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1、第1页，本讲稿共14页第一节 化学混凝法第2页，本讲稿共14页化学混凝法:在混凝剂的作用下，使废水中的胶体和细微悬浮物凝聚为絮凝体，然后予以分离除去的方法。胶体粒子和细微悬浮物的粒径分别为1100nm和10010000nm。由于布朗运动、水合作用，尤其是微粒间的静电斥力等原因，胶体和细微悬浮物能在水中长期保持悬浮状态，静置不沉。因此，必须首先投加混凝剂来破坏它们的稳定性，使其相互聚集为数百微米以至数毫米的絮凝体，才能用沉降、过滤和气浮等常规方法除去。混凝就是在混凝剂的离解和水解产物作用下，使水中的胶体污染物和细微悬浮物脱稳并聚集为具有可分离性的絮凝体的过程，其中包括凝聚和絮凝两个过程。第3页，
2、本讲稿共14页胶体结构及其脱稳凝聚机理胶体结构及其电位如图所示为胶体粒子的双电层结构及其电位分布示意图。粒子的中心，是由数百以至数千个分散相固体物质分子组成的胶核。在胶核的表面，有一层带同号电荷的离子，称为电位离子层。电位离子层构成了双电层的内层。电位离子所带的电荷称为胶体粒子的表面电荷，其电性正负和数量的多少决定了双电层总电位的符号和大小。第4页，本讲稿共14页胶体粒子就整体而言是呈电中性的。为了平衡电位离子所带的表面电荷，液相胶体粒子就整体而言是呈电中性的。为了平衡电位离子所带的表面电荷，液相一侧必然存在众多电荷数与表面电荷相等而电性与电位离子相反的离子，称为一侧必然存在众多电荷数与表面电
3、荷相等而电性与电位离子相反的离子，称为反离子。反离子层构成了双电层的外层，其中紧靠电位离子的反离子被电位离反离子。反离子层构成了双电层的外层，其中紧靠电位离子的反离子被电位离子牢固吸引着，并随胶核一起运动，称为反离子吸附层。吸附层一般为几纳米，子牢固吸引着，并随胶核一起运动，称为反离子吸附层。吸附层一般为几纳米，它和电位离子层构成胶体粒子的固定层。固定层外围的反离子由于受到电位离它和电位离子层构成胶体粒子的固定层。固定层外围的反离子由于受到电位离子的引力较弱，受热运动和水合作用的影响较大，因而不随胶核一起运动，并子的引力较弱，受热运动和水合作用的影响较大，因而不随胶核一起运动，并趋于向溶液主体
4、扩散，称为反离子扩散层。趋于向溶液主体扩散，称为反离子扩散层。固定层和扩散层之间的交界面称为滑动面。当胶核与溶液发生相对运动时，胶体粒子就沿滑动面一分为二，滑动面以内的部分是一个做整体运动的单元，称为胶粒。由于其中的反离子所带的电荷数少于表面电荷总数，所以胶粒总是带有剩余电荷。剩余电荷的电性与电位离子的电性相同，其数量等于表面电荷总数与吸附层反离子所带电荷之差。胶粒和扩散层一起构成电中性的胶体离子（胶团）。第5页，本讲稿共14页胶核表面电荷的存在，使胶核与溶液主体之间产生电位，称为总电位或电位。胶粒表面剩余电荷，使滑动层与溶液主体之间也产生电位，称为电动电位或电位。胶体因电位降低或消除，从而失
5、去稳定性的过程称为脱稳。脱稳的胶粒相互聚集为微絮凝的过程称为凝聚。不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳和凝聚。按机理，脱稳和凝聚可分为压缩双电层、电性中和、吸附桥联和网罗卷带等4种。第6页，本讲稿共14页压缩双电层压缩双电层是指在胶体分散系中投加能产生高价反离子的活性电解质，通过增大溶液的反离子强度来减小扩散层厚度，从而使电位降低的过程。该过程的实质就是新增的反离子与扩散层内原有反离子之间的静电斥力把原有反离子程度不同地挤压到吸附层，从而使扩散层减薄。电性中和当投加的电解质为铁盐、铝盐时，它们能在一定条件下离解和水解，生成各种络合离子。这些络合离子不但能压缩双电层，而且能够通过胶核外围的反离
6、子层进入固液界面，并中和电位离子所带的电荷，使电位降低，电位随之减小，达到胶粒的脱稳和凝聚，这就是电性中和。第7页，本讲稿共14页吸附桥联 如果投加的药剂是水溶性链状高分子聚合物并具有能与胶粒和细微悬浮物发生吸附的活性部位，它就能通过静电引力、范德华力和氢键力等，将微粒搭桥联结为一个个絮凝体（俗称矾花）。这种作用就称为吸附桥联。聚合物的加入量、搅拌强度和搅拌时间必须严格控制，如果加入量过多，一开始微粒就被若干个高分子链包围，微粒再没有空白部位去吸附其它的高分子链，结果形成无吸附部位的稳定颗粒。如果搅拌时间过长或搅拌强度过大，桥联就会断裂，絮凝体破碎，并形成二次吸附再稳颗粒。网罗卷带当用铁、铝盐
7、等高价金属盐类作混凝剂，而且其投加量和介质条件足以使它们迅速生成难溶当用铁、铝盐等高价金属盐类作混凝剂，而且其投加量和介质条件足以使它们迅速生成难溶性氢氧化物时，沉淀就能把胶粒或细微悬浮物作为晶核或吸附质而将其一起除去。性氢氧化物时，沉淀就能把胶粒或细微悬浮物作为晶核或吸附质而将其一起除去。第8页，本讲稿共14页混凝剂及其作用机理在混凝处理中，主要是通过压缩双电层和电性中和机理起作用的，所用添加剂常称为凝聚剂；主要通过吸附桥联机理起作用的则称为絮凝剂；同时兼有以上功能的统称为混凝剂助凝剂为了提高混凝效果，生成粗大、密实、易于分解的絮凝体，特别是在原水水质状况与混凝剂所要求的适宜条件不相适应的情
8、况下，就需要添加一些辅助药剂。这些药剂统称为组凝剂，按其作用，组凝剂主要有以下三类：第9页，本讲稿共14页pH调节剂在原水pH值不符合工艺要求，或在投加混凝剂后pH值发生较大变化时，就需要投加酸性或碱性物质予以调整。常用的pH调整剂有H2SO4、CO2和Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3等。絮体结构改良剂氧化剂其作用是加大絮体的粒径、密度和机械强度。这类物质有水玻璃、活性硅酸和粉煤灰、粘土等。前二者主要为骨架物质来强化低温和低碱度下的絮凝作用；后二者则作为絮体形成核心来加大絮体密度，改善其沉降性能和污泥的脱水性能。当原水中的有机物含量较高时，容易形成泡沫，不仅使感观性状恶化，絮凝体也不易沉
9、降。此时，应当投加Cl2、Ca(ClO)2和NaClO等氧化剂来破坏有机物。当用FeSO4作混凝剂时，则常用O2和Cl2将Fe2+氧化为Fe3+,以提高混凝效果。第10页，本讲稿共14页影响混凝的因素混凝过程是混凝剂与水及胶体和细微悬浮混凝过程是混凝剂与水及胶体和细微悬浮物之间相互作用的复杂物理化学过程。为物之间相互作用的复杂物理化学过程。为了获得易于分离的絮凝体和尽可能低的出了获得易于分离的絮凝体和尽可能低的出水浊度，就必须根据原水中胶体和细微悬水浊度，就必须根据原水中胶体和细微悬浮物的性质、浓度和介质性状，正确控制浮物的性质、浓度和介质性状，正确控制过程的工艺条件。这些条件主要有水温、过程
10、的工艺条件。这些条件主要有水温、pHpH值、混凝剂的种类和用量，以及搅拌强度值、混凝剂的种类和用量，以及搅拌强度和搅拌时间。和搅拌时间。第11页，本讲稿共14页影响混凝的因素水温:以2030 为宜，温度过低，混凝剂水解缓慢，生成的絮体细碎松散，不易沉降。为了弥补水温过低的不利影响，可采取废热加热、配合使用铁盐混凝剂、投加活性硅酸助凝剂和粉煤灰、粘土等絮体加重剂，以及适当提高介质碱度来增大水解平衡常数等措施。每种混凝剂都有其适宜的pH值，这是因为pH值的高低不但直接影响着污染物存在的形态和表面性质，而且影响着混凝剂的水解平衡及产物的存在形态和存在时间。高分子絮凝剂除离解时产生H+和OH-外，一般
11、受pH的影响很小。种类的选择主要取决于胶体和细微悬浮物的种类、性质和浓度。如果水中的污染物主要是细微悬浮物或次生化学沉淀物，可单独采用高分子絮凝剂；如果污染物主要呈胶体状态，且电位较高，则应首先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚，如絮体细小，还需投加高分子絮凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂。第12页，本讲稿共14页混凝剂选用原则阴离子和非离子型主要用于去除浓度较高的细微悬浮物，但前者更适于中性和碱性水质，后者更适于中性至酸性水质；阳离子型主要用于去除胶体状有机物，pH值为酸性至碱性均可；如果絮凝对象的电位较高，则应优先选用电性相反的离子型絮凝剂；还应考虑来源、成本和是否引入有害物质等因素。第13页，本讲稿共14页搅拌时间和强度混合阶段，为了达到混凝剂与原水的快速均匀混合，搅拌强度要大，但时间短，搅拌时间t应在1030s。反应阶段，既要为微絮粒的接触碰撞提供必要的紊流条件和絮体成长所需的足够时间，又要防止已经生成的絮凝体被击碎，因此搅拌强度要小，但时间要长，搅拌时间为1530min。第14页，本讲稿共14页