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1、第一节第一节 概概 述述第1页/共47页第一节第一节 概概 述述一、混凝的作用一、混凝的作用 废水中的大颗粒可以通过重力沉淀法去除，废水中的大颗粒可以通过重力沉淀法去除，但微小粒径的悬浮物和胶体能在水中长期保持但微小粒径的悬浮物和胶体能在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十个小时也不会自分散悬浮状态，即使静置数十个小时也不会自然沉降。然沉降。混凝所处理的混凝所处理的对象对象，主要是水和废水中的，主要是水和废水中的微小悬浮物和胶体杂质微小悬浮物和胶体杂质。第2页/共47页第一节第一节 概概 述述二、凝聚、絮凝和混凝二、凝聚、絮凝和混凝 凝聚凝聚(coagulation)(coagulation
2、)：投加混凝剂后水中的胶体投加混凝剂后水中的胶体失去稳定性，胶体颗粒互相凝聚，结果形成众多的失去稳定性，胶体颗粒互相凝聚，结果形成众多的“小矾花小矾花”。絮凝絮凝(flocculation)(flocculation)：凝聚过程中形成的凝聚过程中形成的“小小矾花矾花”通过吸附、卷带、架桥等作用，形成颗粒较大通过吸附、卷带、架桥等作用，形成颗粒较大絮凝体的过程。絮凝体的过程。混凝：混凝：是凝聚、絮凝两各过程的总称。是水中胶是凝聚、絮凝两各过程的总称。是水中胶体粒子及微小悬浮物的聚集过程。体粒子及微小悬浮物的聚集过程。第3页/共47页第一节第一节 概述概述三、天然水中的胶体杂质三、天然水中的胶体杂
3、质 通常是通常是负电荷胶体负电荷胶体，如粘土、细菌、病毒、藻类、，如粘土、细菌、病毒、藻类、腐殖质等。腐殖质等。四、混凝的应用四、混凝的应用 给水处理：给水处理：混凝混凝+沉淀，微絮凝沉淀，微絮凝+过滤过滤 废水处理：废水处理：五、混凝的特点五、混凝的特点 优点：设备简单，操作方便；优点：设备简单，操作方便；便于间歇运行，效果好。便于间歇运行，效果好。缺点：运行费用高；缺点：运行费用高；沉渣量大，处置困难；沉渣量大，处置困难；第4页/共47页第二节第二节 胶体的特性胶体的特性第5页/共47页第二节第二节 胶体的特性胶体的特性 一、胶体的基本特性一、胶体的基本特性一、胶体的基本特性一、胶体的基本
4、特性 (一一一一)光学特性光学特性光学特性光学特性：指胶体在水溶液中能引起光的反指胶体在水溶液中能引起光的反指胶体在水溶液中能引起光的反指胶体在水溶液中能引起光的反射射射射。(二二二二)布朗运动布朗运动布朗运动布朗运动:胶体为常见的分散体系之一。胶体为常见的分散体系之一。胶体为常见的分散体系之一。胶体为常见的分散体系之一。(三三三三)表面特性表面特性表面特性表面特性：分散体系的分散度越大，胶体颗分散体系的分散度越大，胶体颗分散体系的分散度越大，胶体颗分散体系的分散度越大，胶体颗粒的比表面积越大，具有的表面自由能越大，使胶体可粒的比表面积越大，具有的表面自由能越大，使胶体可粒的比表面积越大，具有
5、的表面自由能越大，使胶体可粒的比表面积越大，具有的表面自由能越大，使胶体可以产生特殊的吸附能力和溶解现象。以产生特殊的吸附能力和溶解现象。以产生特殊的吸附能力和溶解现象。以产生特殊的吸附能力和溶解现象。(四四四四)动电现象动电现象动电现象动电现象（电泳现象）：胶体具有带电性，（电泳现象）：胶体具有带电性，（电泳现象）：胶体具有带电性，（电泳现象）：胶体具有带电性，在电场力作用下，胶体微粒向一个电极方向移动的现象。第6页/共47页第二节第二节 胶体的特性胶体的特性 二、胶体的结构二、胶体的结构 胶核胶核 胶粒胶粒 胶团胶团 吸附层吸附层 扩散层扩散层第7页/共47页第二节第二节 胶体的特性胶体的
6、特性 三、双电层理论三、双电层理论 中心称为中心称为胶核胶核，其表面，其表面选择性地吸附了一层带有选择性地吸附了一层带有同号电荷的离子（可以是同号电荷的离子（可以是胶核的组成物直接电离产胶核的组成物直接电离产生的，也可以是从水中选生的，也可以是从水中选择吸附的择吸附的H H+或或OHOH-造成的），造成的），成为胶体的成为胶体的电位离子电位离子。由于电位离子的静电引由于电位离子的静电引力，在其周围又吸附了大力，在其周围又吸附了大量的异号离子，形成了所量的异号离子，形成了所谓的谓的“双电层双电层”。胶核第8页/共47页第二节第二节 胶体的特性胶体的特性 这些异号离子，其中紧靠电这些异号离子，其中
7、紧靠电位离子的部分被牢固的吸引着，位离子的部分被牢固的吸引着，当胶核运动时，它也随着一起当胶核运动时，它也随着一起运动，形成固定的离子层，称运动，形成固定的离子层，称为为吸附层吸附层。而其它的异号离子，。而其它的异号离子，距离电位离子较远，受到的引距离电位离子较远，受到的引力较弱，不随胶核一起运动，力较弱，不随胶核一起运动，并有向水中扩散的趋势，形成并有向水中扩散的趋势，形成了了扩散层扩散层。吸附层与扩散层之间的交界吸附层与扩散层之间的交界面称为面称为滑动面。滑动面。胶核 滑动面以内的部分称为滑动面以内的部分称为胶粒胶粒，胶粒与扩散层之间有一个电位差，称，胶粒与扩散层之间有一个电位差，称为胶体
8、的为胶体的电动电位（电动电位（电位）电位）。而胶核表面的电位离子与溶液之间的。而胶核表面的电位离子与溶液之间的电位差称为电位差称为总电位（总电位（电位电位，电位离子和反离子形成的总电位。），电位离子和反离子形成的总电位。）第9页/共47页第二节第二节 胶体的特性胶体的特性 胶体在水中受到几个方面的影响：胶体在水中受到几个方面的影响：（1 1）由于胶粒的带电现象，带相同电荷的胶体产生）由于胶粒的带电现象，带相同电荷的胶体产生静电斥力静电斥力，而且，而且电电位越高，胶体间的静电斥力越大。位越高，胶体间的静电斥力越大。（2 2）受水分子热运动的撞击，使胶体在水中做不规则的）受水分子热运动的撞击，使胶
9、体在水中做不规则的布朗运动布朗运动。（3 3）胶粒之间还存在着）胶粒之间还存在着相互引力相互引力范德华引力范德华引力。范德华引力的大小与。范德华引力的大小与胶粒间距离的平方成反比，当间距较大时，可忽略不计。胶粒间距离的平方成反比，当间距较大时，可忽略不计。第10页/共47页第二节第二节 胶体的特性胶体的特性 一般水中的胶粒，一般水中的胶粒，电位较高。其互相间斥力不电位较高。其互相间斥力不仅与电位有关，还与胶粒的间距有关，距离愈近，斥仅与电位有关，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颗胶粒推近到力愈大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推近到使范德华引力发挥作用的距离
10、。因此，使范德华引力发挥作用的距离。因此，胶体微粒不能胶体微粒不能相互聚结相互聚结而长期保持稳定的分散状态。而长期保持稳定的分散状态。使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。由于胶粒带电，将极性水分于吸引到它的周围形用。由于胶粒带电，将极性水分于吸引到它的周围形成一层水化膜。成一层水化膜。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。但是，水化膜是伴随胶粒带电而产生的，如果胶粒的但是，水化膜是伴随胶粒带电而产生的，如果胶粒的（电位消除或减弱，水化膜也就随之消失或减弱。（电位消除或减弱，水化膜也就随之消失或减弱。第11页/共47页
11、第二节第二节 胶体的特性胶体的特性 三、双电层理论三、双电层理论 受胶核电位离子的受胶核电位离子的静电引静电引力力和反离子热运动的和反离子热运动的扩散作用扩散作用、溶液对反离子的溶液对反离子的水化作用水化作用，反离反离子的浓度子的浓度随随与胶粒表面距离与胶粒表面距离增加增加而逐渐减少，分布符合而逐渐减少，分布符合BoltzmannBoltzmann分布。分布。第12页/共47页第二节第二节 胶体的特性胶体的特性 四、胶体的稳定性四、胶体的稳定性 胶体的稳定性，指胶体粒子在水中长期保持分胶体的稳定性，指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。散悬浮状态的特性。稳定因素稳定因素 静电斥力静电斥力
12、 布朗运动布朗运动 水化作用水化作用 不稳定因素不稳定因素 范德华引力范德华引力 布朗运动布朗运动 重力作用重力作用 第13页/共47页胶体的稳定性胶体的稳定性 （1 1 1 1）动力学稳定：）动力学稳定：）动力学稳定：）动力学稳定：是指颗粒布朗运动对抗重力影是指颗粒布朗运动对抗重力影是指颗粒布朗运动对抗重力影是指颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。粒子越小，动力学稳定性越高。响的能力。粒子越小，动力学稳定性越高。响的能力。粒子越小，动力学稳定性越高。响的能力。粒子越小，动力学稳定性越高。（2 2 2 2）聚集稳定性：）聚集稳定性：）聚集稳定性：）聚集稳定性：指胶体粒子间不能相互聚集的指胶体粒子间
13、不能相互聚集的指胶体粒子间不能相互聚集的指胶体粒子间不能相互聚集的特性。胶体粒子小，比表面积大，故表面能大，在特性。胶体粒子小，比表面积大，故表面能大，在特性。胶体粒子小，比表面积大，故表面能大，在特性。胶体粒子小，比表面积大，故表面能大，在布朗布朗布朗布朗运动作用运动作用运动作用运动作用下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子表表表表面同性电荷的排斥力作用或水化膜面同性电荷的排斥力作用或水化膜面同性电荷的排斥力作用或水化膜面同性电荷的排斥力作用或水化膜的的的的的的的的阻碍阻碍阻碍阻
14、碍使这种自发使这种自发使这种自发使这种自发聚集不能发生。聚集不能发生。聚集不能发生。聚集不能发生。（电位导致）电位导致）电位导致）电位导致）第二节第二节第二节第二节 胶体的特性胶体的特性胶体的特性胶体的特性 第14页/共47页 可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去聚可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去聚可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去聚可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去聚集稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从而动集稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从而动集稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从而动集稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从而动力学稳定性也随之破坏
15、，沉淀就会发生。力学稳定性也随之破坏，沉淀就会发生。力学稳定性也随之破坏，沉淀就会发生。力学稳定性也随之破坏，沉淀就会发生。因此，胶体因此，胶体因此，胶体因此，胶体稳定性稳定性稳定性稳定性关键在于聚集稳定性。关键在于聚集稳定性。关键在于聚集稳定性。关键在于聚集稳定性。混凝处理即是要破坏胶体的混凝处理即是要破坏胶体的混凝处理即是要破坏胶体的混凝处理即是要破坏胶体的聚集稳定性，聚集稳定性，聚集稳定性，聚集稳定性，使胶体使胶体使胶体使胶体脱稳、聚集、沉淀析出。脱稳、聚集、沉淀析出。脱稳、聚集、沉淀析出。脱稳、聚集、沉淀析出。第二节第二节第二节第二节 胶体的特性胶体的特性胶体的特性胶体的特性 第15页
16、/共47页第二节第二节 胶体的特性胶体的特性 五、胶体的类型五、胶体的类型五、胶体的类型五、胶体的类型 (一一一一)疏水性胶体（憎水性胶体）疏水性胶体（憎水性胶体）疏水性胶体（憎水性胶体）疏水性胶体（憎水性胶体）吸附层中的离子直接与胶核接触，水分子不能直吸附层中的离子直接与胶核接触，水分子不能直吸附层中的离子直接与胶核接触，水分子不能直吸附层中的离子直接与胶核接触，水分子不能直接接触胶核。如氢氧化铝、二氧化硅在水中形成的胶接接触胶核。如氢氧化铝、二氧化硅在水中形成的胶接接触胶核。如氢氧化铝、二氧化硅在水中形成的胶接接触胶核。如氢氧化铝、二氧化硅在水中形成的胶体。体。体。体。(二二二二)亲水性胶
17、体亲水性胶体亲水性胶体亲水性胶体 胶核表面存在某些极性基团和水分子亲和力很大，胶核表面存在某些极性基团和水分子亲和力很大，胶核表面存在某些极性基团和水分子亲和力很大，胶核表面存在某些极性基团和水分子亲和力很大，使水分子直接吸附到胶核表面而形成一层水化膜的胶使水分子直接吸附到胶核表面而形成一层水化膜的胶使水分子直接吸附到胶核表面而形成一层水化膜的胶使水分子直接吸附到胶核表面而形成一层水化膜的胶体。体。体。体。第16页/共47页第三节第三节 混凝原理混凝原理 根据胶体的特性，在水处理中，采取措施破坏根据胶体的特性，在水处理中，采取措施破坏胶体的稳定性。采用的方法：胶体的稳定性。采用的方法：投加电解
18、质投加电解质 投加电荷不同或水化作用不同的胶体或产生此投加电荷不同或水化作用不同的胶体或产生此类胶体的电解质类胶体的电解质 投加高分子物质投加高分子物质 接触凝聚接触凝聚 上述投加的物质统称上述投加的物质统称混凝剂混凝剂第17页/共47页第三节第三节 混凝原理混凝原理 化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pHpH值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。（一）双电层压缩机理（一）双电层压缩机理 （二）吸附电中和机理（二
19、）吸附电中和机理 （三）吸附架桥机理（三）吸附架桥机理 （四）沉淀物网捕机理（四）沉淀物网捕机理 第18页/共47页第三节第三节 混凝原理混凝原理 一、双电层压缩一、双电层压缩一、双电层压缩一、双电层压缩 1 1 1 1、憎水性胶体憎水性胶体憎水性胶体憎水性胶体 当两个胶粒相互接近以至双电层发生当两个胶粒相互接近以至双电层发生当两个胶粒相互接近以至双电层发生当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。重叠时，就产生静电斥力。重叠时，就产生静电斥力。重叠时，就产生静电斥力。向溶液中投加电解质，溶液中离子浓向溶液中投加电解质，溶液中离子浓向溶液中投加电解质，溶液中离子浓向溶液中投加电解
20、质，溶液中离子浓度增加，扩散层的厚度将从图上的度增加，扩散层的厚度将从图上的度增加，扩散层的厚度将从图上的度增加，扩散层的厚度将从图上的oaoaoaoa减小减小减小减小到到到到obobobob。加入的反离子与扩散层原有反离子之加入的反离子与扩散层原有反离子之加入的反离子与扩散层原有反离子之加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。中，从而使扩散层厚度减小。中，从而使扩散层厚度减小。中，从而使扩散层厚度减小。第19页/共47页第三节第三节
21、 混凝原理混凝原理 由于扩散层厚度的减小，由于扩散层厚度的减小，电位相应降低，胶粒电位相应降低，胶粒间的相互排斥力也减少。间的相互排斥力也减少。由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互由于扩散层减薄，颗粒相撞时的距离减少，相互间的吸引力变大。间的吸引力变大。颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥颗粒间排斥力与吸引力的合力由斥力为主变为以引力为主，颗粒就能力为主变为以引力为主，颗粒就能相互凝聚相互凝聚。两个胶粒能否相互凝聚，取决于二者的总势能。两个胶粒能否相互凝聚，取决于二者的总势能。两个胶粒能否相互凝聚，取决于二者的总势能。两个胶粒能否相互凝聚，取决于二者的总势能。DLVO理论第20页/共47页第三
22、节第三节 混凝原理混凝原理 根据根据DLVODLVO理论，理论，要使胶粒通过布朗运动要使胶粒通过布朗运动相互碰撞聚集，需要降低其排斥势能，相互碰撞聚集，需要降低其排斥势能，即降低即降低或消除胶粒的或消除胶粒的电位，电位，在水中投加电解质即可在水中投加电解质即可达到此目的。达到此目的。对于水中的负电荷胶体，投入的电解质对于水中的负电荷胶体，投入的电解质混凝剂应是正电荷或聚合离子，如混凝剂应是正电荷或聚合离子，如NaNa+、CaCa2+2+、AlAl3+3+等，其等，其作用作用是压缩胶体双电层是压缩胶体双电层为保持为保持胶体胶体电性中和电性中和所要求的扩散层厚度。所要求的扩散层厚度。第21页/共4
23、7页第三节第三节 混凝原理混凝原理 根据根据SchulzeSchulzeHardyHardy法则：法则：浓度相同的电解质破坏胶体稳定性的浓度相同的电解质破坏胶体稳定性的效力效力随随离子离子价数价数的增加而加大。的增加而加大。（高价电解质压缩胶体双电层的效果远比低价电解（高价电解质压缩胶体双电层的效果远比低价电解质有效。）质有效。）重新稳定现象重新稳定现象:当混凝剂投量过多时，凝聚效当混凝剂投量过多时，凝聚效果下降的现象。果下降的现象。原因：原因：胶体吸附电解质，表面电荷重胶体吸附电解质，表面电荷重新分布。新分布。第22页/共47页第三节第三节 混凝原理混凝原理2 2 2 2、亲水性胶体：、亲水
24、性胶体：、亲水性胶体：、亲水性胶体：水化作用水化作用是亲水性胶体聚集稳定性的主要原因。是亲水性胶体聚集稳定性的主要原因。亲水性胶体虽然也存在双电层结构，但亲水性胶体虽然也存在双电层结构，但电位对电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的影响。胶体稳定性的影响远小于水化膜的影响。第23页/共47页第三节第三节 混凝原理混凝原理 二、吸附电中和机理二、吸附电中和机理 异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚；异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚；大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，电位降低，电位降低，吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。在水处理中，一般
25、均投加高价电解质或聚合离子。在水处理中，一般均投加高价电解质或聚合离子。再稳现象：再稳现象：过多投加多核络合离子，胶核的强烈过多投加多核络合离子，胶核的强烈吸附作用，使胶体重新带电（电荷异号），而出现的再吸附作用，使胶体重新带电（电荷异号），而出现的再稳现象。稳现象。第24页/共47页第三节第三节 混凝原理混凝原理三、吸附架桥机理三、吸附架桥机理 吸吸附附架架桥桥作作用用是是指指链链状状高高分分子子聚聚合合物物在在静静电电引引力力、范范德德华华力力和和氢氢键键力力等等作作用用下下，通通过过活活性性部部位位与与胶胶粒粒和和细微悬浮物等发生吸附桥连的现象。细微悬浮物等发生吸附桥连的现象。再稳现象
26、第25页/共47页第三节第三节 混凝原理混凝原理三、吸附架桥机理三、吸附架桥机理 胶体再稳现象：胶体再稳现象：（1 1）高高分分子子聚聚合合物物浓浓度度较较高高时时，对对胶胶粒粒的的包包裹裹，产生产生“胶体保护胶体保护”作用。作用。（2 2）胶粒较少时，高分子聚合物的缠绕作用；）胶粒较少时，高分子聚合物的缠绕作用；（3 3）长时间的剧烈搅拌。）长时间的剧烈搅拌。第26页/共47页第三节第三节 混凝原理混凝原理四、沉淀物网捕机理四、沉淀物网捕机理 当当采采用用硫硫酸酸铝铝、石石灰灰或或氯氯化化铁铁等等高高价价金金属属盐盐类类作作混混凝凝剂剂时时，当当投投加加量量很很大大形形成成大大量量的的金金属
27、属氢氢氧氧化化物物(如如Al(OH)Al(OH)3 3 、Fe(OH)Fe(OH)3 3或或带带金金属属碳碳酸酸盐盐(CaCO(CaCO3 3)沉沉淀淀时时，可可以以网网捕捕、卷卷扫扫水水中中的的胶胶粒粒，水水中中的的胶胶粒粒以以这这些些沉淀为沉淀为核心核心产生沉淀。这基本上是产生沉淀。这基本上是一种机械作用一种机械作用。混混凝凝剂剂最最佳佳投投加加量量与与被被除除去去物物质质的的浓浓度度成成反反比比，胶粒越多，金属混凝剂投加量越少胶粒越多，金属混凝剂投加量越少。第27页/共47页第三节第三节 混凝原理混凝原理 在在混混凝凝过过程程中中，上上述述现现象象常常不不是是单单独独存存在在的的，往往往
28、往同同时时存存在在，只只是是在在一一定情况下以某种现象为主。定情况下以某种现象为主。第28页/共47页第三节第三节 混凝原理混凝原理 对于混凝剂而言，在废水处理时：对于混凝剂而言，在废水处理时：（带负电胶体）（带负电胶体）（1）普通电解质）普通电解质 只有压缩双电层和吸附电中和作用；只有压缩双电层和吸附电中和作用；（2）高分子物质）高分子物质 A、阳阳离离子子型型（带带正正电电荷荷）聚聚合合电电解解质质，具具有电中和作用和吸附架桥功能。有电中和作用和吸附架桥功能。B、非非离离子子型型（不不带带电电荷荷）或或阴阴离离子子型型（带带负负电荷）聚合电解质，只能起吸附架桥作用。电荷）聚合电解质，只能起
29、吸附架桥作用。第29页/共47页第四节第四节 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂第30页/共47页第四节第四节 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂(一一)混凝剂的分类混凝剂的分类第31页/共47页第四节第四节 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂 (二二)无机混凝剂无机混凝剂 传统无机混凝剂和无机高分子混凝剂。传统无机混凝剂和无机高分子混凝剂。铝盐铝盐 硫酸铝（硫酸铝（AlAl2 2(SO(SO4 4)3 318H18H2 2O O）明矾（明矾（K K2 2SOSO4 4AlAl2 2(SO(SO4 4)3 324H24H2 2O O）由由于于铝铝的的比比重重小小，在在水水温温低低的的情情况况下下，絮絮粒粒较较轻
30、而疏松，处理效果较差。轻而疏松，处理效果较差。pHpH有效范围较窄，在有效范围较窄，在5.5-85.5-8之间。之间。投加量大。投加量大。第32页/共47页第四节第四节 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂 (二二)无机混凝剂无机混凝剂 以以 铝盐铝盐 为例，介绍混凝的过程：为例，介绍混凝的过程：在水中，Al3+以Al(OH)63+的形态存在，发生水解：Al(H2O)63+=Al(OH)(H2O)52+H+Al(OH)(H2O)52+=Al(OH)2(H2O)4+H+Al(OH)2(H2O)4+=Al(OH)3(H2O)3+H+（1）pH4时，水中以Al(H2O)63+为主；（2）pH45时，以Al(
31、OH)(H2O)52+、Al(OH)2(H2O)4+及少量的Al(OH)3(H2O)3；（3）pH78时，水中以Al(OH)3(H2O)3为主。（4）pH9时，水中产生Al(OH)3沉淀。水解过程水解过程第33页/共47页第四节第四节 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂 单核络合物通OH-桥键缩聚成单核羟基络合物：Al(H2O)63+Al(OH)(H2O)52+Al2(OH)(H2O)105+H2O 两个单羟基络合物可缩合成双羟基双核络合物：OH 2Al(OH)(H2O)52+=(H2O)4Al Al(H2O)44+2H2O OH 生 成 物 Al2(OH)2(OH)84+还 可 进 一 步 缩 合
32、 成Al3(OH)4(H2O)105+缩合产物同时也会发生水解反应：Al3(OH)4(H2O)105+Al3(OH)5(H2O)94+H+水解与缩聚两种反应交替进行，最终生成聚合度极大的中性氢氧化铝，浓度超过其溶解度时析出氢氧化铝沉淀。铝离子在水中化学反应的全过程铝离子在水中化学反应的全过程第34页/共47页第四节第四节 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂 Al Al3+3+在水中的存在状态和在水中的存在状态和pHpH有关有关：在在pH pH 较低时，较低时，高电荷低聚合度的络合物占多数；高电荷低聚合度的络合物占多数；在在pH pH 较高时，较高时，低电荷高聚合度的络合物占多数。低电荷高聚合度的络合
33、物占多数。其中：其中：对对于于高高电电荷荷低低聚聚合合度度的的水水解解聚聚合合物物，主主要要起起到到压压缩双电层和吸附架桥作用；缩双电层和吸附架桥作用；对对于于低低电电荷荷高高聚聚合合度度的的水水解解聚聚合合物物，主主要要起起到到吸吸附架桥作用和沉淀网捕作用；附架桥作用和沉淀网捕作用；对对于于高高聚聚合合度度的的水水解解沉沉淀淀物物，以以吸吸附附、网网捕捕、卷卷带作用为主。带作用为主。第35页/共47页第四节第四节 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂 铁盐铁盐 三氯化铁（三氯化铁（FeClFeCl3 36H6H2 2O O）硫酸亚铁（硫酸亚铁（FeSOFeSO4 47H7H2 2O O）生成的絮粒在
34、水中的沉淀速度较快；生成的絮粒在水中的沉淀速度较快；处理浊度高、水温较低的废水，效果比较显著；处理浊度高、水温较低的废水，效果比较显著；FeClFeCl3 3容易吸水潮解，故不易保管；腐蚀性强，容易吸水潮解，故不易保管；腐蚀性强，对混凝土也产生腐蚀作用；生成对混凝土也产生腐蚀作用；生成Fe(OH)Fe(OH)2 2它的溶解度它的溶解度很大，残留水中的很大，残留水中的FeFe2+2+会使处理后的水带色，会使处理后的水带色，第36页/共47页第四节第四节 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂 无机高分子混凝剂无机高分子混凝剂 聚合氯化铝聚合氯化铝 (碱式氯化铝，简称碱式氯化铝，简称PAC)PAC)化学通式
35、为化学通式为AlAl2 2(OH)(OH)n nClCl6-n6-n m m,式中式中n5n5，m10m10。制备：以铝灰或含铝矿物作原料，采用酸溶法或制备：以铝灰或含铝矿物作原料，采用酸溶法或碱溶法加工制成的。碱溶法加工制成的。参考书：参考书：碱式氯化铝碱式氯化铝李润李润生生 A A 对水质适应性较强，适用对水质适应性较强，适用pHpH范围广，范围广，5-95-9之间；之间；B B 絮凝体形成快，比重大，沉降性好；絮凝体形成快，比重大，沉降性好；C C 投药量低。投药量低。D D 碱化度较高，对设备的腐蚀性小，处理后的水碱化度较高，对设备的腐蚀性小，处理后的水pHpH和碱度下降较小。和碱度下
36、降较小。第37页/共47页第四节第四节 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂 聚合硫酸铁聚合硫酸铁(碱式硫酸铁碱式硫酸铁)()(简写简写PFS)PFS)化学通式为化学通式为FeFe2 2(OH)(OH)n n(SO(SO4 4)3-n/23-n/2 m m式中式中n10n10。A A 适适用用范范围围广广：pH pH 4-114-11；低低水水温温，混混凝凝效效果果稳稳定；定；B B 用量小，絮凝体沉降性能好；用量小，絮凝体沉降性能好；C C COD COD去除率和脱色效果好；去除率和脱色效果好；D D 处理后水中铁残留量低，腐蚀性较小。处理后水中铁残留量低，腐蚀性较小。第38页/共47页第四节第四节
37、 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂(三三)有机混凝剂有机混凝剂 天然高分子混凝剂天然高分子混凝剂 人工合成高分子混凝剂，水处理中常用阴离子人工合成高分子混凝剂，水处理中常用阴离子型、阳离子型、非离子型型、阳离子型、非离子型3 3种高分子混凝剂。种高分子混凝剂。(1)(1)天然高分子混凝剂天然高分子混凝剂 主要有动物胶、淀粉、甲壳素等。主要有动物胶、淀粉、甲壳素等。特点：特点：电荷密度小，分子量较低，且易发生降电荷密度小，分子量较低，且易发生降解而失去活性。解而失去活性。第39页/共47页第四节第四节 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂(2)(2)人工合成高分子混凝剂人工合成高分子混凝剂 阴阴离离子子型型
38、：主主要要含含-COOM-COOM(M(M为为H H+或或金金属属离离子子)或或 -SO-SO3 3H H的的聚聚合合物物，如如阴阴离离子子聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺(CPAM)(CPAM)和聚苯乙烯磺酸钠（和聚苯乙烯磺酸钠（PSSPSS）等。）等。阳阳离离子子型型：主主要要是是含含有有-NH-NH3 3+、-NH-NH2 2+和和-N-N+R R4 4的聚合物，的聚合物，如阳离子聚丙烯酰胺（如阳离子聚丙烯酰胺（APAMAPAM）等。）等。非非离离子子型型：所所含含基基团团未未发发生生反反应应的的聚聚合合物物。如如非非离离子子型型聚聚丙丙烯烯酰酰胺胺（NPAMNPAM）和和聚聚氧氧化化乙乙烯烯(PE
39、O)(PEO)等。等。第40页/共47页聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺 简称简称PAMPAM，又称三号混凝剂，又称三号混凝剂，PAMPAM的分子结构通式的分子结构通式为：为：PAMPAM是线状水溶性高分子，其分子量在是线状水溶性高分子，其分子量在300-1800300-1800万。万。阴离子聚丙烯酰胺阴离子聚丙烯酰胺(CPAM)(CPAM)阳离子聚丙烯酰胺（阳离子聚丙烯酰胺（APAMAPAM）非离子型聚丙烯酰胺（非离子型聚丙烯酰胺（NPAMNPAM）两性离子型聚丙烯酰胺（两性离子型聚丙烯酰胺（NPAMNPAM）-CH2-CH-n,CONH2 第41页/共47页第四节第四节 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂（
40、3 3）高分子混凝剂的作用：）高分子混凝剂的作用：靠靠氢氢键键、静静电电、范范德德华华力力的的作作用用对对胶胶粒粒强强烈烈的的吸附作用。吸附作用。高高聚聚合合度度的的线线型型高高分分子子在在溶溶液液中中保保持持适适当当的的伸伸展展形形状状，从从而而发发挥挥吸吸附附架架桥桥作作用用，把把许许多多细细小小颗颗粒粒吸吸附后，缠结在一起。附后，缠结在一起。第42页/共47页第四节第四节 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂 有机高分子混凝剂使用时须注意的问题：有机高分子混凝剂使用时须注意的问题：与其他混凝剂共同使用时的与其他混凝剂共同使用时的投加顺序：投加顺序：当废水低浊度时，宜先投其他混凝剂；当废水当废水低
41、浊度时，宜先投其他混凝剂；当废水浊度高时，应先投加浊度高时，应先投加PAMPAM。高分子混凝剂最佳投加量的确定。高分子混凝剂最佳投加量的确定。在高分子混凝剂使用时，应尽量采用较低的浓在高分子混凝剂使用时，应尽量采用较低的浓度。度。第43页/共47页第四节第四节 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂 (四四)混凝剂研究发展方向混凝剂研究发展方向 有机高分子混凝剂有机高分子混凝剂 天天然然有有机机高高分分子子混混凝凝剂剂：如如壳壳聚聚糖糖及及其其改改性性产产物、淀粉改性物、淀粉改性 聚聚丙丙烯烯酰酰铵铵改改性性产产品品：阴阴离离子子型型、阳阳离离子子型型、非离子型、两性非离子型、两性 无机混凝剂无机混凝剂
42、 无无机机复复合合混混凝凝剂剂的的研研制制，如如：聚聚硅硅酸酸铝铝、聚聚硅硅酸铁、聚硅酸铝铁酸铁、聚硅酸铝铁 微生物絮凝剂微生物絮凝剂第44页/共47页第四节第四节 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂二、助凝剂二、助凝剂 (一一)定义定义 当当单单用用混混凝凝剂剂不不能能取取得得良良好好效效果果时时，可可投投加加某某些些辅辅助助药药剂剂以以提提高高混混凝凝效效果果，这这种种辅辅助助药药剂称为助凝剂。剂称为助凝剂。(二二)作用作用 （调节或改善混凝的条件）（调节或改善混凝的条件）改善絮粒结构，增大颗粒粒度及比重。改善絮粒结构，增大颗粒粒度及比重。调调整整废废水水的的pHpH和和碱碱度度，使使其其达达到
43、到最最佳佳的的混混凝条件。凝条件。第45页/共47页第四节第四节 混凝剂与助凝剂混凝剂与助凝剂(三三)助凝剂助凝剂分类分类 A A、pHpH调调整整剂剂：调调节节废废水水的的pHpH符符合合混混凝凝处处理理工工艺艺要要求。常用石灰、硫酸、氢氧化钠等。求。常用石灰、硫酸、氢氧化钠等。B B、絮絮凝凝结结构构改改良良剂剂：投投加加絮絮体体结结构构改改良良剂剂以以增增大大絮絮体体的的粒粒径径、密密度度。常常用用骨骨胶胶、活活化化硅硅酸酸、海海藻藻酸酸钠钠、粘土、水玻璃、粘土、水玻璃、PAMPAM等。等。C C、氧化剂、氧化剂：有机物含量高，易起泡沫，絮凝体不：有机物含量高，易起泡沫，絮凝体不易沉降。投加氯气、次氯酸、臭氧等分解有机物，使胶易沉降。投加氯气、次氯酸、臭氧等分解有机物，使胶体脱稳，还可将体脱稳，还可将FeFe2+2+转化成转化成FeFe3+3+,以提高混凝效果。以提高混凝效果。第46页/共47页感谢您的观看！第47页/共47页