常规水处理。高级氧化和活性炭吸附能有效去除难以混凝去除的微量有机物或已生成的DBP，超滤、纳滤、反渗透等各种膜技术的应用可去除各种分子级别的污染物。但是，这些工艺都是传统给水处理工艺的补充而不是完全替代。直到现在，混凝、沉淀、过滤、消毒仍然在给水处理中起着重要作用，并继续吸引着众多的研究者。
在我国，以黄河为代表的北方河流以高浊度为主要特征。因此，高浊度水的混凝沉淀处理一直是重要的研究课题。混凝的本质是促进待去除杂质在重力作用下与永分离，在高浊度的情况下，需要考虑的往往不仅是分离后的水质，还有分离后沉泥的处置问题。如何降低高浊度水在混凝后形成的絮凝体所含的水分，从而缩小沉泥的体积，是高浊度水处理技术研究领域长期关注的重点。
以上都是与给水处理相关的混凝问题。实际上，在工业废水处理领域，按照工艺选择的基本原则，对于混凝可处理的污染物，无论是有机还是无机成分，首选的工艺都是混凝沉淀。由于工业废水种类多，污染物性质各异，很多情况下需要通过化学或物化的方法改变污染物的性质，使其转换为可混凝的，或附着在可水中胶体物的混凝原理和应用混凝的颗粒物之上，再通过混凝沉淀去除。因此，各种工业废水处理技术的研究在许多方面也与混凝有关。
城市生活污水处理主要以生化可降解的有机物和氮磷等可生物转化的无机物的去除为曰的，活性污泥法等借助于微生物作用的处理单元是污水处理工艺的核心。然而，富含微生物的活性污泥也以絮状体的形式存在，最终也是通过沉淀进行泥水分离，因此，在絮状体的构造、分离特性方面，活性污泥法与混凝工艺有内在的联系。在本书的一些章节中将会涉及采用形成颗粒污泥的方法改善生化处理性能，提高污泥的沉淀分离特性的污水处理技术，这在很大程度上也是借鉴混凝的原理和方法。另外，在水资源日趋短缺的今日，污水再生利用已经成为城市生活污水的最终出路，污水处理厂也将成为再生水生产厂。实际上，通过二级处理出水深度处理进行再生水生产的工艺本来就是借用给水处理工艺，混凝是必不可少的处理环节。从发展趋势来看，直接从城市生活污水生产再生水将成为未来城市生活污水处理的方向，这就需要物化与生化处理工艺的有机结合，其中混凝环节也很可能起重要作用。
综上所述，水的混凝处理具有悠久的历史，混凝作为水处理的主导单元技术进入水工业也超过了一个地纪。纵观水和各种污废水处理的技术构成，不难看到任何水处理T艺实际上都包含两个阶段：第一阶段是污染物的性质转化和富集，这种富集都以固体状物质（无论是导入的还是形成的）为载体；第二阶段是富集了污染物的固体状物质与水的分离。对于可混凝的污染物，混凝以其简便性、经济性和实效性，一直是第一阶段的首选工艺，并可直接达到第二阶段。对于需要其他方法进行转化和富集的污染物，混凝在很多情况下也可用于强化第二阶段的完成。这一事实已经确立了混凝在水和污废水处理中经久不衰的重要地位。随着水污染问题的加剧，水处理的技术需求也在增大，混凝作为不可或缺的传统技术也需要不断发展，以在水处理中发挥更重要的作用。
第2章胶体及其基本性质
2.1胶体的定义和范畴2.1.1胶体的一般定义和胶体体系
在经典的胶体科学中，胶体粒子的尺度为l～lOOnm。处于这一尺度范围的粒子，其性质既不同于更大尺度的悬浮颗粒，又不同于更小尺度的溶解质。因此，早在1931年，著名胶体化学家Hedges曾形象地指出：胶体这个词会让不少人想象到一些形状、化学组成、物理性质均不明确，化学行为无常，且难以过滤筛分的物质。从定义上，胶体不是单独存在的细微粒子，而是包含分散相（非连续相）和分散介质（连续相）的胶体体系，在这个体系中分散相均匀地分散于介质中。
典型的胶体体系多为两相分散体系，如液体微粒分散于气体介质中的液体气溶胶（自然烟雾等）、同体微粒分散于气体介质中的同体气溶胶（工业烟气等）、一种液体微粒分散于另一种液体介质中的乳状液（奶液、药膏等）、固体微粒分散于液体介质中的悬浊质（金银等无机溶胶、油漆、泥浆等）、一种固体微粒分散于固体介质中的固态分散系（乳色玻璃、珍珠等）、气体分散于液体介质中的泡沫体、气体分散于固体介质中的海泡石头等；大分子胶体，由大分子分散于溶剂中而形成，如果冻、胶水等凝胶物质；缔合胶体，由胶束分散于溶剂中而形成．如肥皂沫、洗涤剂溶液、染料溶液等；生物胶体，如血液（细胞分散于血清中）、骨质（羟基磷灰石分散于胶原蛋白中）等。此外还有三相或多相胶体体系，如含油岩石层，由多孔岩石、油、水三相构成；毛细管冷凝蒸气，由多孑L固体、液体、蒸气三相构成；
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