水污染控制工程 第三章 混凝
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不能单纯用静电作用来说明在水溶液中投加混凝剂使胶粒 脱稳的胶粒、混凝剂和水溶液三个方面的相互作用的综合 现象。
第三章 混凝
14
水污染 控制工程Ⅰ
3.1.3 胶体的脱稳与凝聚机理
（2）吸附电中和
利用胶粒表面对异 号离子、胶粒、链状 分子带异号电荷的部 位的强烈吸附作用， 中和电位离子所带电 荷，减少静电斥力， 降低电位，使胶体脱 稳和凝聚。
Schulze-Hardy（叔采—哈代）法则：不同电解质压缩双电层 的作用不同，浓度相同时，电解质离子的凝聚能力随离子价的 增高而显著增大，见下表。使负电荷胶体脱稳所需不同价态正离子 的浓度之比为：[M+] :[M2+]:[ M3+]=1:[1/2] 6:[1/3] 6
第三章 混凝
13
水污染 控制工程Ⅰ
生活污水：有效除磷（采用的混凝剂有铝盐、三价铁盐和石灰等）
城市污水二级强化处理脱氮除磷的主要技术之一，可以弥补生物法 难以实现磷的达标排放的缺陷。
污泥调理：用于污泥脱水前的浓缩过程，改善污泥的脱水性能；
生化污泥含水率高且脱水困难，污泥调理是污泥处理处置的关键， 污泥调理技术主要包括化学调理、物理调理、化学调理和物理调理 联用、微生物絮凝调理技术。
胶体粒子(即电中性的胶团)＝胶粒＋扩散层 例如氢氧化铁胶体粒子：
第三章 混凝
8
水污染
控制工程Ⅰ 3.1.3 胶体的脱稳与凝聚机理
胶体保持稳定的原因： (1)同性胶体微粒之间的静电斥力； (2)胶粒和反离子的水化作用。
胶体因ζ电位降低或消除，从而失去稳定性的过程称为脱 稳。脱稳的胶粒相互聚集为微絮粒的过程称为凝聚。 未经脱稳的胶体通过高分子架桥作用形成大的颗粒，称 为絮凝。
（2）力学性质
主要是指胶体的布朗运动，是由于水分子处于热运动状态 不断运动并撞击这些胶体颗粒而使其所作的一刻不停的不 规则运动。这是胶体颗粒不能自然沉淀的原因之一。
（3）表面性能
胶体颗粒微小，故其比表面积大，从而使胶体颗粒具有强 烈的吸附能力和水化作用。
（4）动电现象
在外加电位差的作用下胶体溶液系统内固相与液相间产生
3.1.3 胶体的脱稳与凝聚机理
（1）压缩双电层
4q /
利用电解质压缩双电层，降低ζ电位，消除静电排斥能峰， 使胶体脱稳聚和。
➢ 反离子的静电斥力和浓度扩散力压缩扩散层
第三章 混凝
（b） 胶粒势能曲线
11
水污染 控制工程Ⅰ
加电解质后胶粒带电现象
第三章 混凝
12
水污染 控制工程Ⅰ
（1）压缩双电层机理
适用范围：非离子型或带同 电号的离子型高分子的絮凝 现象。
既可自成独立的处理系统，又可与其它单元过程组合，作为 预处理、中间处理和最终处理过程。
例如城市污水一级强化混凝处理后，即可达排放要求。
第三章 混凝
3
水污染 控制工程Ⅰ
本章主要内容
3.1 胶体结构及其脱稳机理 3.2 混凝剂与助凝剂 3.3 影响混凝的因素 3.4 混凝设备 3.5 混凝应用实例 通过本章学习，重点掌握混凝的应用、常用混凝
在废水中加入混凝剂，使胶体脱稳、凝聚和絮凝的整个 过程统称为混凝。
第三章 混凝
9
水污染
控制工程Ⅰ 3.1.3 胶体的脱稳与凝聚机理
不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳、凝聚或絮凝。 混凝机理包括： ➢ 压缩双电层 ➢ 吸附电中和 ➢ 吸附架桥 ➢ 沉淀物网捕
第三章 混凝
10
水污染 控制工程Ⅰ
水污染 控制工程Ⅰ
第三章 混凝
1
水污染 控制工程Ⅰ
废 水 分 散 体 系
什么是 混凝?
胶体和细微悬浮物 为
什么要概用混述凝处理 ?
真溶液 胶体溶液
悬浮液
………………………… … … … … … … … … … …v …………………………
10-10 10-9 10-7
10-4
吸附 离子交换
膜分离
混凝后 固液分
剂及其影响因素、混凝设备及其设计计算。
第三章 混凝
4
水污染 控制工程Ⅰ
3.1 胶体结构及其脱稳机理
3.1.1 胶体的特性 3.1.2 胶体的结构及其ζ电位 3.1.3 胶体的脱稳和凝聚机理
第三章 混凝
5
水污染 控制工程Ⅰ
（1）光学性质
3.1.1 胶体的特性
即胶体在水溶液中能引起光反射的性质——使水质混浊。
相对移动，证明胶体微粒带电。同性相斥，不能聚合。
第三章 混凝
6
水污染 控制工程Ⅰ
3.1.2 胶体的结构及其ζ电位
胶体结构很复杂，它是由胶核、 吸附层及扩散层三部分组成。
总电位（或ψ电位）
ζ电位：由于胶粒表面剩余电荷导
致胶粒表面与溶液主体之间产生的 电位差。又称为电动电位或界面动 电位。
胶体的双电层 电位离子层— 总电位。 反离子层：—
双电层的外层。
第三章 混凝
4q /
q——胶体粒子的电动电荷密 度，即胶粒表面与溶液 主体间的电荷差
δ——扩散层厚度，cm； ε——水的介电常数，其值随
水温升高而减小。
7
水污染 控制工程Ⅰ
氢氧化铁胶体的结构
胶粒=胶核+吸附层 胶粒带电＝表面电荷总数－反离子吸附层所带电荷
可解释电解质投量过多时， 使胶粒发生再稳定现象， 使混凝效果反而下降。
第三章 混凝
15
水污染 控制工程Ⅰ
3.1.3 胶体的脱稳与凝聚机理
（3）吸附架桥
• 利用高分子的吸附架桥能 力，将多个杂质颗粒吸附 在一起，形成大絮体下沉。
吸附作用力：包括各种物理 化学作用，如静电引力、范 德华力和氢键力等，这取决 于聚合物同胶粒表面二者化 学结构的特点。
压缩双电层机理的适用范围
特别适用于无机盐混凝剂所提供的简单离子的情况。Eg. 港湾处泥沙沉积现象。
机理的缺陷
理论上应是在等电状态下混凝效果最好，但实际上ζ电 位往往大于0。
溶液中超额的反离子进入扩散层，出现胶粒电荷改变 符号而使胶粒重新稳定的情况，见下页图。如三价铝 盐或铁盐混凝剂投量过多时效果反而下降。
离
粒度（m）
沉淀/气浮 或过滤法
混凝澄清法，是通过向废水中投加混凝剂，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水处理法。
第三章 混凝
2
水污染 控制工பைடு நூலகம்Ⅰ
混凝有什么作 用?
概述
工业废水：去除废水的悬浮物（浊度）、色度、油份、COD，
以及某些重金属和放射性物质等多种有毒有害污染物；
第三章 混凝
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水污染 控制工程Ⅰ
3.1.3 胶体的脱稳与凝聚机理
（2）吸附电中和
利用胶粒表面对异 号离子、胶粒、链状 分子带异号电荷的部 位的强烈吸附作用， 中和电位离子所带电 荷，减少静电斥力， 降低电位，使胶体脱 稳和凝聚。
Schulze-Hardy（叔采—哈代）法则：不同电解质压缩双电层 的作用不同，浓度相同时，电解质离子的凝聚能力随离子价的 增高而显著增大，见下表。使负电荷胶体脱稳所需不同价态正离子 的浓度之比为：[M+] :[M2+]:[ M3+]=1:[1/2] 6:[1/3] 6
第三章 混凝
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水污染 控制工程Ⅰ
生活污水：有效除磷（采用的混凝剂有铝盐、三价铁盐和石灰等）
城市污水二级强化处理脱氮除磷的主要技术之一，可以弥补生物法 难以实现磷的达标排放的缺陷。
污泥调理：用于污泥脱水前的浓缩过程，改善污泥的脱水性能；
生化污泥含水率高且脱水困难，污泥调理是污泥处理处置的关键， 污泥调理技术主要包括化学调理、物理调理、化学调理和物理调理 联用、微生物絮凝调理技术。
胶体粒子(即电中性的胶团)＝胶粒＋扩散层 例如氢氧化铁胶体粒子：
第三章 混凝
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水污染
控制工程Ⅰ 3.1.3 胶体的脱稳与凝聚机理
胶体保持稳定的原因： (1)同性胶体微粒之间的静电斥力； (2)胶粒和反离子的水化作用。
胶体因ζ电位降低或消除，从而失去稳定性的过程称为脱 稳。脱稳的胶粒相互聚集为微絮粒的过程称为凝聚。 未经脱稳的胶体通过高分子架桥作用形成大的颗粒，称 为絮凝。
（2）力学性质
主要是指胶体的布朗运动，是由于水分子处于热运动状态 不断运动并撞击这些胶体颗粒而使其所作的一刻不停的不 规则运动。这是胶体颗粒不能自然沉淀的原因之一。
（3）表面性能
胶体颗粒微小，故其比表面积大，从而使胶体颗粒具有强 烈的吸附能力和水化作用。
（4）动电现象
在外加电位差的作用下胶体溶液系统内固相与液相间产生
3.1.3 胶体的脱稳与凝聚机理
（1）压缩双电层
4q /
利用电解质压缩双电层，降低ζ电位，消除静电排斥能峰， 使胶体脱稳聚和。
➢ 反离子的静电斥力和浓度扩散力压缩扩散层
第三章 混凝
（b） 胶粒势能曲线
11
水污染 控制工程Ⅰ
加电解质后胶粒带电现象
第三章 混凝
12
水污染 控制工程Ⅰ
（1）压缩双电层机理
适用范围：非离子型或带同 电号的离子型高分子的絮凝 现象。
既可自成独立的处理系统，又可与其它单元过程组合，作为 预处理、中间处理和最终处理过程。
例如城市污水一级强化混凝处理后，即可达排放要求。
第三章 混凝
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水污染 控制工程Ⅰ
本章主要内容
3.1 胶体结构及其脱稳机理 3.2 混凝剂与助凝剂 3.3 影响混凝的因素 3.4 混凝设备 3.5 混凝应用实例 通过本章学习，重点掌握混凝的应用、常用混凝
在废水中加入混凝剂，使胶体脱稳、凝聚和絮凝的整个 过程统称为混凝。
第三章 混凝
9
水污染
控制工程Ⅰ 3.1.3 胶体的脱稳与凝聚机理
不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳、凝聚或絮凝。 混凝机理包括： ➢ 压缩双电层 ➢ 吸附电中和 ➢ 吸附架桥 ➢ 沉淀物网捕
第三章 混凝
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水污染 控制工程Ⅰ
水污染 控制工程Ⅰ
第三章 混凝
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水污染 控制工程Ⅰ
废 水 分 散 体 系
什么是 混凝?
胶体和细微悬浮物 为
什么要概用混述凝处理 ?
真溶液 胶体溶液
悬浮液
………………………… … … … … … … … … … …v …………………………
10-10 10-9 10-7
10-4
吸附 离子交换
膜分离
混凝后 固液分
剂及其影响因素、混凝设备及其设计计算。
第三章 混凝
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水污染 控制工程Ⅰ
3.1 胶体结构及其脱稳机理
3.1.1 胶体的特性 3.1.2 胶体的结构及其ζ电位 3.1.3 胶体的脱稳和凝聚机理
第三章 混凝
5
水污染 控制工程Ⅰ
（1）光学性质
3.1.1 胶体的特性
即胶体在水溶液中能引起光反射的性质——使水质混浊。
相对移动，证明胶体微粒带电。同性相斥，不能聚合。
第三章 混凝
6
水污染 控制工程Ⅰ
3.1.2 胶体的结构及其ζ电位
胶体结构很复杂，它是由胶核、 吸附层及扩散层三部分组成。
总电位（或ψ电位）
ζ电位：由于胶粒表面剩余电荷导
致胶粒表面与溶液主体之间产生的 电位差。又称为电动电位或界面动 电位。
胶体的双电层 电位离子层— 总电位。 反离子层：—
双电层的外层。
第三章 混凝
4q /
q——胶体粒子的电动电荷密 度，即胶粒表面与溶液 主体间的电荷差
δ——扩散层厚度，cm； ε——水的介电常数，其值随
水温升高而减小。
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水污染 控制工程Ⅰ
氢氧化铁胶体的结构
胶粒=胶核+吸附层 胶粒带电＝表面电荷总数－反离子吸附层所带电荷
可解释电解质投量过多时， 使胶粒发生再稳定现象， 使混凝效果反而下降。
第三章 混凝
15
水污染 控制工程Ⅰ
3.1.3 胶体的脱稳与凝聚机理
（3）吸附架桥
• 利用高分子的吸附架桥能 力，将多个杂质颗粒吸附 在一起，形成大絮体下沉。
吸附作用力：包括各种物理 化学作用，如静电引力、范 德华力和氢键力等，这取决 于聚合物同胶粒表面二者化 学结构的特点。
压缩双电层机理的适用范围
特别适用于无机盐混凝剂所提供的简单离子的情况。Eg. 港湾处泥沙沉积现象。
机理的缺陷
理论上应是在等电状态下混凝效果最好，但实际上ζ电 位往往大于0。
溶液中超额的反离子进入扩散层，出现胶粒电荷改变 符号而使胶粒重新稳定的情况，见下页图。如三价铝 盐或铁盐混凝剂投量过多时效果反而下降。
离
粒度（m）
沉淀/气浮 或过滤法
混凝澄清法，是通过向废水中投加混凝剂，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水处理法。
第三章 混凝
2
水污染 控制工பைடு நூலகம்Ⅰ
混凝有什么作 用?
概述
工业废水：去除废水的悬浮物（浊度）、色度、油份、COD，
以及某些重金属和放射性物质等多种有毒有害污染物；