【正文】 停留時間為零，部分則為無窮大。根據(jù)反應(yīng)器內(nèi)物料完全均勻混合且與流出濃度相同的假定，在等溫條件下，物料衡算式為： （ 18） 按穩(wěn)態(tài)考慮，即 ，于是： （ 19） 設(shè)為一級反應(yīng)， r（ Ci） =kCi，則 因， 故 （ 110） 0iiidCV Q C Q C V r ( C )dt ? ? ? ? ? ?0?dtdCi 0 0iQ C Q C V r ( Ci )? ? ?0 0iiQ C Q C V k C? ? ?tQV ? t001111iiCCt ( )k C C k t? ? ? ? ?例 2：條件同例 1，采用 CSTR。 解： 顯然遠大于 CMB，這是因 CMB是在 CO下，而CSTR是在 Ce下進行的。 多個 CSTR串聯(lián)使用時： 如為一級反應(yīng)，則有 00011 1 1 107 60 92 0 01iCCt ( ) ( ) . m ink C . . C? ? ? ? ?1 2 n 3 co C1 C2 Cn1 120 1 11 1 11 1 1nnCCC :C k t C k t C k t?? ? ?? ? ?兩邊相乘得： 則總反應(yīng)時間為： 例 3：前例如用 2個 CSTR，求消毒時間。 經(jīng)計算知 011nnC ()C k t? ?T n t?020 01 2 0 9210 01 9 91 0 922 9 9 19 8 107 6nC. , n , k .C. ( ) , t . m i n,.tT . . . m i n? ? ????? ? ?8 6 2 5n , T . m in m in??（ PF） 理想型 PF反應(yīng)器內(nèi)的物料僅以相同的流速平行流動，而無擴散作用，經(jīng)分析推導(dǎo)可得出前述 CMB完全相同的公式： （ 111） 一般概念 PF型和 CSTR型反應(yīng)器是兩種極端的、假想的流型。 PF型反應(yīng)器在進口端是在高濃度 C0下進行反應(yīng)，只是在出口端才在低濃度 Ce下進行反應(yīng)。而 CSTR型始終在低濃度 Ce下進行反應(yīng)，故 CSTR型反應(yīng)器生產(chǎn)能力低于 PF型。 在 CMB中，所有物料的停留時間都相同； CSTR型反應(yīng)器中存在 返混 ，即停留時間不同的物料之間混合。 用示蹤劑畫圖說明各反應(yīng)器出口的濃度分布。 c i dC it c or ( C )i?? (PFD)—自學(xué) 4. 水處理中常見的反應(yīng)器 水處理中常見的反應(yīng)器的常見反應(yīng)器見表 11。 表 11 水處理中的常見反應(yīng)器 作業(yè) P252： 2 反應(yīng)器 期望的反應(yīng)器設(shè)計 反應(yīng)器 期望的反應(yīng)器設(shè)計 快速混合器 絮凝器 沉 淀 砂濾池 吸 附 離子交換 完全混合 局部完全混合的活塞流 活塞流 活塞流 活塞流 活塞流 軟化 加氯 污泥反應(yīng)器 生物濾池 化學(xué)澄清 活性污泥 完全混合 活塞流 局部完全混合的活塞流 活塞流 完全混合 完全混合及活塞流 第二章混凝 ?167。 21混凝機理 ?167。 22混凝劑和助凝劑 ?167。 23凝聚動力學(xué) ?167。 24影響混凝的主要因素 ?167。 25混凝劑的配制與投加 ?167。 26混合和絮凝設(shè)備 167。 21混凝機理 ? 混凝：水中膠體粒子以及微小懸浮物的聚集過 ? 程稱為混凝，是凝聚和絮凝的總稱。 ? 凝聚：膠體失去穩(wěn)定性的過程稱為凝聚。 ? 絮凝：脫穩(wěn)膠體相互聚集稱為絮凝。 ? 混凝三要素： ? ①水中膠體顆粒的性質(zhì)； ? ②混凝劑在水中的水解形式； ? ③膠體與混凝劑的相互作用。 水中膠體的穩(wěn)定性 是指膠體粒子在水中長期保持分散懸浮狀態(tài)的特性。 膠體穩(wěn)定性分：“動力學(xué)穩(wěn)定性”和“聚集穩(wěn)定”兩種。 1）動力學(xué)穩(wěn)定性：是指膠體粒子的布朗運動對抗重力影 響的能力。膠體粒子的布朗運動足以抵抗重力影響， 故而長懸，稱動力學(xué)穩(wěn)定。 為什么不聚集下沉呢？ 2）聚集穩(wěn)定性：指膠體粒子間不能相互聚集的特性。在 布朗運動下有聚集頃向，但由于 ①膠體帶電相斥（憎 水性膠體）；②水化膜的阻礙（親水性膠體） 3）兩種穩(wěn)定性間的關(guān)系：很顯然，如果膠體粒子表面電 荷或水化膜被消除，則失去聚集穩(wěn)定性，從而可聚集 成大顆粒，使動力學(xué)穩(wěn)定性破壞，沉淀就會發(fā)生。因 此，在動力學(xué)穩(wěn)定性和聚集穩(wěn)定兩者之中，聚集穩(wěn)定 性對膠體穩(wěn)定性的影響起關(guān)鍵作用。 (見下頁圖 61) 膠體由膠核、密實層及擴散層所組成，故稱為雙電層結(jié)構(gòu)。由于膠核帶負電荷（其表面電位 ф稱為總電位或表面電位或熱力學(xué)電位 ），故在其表面將吸附并控制一層較密實且排列整齊的正電荷離子（該層表面稱為滑動面， ф =0，其電位稱為 ?電位）組成膠粒，與其外的擴散層（被熱運動擾亂其排列）中的正電荷共同形成電性中和并組成膠團。擴散層外邊緣的 ?電位為零。 滑動面上的 ?電位決定了憎水膠體的聚集穩(wěn)定性。也決定親水膠體的水化膜的阻礙，當ξ電位降低，水化膜減薄及至消失 。 ⅠδdⅡ膠核滑動面ζの圖 6 1 膠體 雙電層結(jié)構(gòu)示意 一般用二者間的距離與相互作用力而不是 ?電位來研究，如 DLVO理論（ P255）。該理 論認為，對于憎水性膠體，兩顆粒接近以至發(fā) 生雙電層重疊時既存在靜電斥力也存在范德華 引力，能否聚集取決于這兩力的相對大小。即 膠體顆粒之間的相互作用決定于由靜電斥力產(chǎn) 生的排斥能與范德華引力產(chǎn)生吸引能。 1）排斥勢能： ER－ 1/d2 2）吸引勢能： EA－ 1/d6（有些認為是 1/d2或 1/d3） 由此可畫出膠體顆粒的相互作用勢能與距離之間的關(guān) 系，見下頁圖 62。當膠體距離 xoa或 xoc時，吸引勢 能占優(yōu)勢；當 oa x oc時，排斥勢能占優(yōu)勢；當 x=ob 時，排斥勢能最大，稱為排斥能峰。 布朗運動能量 Eb＝ ，遠遠小于排斥能峰，膠 體顆粒不可能發(fā)生凝聚。 由于親水性膠粒表面極性基團對水分子的強烈吸 附，使粒子被包裹一層較厚的水化膜，使得范德華引 力不能發(fā)揮，從而使得膠粒無法相互靠近。因此，對 于親水性膠體而言，水化作用是 膠體聚集穩(wěn)定性的主 要原因， ?電位的影響遠小于水化膜的影響。 圖 62 相互 作用勢能與顆粒距離關(guān)系 （ a) 雙電層重疊； ( b )勢能變 化曲線rrEmaxEa0c (a)ErEa吸引勢能EA排斥勢能ER間距 x 硫酸鋁在水中的化學(xué)反應(yīng) 硫酸鋁 Al2（ SO4） 18H2O溶于水后，立即離解出鋁離子，通常是以 [Al(H2O)6]3+存在，但接著會發(fā)生水解與縮聚反應(yīng)，形成不同的產(chǎn)物。產(chǎn)物包括：未水解的水合鋁離子、單核羥基絡(luò)合物、多核羥基絡(luò)合物、氫氧化鋁沉淀等。各種產(chǎn)物的比例多少與水解條件（水溫、 pH、鋁鹽投加量）有關(guān)，見下頁圖 63 2 468 10 12204060801001,3PHA1(Ⅲ)（％）A1(Ⅲ)（％）PH1008060402012108642(3xy)+x y圖 6 3 在不 同 PH 值下，鋁離子水解產(chǎn)物[ AL（O H） ] 的相對含量（曲線旁數(shù)字分別表示 x 和 y ）(1) 鋁 mol / L ； （2 ）鋁總濃度為105mol/L , 水溫25 ℃ 混凝機理 盡管水處理中的混凝現(xiàn)象比較復(fù)雜，不同類混凝 及不同的水質(zhì)條件下，作用機理有所不同，但當前比 較一致的看法是混凝劑對水中膠體粒子的 混凝作用有 三種：電性中和、吸附架橋和卷掃作用。何為主，取 決于混凝劑的種類、投加量、水中膠粒性質(zhì)、含量及水溫、 PH值等，機理或是其中的一種、二種、三種。 電性中和作用機理包括壓縮雙電層與吸附電中和 作用機理，見后圖 64。 1）壓縮雙電層：加入電解質(zhì)，形成與反離子同電荷離 子，產(chǎn)生壓縮雙電層 (主要指擴散層厚度 d)作用（圖中 （ 2）所示），使滑動面上的 ?電位降低到某 ?k，排斥能 峰就可降為零，從而膠體顆粒失去穩(wěn)定性，產(chǎn)生凝聚 作用。 滑動面負離子原有正離子投加的正離子（1）距離 距離（2）滑動面電位ΦΦ（）δδⅠⅡⅢⅠδΦ（）電位Φ滑動面距離ⅡⅢδδ（3）圖 64 壓縮雙 電層和吸附電 中和作用 壓縮雙電層機理適用于叔采－哈代法則，即：凝聚能力 ?離子價數(shù) 6。 該機理認為 ?電位最多可降至 0。因而不能解釋以下兩種現(xiàn)象：①混凝劑投加過多，混凝效果反而下降；②與膠粒帶同樣電號的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。 2）吸附－電性中和 這種現(xiàn)象在水處理中出現(xiàn)的較多。指膠核表面直接吸附帶異號電荷的聚合離子、高分子物質(zhì)、膠粒等，來降低 ?電位。其特點是：當藥劑投加量過多時， ?電位可反號。 吸附架橋作用是指高分子物質(zhì)和膠粒，以及膠粒與膠粒之間的架橋，架橋模型示意見圖 65。 高分子絮凝劑投加后，通?？赡艹霈F(xiàn)以下兩個現(xiàn)象： ①高分子投量過少，不足以形成吸附架橋； ②但投加過多，會出現(xiàn)“膠體保護”現(xiàn)象，見圖 66； 膠粒高分子膠粒高分子排斥 排斥膠粒高分子圖 6 5 架橋 模型示意 圖 6 6 膠體 保護示意 當鋁鹽或鐵鹽混凝劑投量很大時，金屬氫氧化物在形成及沉淀過程中可對膠粒產(chǎn)生網(wǎng)捕與卷掃作用。所需混凝劑量與原水雜質(zhì)含量成反比，即當原水膠體含量少時，所需混凝劑多，反之亦然。 1. 4 硫酸鋁的混凝機理 不同 pH條件下，鋁鹽可能產(chǎn)生的混凝機理不同。何種作用機理為主，決定于鋁鹽的投加量、 pH、溫度等。實際上，幾種可能同時存在。 pH3 簡單的水合鋁離子起壓縮雙電層作用； pH=4~5 多核羥基絡(luò)合物起吸附電性中和； pH= 氫氧化鋁起吸附架橋。 167。 22混凝劑和助凝劑 本節(jié)自學(xué)為主，提綱為： ； 、性質(zhì)、常用類型； 、投加條件。 混凝劑的基本點要求： ①混凝效果好； ②對人體無危害； ③使用方便； ④貨源充足，價格低廉。 混凝劑的分類： 目前混凝劑的種類有不少于 200－ 300種，分為無機與有機兩大系列，見下頁表。 無 機 鋁系 硫酸鋁 明礬 聚合氯化鋁（ PAC） 聚合硫酸鋁（ PAS） 適宜 pH： ~8 鐵系 三氯化鐵 硫酸亞鐵 硫酸鐵（國內(nèi)生產(chǎn)少） 聚合硫酸鐵 聚合氯化鐵 適宜 pH： 5~11，但腐蝕性強 有 機 人工 合成 陽離子型：含氨