混凝机理知识讲解
乡镇给排水：混凝机理
2.混凝概念
在原水中投加混凝剂，使水中细小的悬浮物及胶体脱稳后凝聚成具有 可分离的絮凝体的过程，就是混凝。
3. 胶体结构
胶体结构及双电层示意图
由胶体分子聚合而成的胶体颗粒称为胶核，胶核表面吸附了电位形成离子而带电，如果电位形成离子带正 电。则胶体结构带正电，反之带负电。由于静电引力的作用，溶液中的部分反离子会被吸引到胶体颗粒周围， 和电位形成离子构成吸附层；剩余反离子由于与胶体颗粒间的吸附力很弱而脱离胶体颗粒，成为自由离子，形 成扩散层。因此胶体颗粒是由校核、吸附层、扩散层构成的双电层结构。
5. 混凝机理 （4）网捕卷扫
向水中投加含金属离子的混凝剂(如硫酸铝、石灰、氯化铁等高价金属盐类)，当药剂投加量和溶液介质 的条件足以使金属离子迅速形成金属氢氧化物沉淀时，所生成的难溶分子就会以胶体颗粒或细微悬浮物作为 晶核形成沉淀物，即所谓的网捕、卷扫水中胶粒，以致产生沉淀分离。
6. 混凝剂
（1）混凝剂
（2）助凝剂
PH调整剂 石灰 硫酸 氢氧化钠
氧化剂（减少泡沫）
氯气 次氯酸钠 臭氧
絮体结构改良剂（小松散）
骨胶 聚丙烯酰胺 活化硅酸 海藻酸钠
常用的助凝剂：
特性：以动物的皮、骨或筋等为原料，将其中
所含的胶原经过部分水解制成的蛋白质，其水
溶液的表面活性、粘度都较高
要使活化硅酸起到良好的絮凝效果，必须注意活化的方式和方作法用、：活絮化体硅结酸构的改配良制剂应（控小制松原散液）的。浓度和剩余
5. 混凝机理 （2）吸附和电性中和
是指胶粒表面对异号离子、异号胶粒或链状分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用而中和变成电中 性，因而容易与其他颗粒接近而互相吸附变成大颗粒。
5. 混凝机理 （3）吸附架桥
第三节 混凝
混凝原理 混凝剂与助凝剂 混凝工艺过程及设备 操作管理 澄清池
钱意
一、混凝原理
混凝就是通过向水中投加一些药剂（常称混凝剂）使水中 难以沉淀的细小颗粒（粒径大致在1~100μ m）及及胶体颗 粒脱稳并互相聚集成粗大的颗粒而沉降，从而实现与水分 离，达到水质的净化。
混凝的原理：双电层作用(低分子电解质对胶体微粒产生 电中和以引起胶体微粒凝聚)和化学架桥作用(胶体微粒对 高分子物质具有强烈的吸附作用，各微粒依靠高分子的连 接作用构成某种聚集体，结合成为絮状物)。
混凝机理简介
压缩双电层机理 吸附电中和机理 吸附架桥机理 沉淀物网捕机理
影响混凝效果的因素
PH值 水中pH值对混凝剂的水解及其形成的难溶盐溶解度、凝聚 效果等有直接影响，不同的混凝剂，对其产生混凝作用时 的最佳pH值有不同的要求。 水温 水温以 20℃~30℃ 为宜。水温低时，因无机盐类混凝剂 的水解是吸热反应，不利于混凝剂如硫酸铝的水解，且水 温低时水的粘度大，颗粒的布朗运动强度减弱，不利于胶 体脱稳和絮凝物的成长。铝盐作为混凝剂时，水温对混凝 效果有较大影响；铁盐作为混凝剂时，水温对混凝效果影 响不大。
胶体粒子的结构及其电位分布
电泳与电渗
电泳现象是指在电场作用下，胶体微粒能向一个电极方向 移动的现象。也可认为有一部分液体渗透过了胶体微粒间 的孔隙而移向相反的电极，这种液体在电场中透过多孔性 固体的现象称为电渗。电泳现象说明胶体微粒是带电的。 当在外加电场作用下，胶体微粒向阴极运动，说明该类胶 体微粒带正电；向阳极运动，则说明该类胶体微粒带负电。
W—溶液池的容积，m³ a—混凝剂最大用量，mg/L Q—处理的水量，m³/h c—溶液浓度，一般用10％~20％ n—每昼夜配制溶液的次数，一般为2~6次 溶药池容积：W1=（0.2~0.3）W
4.1 混凝
ζ 电位
临 界 电 位
ζ 电位
等电点状态！！
胶粒间的静电斥力消失，胶粒最容易发生聚结
第四章 物理化学处理单元
4.1 混凝
4.1.1 混凝的机理
3. 混凝机理——3.1 胶体的凝聚机理——3.1.1 压缩双电层
ζ电位
胶粒失去稳定性
胶粒脱稳 相互凝结
凝 聚
第四章 物理化学处理单元
4.1 混凝
4.1.1 混凝的机理
第四章 物理化学处理单元
4.1 混凝
4.1.1 混凝的机理
1. 概述
混凝可去除的颗粒是胶体及部分细小的悬浮物，范围在： 1nm~1m 水处理中主要杂质：
粘土（50nm-4
m）
细菌（0.2m-80m）
病毒（10nm-300nm）
蛋白质（1nm-50nm）腐殖酸
第四章 物理化学处理单元
3. 混凝机理——3.1 胶体的凝聚机理——3.1.1 压缩双电层
该理论不能解释：
混凝剂投加过多，混凝效果反而下降
这些都与胶粒的吸附力有关，绝非只来源于静电力，还来
源于范德华力、氢键及共价键力（多出现在有聚合离子或
高分子物质存在时）。
第四章 物理化学处理单元
4.1 混凝
4.1.1 混凝的机理
无 机
铁系
适宜pH：5~11，但腐蚀性强
人工 合成 有 机 天然
国外开始增多，国内尚少
淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 微生物絮凝剂
第四章 物理化学处理单元
4.1 混凝
4.1.2 混凝剂和助凝剂
1. 混凝剂
发展方向 无机复合聚合物混凝剂 聚合硫酸铝铁、聚合氯化铝铁、聚合硫酸氯化铁、 聚合硫酸氯化铝、聚合铝硅、聚合铁硅、聚合硅酸 铝、聚合硅酸铁
混凝的机理
混凝的机理混凝是一种常用的水处理技术，广泛应用于污水处理、自来水处理、工业废水处理等领域。
混凝的目的是通过添加混凝剂使悬浮在水中的颗粒物聚集成较大的团簇，便于后续的沉淀或过滤，从而达到水的净化和澄清的目的。
本文将从混凝剂的种类、作用机理、影响因素等方面介绍混凝的机理。
一、混凝剂的种类混凝剂是混凝过程中最关键的因素之一，根据其化学成分和作用机理，可以将混凝剂分为以下几类：1. 无机混凝剂：主要包括铁盐、铝盐、钙盐等。
其作用机理是通过电化学反应或水解反应产生氢氧化物或氢氧根离子，使悬浮颗粒带有正电荷或负电荷，从而发生凝聚作用。
2. 有机混凝剂：主要包括聚合物、界面活性剂等。
其作用机理是通过分子间的吸引作用，使颗粒物和混凝剂形成复合物，从而发生凝聚作用。
3. 天然混凝剂：主要包括淀粉、蛋白质等。
其作用机理是通过分子间的吸引作用和空间位阻作用，使颗粒物和混凝剂形成复合物，从而发生凝聚作用。
二、混凝剂的作用机理混凝剂的作用机理可以归纳为以下几个方面：1. 电化学作用：无机混凝剂通过电化学反应或水解反应产生氢氧化物或氢氧根离子，使悬浮颗粒带有正电荷或负电荷，从而发生凝聚作用。
2. 吸附作用：有机混凝剂通过分子间的吸引作用，使颗粒物和混凝剂形成复合物，从而发生凝聚作用。
3. 空间位阻作用：天然混凝剂通过分子间的吸引作用和空间位阻作用，使颗粒物和混凝剂形成复合物，从而发生凝聚作用。
4. 铵基作用：有机混凝剂中的铵基可以与悬浮颗粒表面的负电荷形成离子对，从而发生凝聚作用。
5. 桥联作用：有机混凝剂中的分子可以同时与两个或多个颗粒物形成桥式结构，从而发生凝聚作用。
6. 溶胶-凝胶转变作用：混凝剂可以通过溶胶-凝胶转变作用，使悬浮颗粒形成较大的凝胶团簇，从而发生凝聚作用。
三、影响混凝效果的因素混凝过程中，除了混凝剂的种类和作用机理外，还受到以下因素的影响：1. pH值：pH值的变化会影响混凝剂的电荷状态和水解程度，从而影响混凝效果。
第二章、混凝
第二章、混凝第一节、混凝机理一、水中胶体稳定性常规处理工艺中主要去除对象是悬浮物和胶体，而重点是去除胶体。
水中的胶体颗粒可分成憎水的和亲水的两大类。
（1）憎水胶体指与水分子间缺乏亲和性的胶体。
如水中粘土以及投加的无机混凝剂所形成的胶体等无机物质。
（2）亲水胶体指与水分子能结合的胶体。
如蛋白质、淀粉、细菌、部分藻类及胶质等有机物质则属于亲水胶体。
亲水胶体靠它所特有的极性基团来吸附水分子，故能吸附大量的水分。
其实，水处理中的典型憎水胶体粘土颗粒表面也可能吸附了一层水分子，但比起亲水胶体所吸附的水分来则微不足道。
胶体颗粒在水中长时间保持分散状态的性质称为胶体的稳定性。
对于憎水的胶体，其稳定性可以通过它的双电层结构来说明；对于亲水胶体虽然也具有一种双电层结构但它的稳定主要由它所吸附的大量水分子所构成的水化膜来说明。
1、胶体的表面电性及双电层结构双电层结构是由于胶体颗粒具有巨大的比表面而产生的，巨大的比表面便产生了巨大的吸附能力，吸附了大量的离子就形成了所谓的双电层结构。
天然水中胶体杂质通常带负电荷，由于胶核表面吸附了水中与其电荷符号相反的离子（反离子）且电荷相等，故整个胶体（胶团）在水中表现为电中性。
其双电层结构如图2－1所示（以粘土为例）。
双电层一般包括内层和外层两部分，内层为Stern 吸附层，即紧靠胶核表面被吸附较紧密的一层反离子，厚度为δ；外层为离子扩散层，即吸附层外围的反离子层，厚度为d 。
吸附层与扩散层之间的分界面称为滑动面。
胶核表面电位为总电位，以0φ表示，胶体滑动面上的电位为动电位，即Zeta 电位，以ζ表示。
胶体在运动过程中表现出来的是ζ电位，而不是0φ电位。
各种杂质的ζ电位是不相同的，ζ电位可用电泳法来测定。
2、胶体稳定性胶体稳定性指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。
胶体稳定性分为：1）动力学稳定性，指胶粒由于布朗运动而无法下沉的特性；2）聚集稳定性，指由于静电斥力或水化作用所引起的使胶粒之间保持分散稳定状态的特性。
混凝概论及机理
电位＝0，等电状态，实际上混凝不需要电位＝0，只 要使Emax=0即可，此时的k电位称为临界电位。
根据Schulze—Hardy法则（叔采－哈代法则）：浓度相同的电解 质破坏胶体稳定性的效力随离子价数的增加而加大。
凝聚能力离子价数6 （高价电解质压缩胶体双电层的效果远比低价电解质有效。）
[M ] :[M 2 ] :[M 3 ] 1: (1)6 : (1)6 23
混凝概论及机理
概论主要内容
一、混凝的意义 二、混凝对象 三、混凝的概念
一、混凝的意义
混凝剂使用历史：
1637年 我国开始使用明矾净水 1884年 西方才开始使用
混凝的作用：
1. 混凝是水处理的三大传统工艺（混凝、沉淀和过滤）之一； 2. 混凝效果决定后续出水水质以及水处理成本。
混凝的特点
优点：设备简单，操作方便；便于间歇运行，效果好。 缺点：运行费用高； 沉渣量大，处置困难；
硫酸铝絮凝剂使用历史悠久，较为广泛，其混凝机理具有相当的代表性。
硫酸铝Al2（SO4）3·18H2O溶于水后，立即离解出铝离子，通常是以 [Al(H2O)6]3+存在，但接着会发生水解与缩聚反应，形成不同的产物。各 种水解聚合产物的在水处理混凝过程表现出不同的混凝机理。
由此，可以铝盐为例，分析其在中的化学反应，认识其水解聚合形态， 说明各种混凝作用机理。
这些都与胶粒的吸附力有关，绝非只来源于静电力，还来源于范得华力、氢 键及共价键力（多出现在有聚合离子或高分子物质存在时）。
（二）吸附电中和机理
作用过程：指胶核表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子 物质、胶粒等，发生电中和，来降低电位。这一点与压缩双电层机理
不同。
在铝盐混凝的过程中，水解的多核羟基络合物主要起吸附电性中和作 用。在水处理中由水合的Al3+产生的单纯的压缩双电层作用甚微。
第二章 混凝作用机理
I－
AgI
碘化银胶团示意图（KI过量）
(AgI) m nI (n x)K xK 紧密层 胶核 扩散层 胶粒
胶团
x
（1）整个胶团是电中性的。 （2）胶粒电荷的符号取决于被吸附离子的符号，胶粒带电 的多少由被吸附离子与紧密层反号离子电荷之差（n - x）来决 定。
第二章 混凝的作用机理
混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集 过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。 凝聚：胶体失去稳定性的过程称为凝聚。 絮凝：脱稳胶体相互聚集称为絮凝。 混凝过程涉及：①水中胶体的性质；②混凝 剂在水中的水解；③胶体与混凝剂的相互作 用。
2.1 水中胶体的稳定性 胶体稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持 分散悬浮状态的特性。
胶粒 高分子 胶粒 排斥 胶粒
高分子 排斥
高分子
图 6-5 架桥模型示意
图 6-6 胶体保护示意
3．网捕或卷扫 金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的 网捕与卷扫。所需混凝剂量与原水杂质含 量成反比，即当原水胶体含量少时，所需 混凝剂多，反之亦然。
1 P 2 ut gd P 18
由Stokes方程可知，粒子的沉降速度与其粒径平 方成正比，因而粒径愈小，沉降速度越慢。
胶体粒子的平均粒径—般为0．1um1um，每小时自然沉降距离仅为10-2 cm到 l 0-4cm。考虑到胶体分散系统本身所受到的 不可避免的扰动，这样的沉降速度实际上不 能使胶粒沉降下来。
+
0
0 ：固体表面和液体内部的总
的电位差
紧密层
扩散层
动电位（电势）: 紧密层的外界面与本体溶液之间的电 势差。 电势决定着胶体粒子在电场中的运动速度。
混凝的原理
聚合氯化铝又称为碱式氯化铝或羟基氯化铝， 性能优于硫酸铝。其成分取决于羟基与铝的 摩尔数之比，通常称之为碱化度B，按下式 计算：
[OH ] B 3[ Al ]
聚合铁包括聚合硫酸铁与聚合氯化铁，目前 常用的是聚合硫酸铁，它的混凝效果优于三 氯化铁，它的腐蚀性远比三氯化铁小。
表6-1 常用的混凝剂
胶粒 高分子 胶粒 排斥 胶粒
高分子 排斥
高分子
图 6-5 架桥模型示意
图 6-6 胶体保护示意
3．网捕或卷扫 金属氢氧化物在形成过程中对胶粒的 网捕与卷扫。所需混凝剂量与原水杂质含 量成反比，即当原水胶体含量少时，所需 混凝剂多，反之亦然。
6.1.6 硫酸铝的混凝机理 不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机 理不同。何种作用机理为主，决定于铝盐 的投加量、pH、温度等。实际上，几种可 能同时存在。 pH<3 简单的水合铝离子起压缩双电 层作用； pH=4~5 多核羟基络合物起吸附电性中 和； pH=6.5-7.5 氢氧化铝起吸附架桥；
Φ （-） 负离子 滑动面 原有正离子 投加的正离子 Φ （-）
滑动面
滑动面
电位Φ
电位Φ
Ⅱ Ⅰ δ Ⅲ δ δ δ
Ⅰ δ
Ⅱ 距离 Ⅲ
（1）
距离
（2）
距离
（3）
图 6-4 压缩双电层和吸附-电中和作用
（2）吸附－电性中和 这种现象在水处理中出现的较多。指胶核表面直 接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶 粒等，来降低电位。其特点是：当药剂投加量 过多时，电位可反号。 2．吸附架桥 吸附架桥作用是指高分子物质和胶粒，以及胶粒 与胶粒之间的架桥，架桥模型示意见图6-5。 高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个现 象： ①高分子投量过少，不足以形成吸附架桥； ②但投加过多，会出现“胶体保护”现象，见 图6-6；
4种混凝机理
4种混凝机理
1.双电层压缩机理
当向溶液中投入加电解质，使溶液中离子浓度增高，则扩散层的厚度将减小。
当两个胶粒互相接近时，由于扩散层厚度减小，ζ电位降低，因此它们互相排斥的力就减小了，胶粒得以迅速凝聚。
2.吸附电中和作用机理
吸附电中和作用指胶粒表面对带异号电荷的部分有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了它的部分电荷，减少了静电斥力，因而容易与其他颗粒接近而互相吸附。
3.吸附架桥作用原理
吸附架桥作用主要是指高分子物质与胶粒相互吸附，但胶粒与胶粒本身并不直接接触，而使胶粒凝聚为大的絮凝体。
4.沉淀物网捕机理
当金属盐或金属氧化物和氢氧化物作混凝剂，投加量大得足以迅速形成金属氧化物或金属碳酸盐沉淀物时，水中的胶粒可被这些沉淀物在形成时所网捕。
当沉淀物带正电荷时，沉淀速度可因溶液中存在阳离子而加快，此外，水中胶粒本身可作为这些金属氢氧化物沉淀物形成的核心，所以混凝剂最佳投入量与被除去物质的浓度成反比，即胶粒越多，金属混凝剂投加量越少。
第三章 混凝沉淀和澄清之一
第三章混凝、沉淀和澄清第一节混凝机理水中悬浮杂质大都可以通过自然沉淀的方法去除，而胶体及微小悬浮物，沉速缓慢，须经混凝沉淀方可去除。
混凝：水中胶体及微小悬浮物的聚集过程。
包括凝聚和絮凝。
凝聚：水中胶体失去稳定性的过程。
絮凝：脱稳胶体相互聚结成大颗粒絮体的过程。
这两过程很难分开。
混凝用途：生活饮用水处理、工业废水处理、城市污水三级处理、污泥处理等。
一、胶体的稳定性指胶体colloid粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。
原因：（一）动力学稳定性（沉降稳定性）－布朗运动使胶体处于稳定状态不下沉。
布朗运动对抗重力的影响大。
（二）聚集（凝聚）稳定性指由于静电斥力（同性电荷）和水化膜作用不能接近相互聚集变大。
1．胶团的基本形态胶核（胶体分子聚合而成的胶体微粒），表面吸附了某种离子（电位形成离子）而带电，由于静电引力，势必吸引溶液中异号离子到微粒周围（反离子），这些反离子同时受到静电引力和热运动扩散力。
吸附层Stern layer（随胶核一起运动）――靠近胶核表面处，异号离子浓度大，结合紧密扩散层Diffuse layer（大部分运动时被甩掉，甩掉后剩下的面，叫滑动面）――离胶核远，反离子浓度小，结合松散。
结构式：胶核＋吸附层＋扩散层胶粒胶团2．ψ电位Potential：胶核表面上的离子和反离子之间形成的总电位ξ电位：胶体滑动面上的电位，称作动电位带负（正）电荷charge的胶核表面与扩散于溶液中的正（负）电荷离子正好电性中和，构成双电层结构The electrical double layer。
ξ越大，扩散层越厚，胶体颗粒斥力大，稳定性强。
3．颗粒间相互作用力有（1）静电斥力the force of repulsion－排斥势能（2）范德华力van der Waals force of attraction－吸引势能4.水化膜作用二、混凝机理1．压缩双电层2．吸附－电中和Adsorption-charge neutralization3．吸附架桥Polymer bridge formation4．沉淀物网捕或卷扫三、铝盐和铁盐的混凝特性（一）铝盐和铁盐的水解过程1.铝盐的水解过程Al 2(SO 4)318H 2O 溶于水中，立即离解出铝离子，且常以[Al(H 2O)6]3+水会形态存在。
第4章 混凝
凝聚是瞬时的，所需的时间是将化学药剂扩 散到全部水中的时间。 絮凝则与凝聚作用不同，它需要一定的时间 让絮体长大，但在一般情况下两者难以截然分 开。 混凝剂(coagulant)：一般把能起凝聚与絮凝 作用的药剂统称为混凝剂。 助凝剂(coagulant aids)：当单用混凝剂不能 取得良好效果时，可投加某类辅助药剂以提高 混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。
第4章 混 凝 Coagulation
1
主要内容
一、混凝原理和用途 二、废水中胶体颗粒的稳定性及脱稳机理 三、混凝的工艺过程 四、混凝剂与助凝剂 五、投药方法及设备 六、混合与反应 七、影响混凝的因素 八、沉降与澄清 九、混凝方法的优缺点
一、混凝原理和用途
混凝法是废水处理中常采用的方法。 •混凝是通过向废水中投加混凝剂(coagulant)，破坏 胶体的稳定性，使细小悬浮颗粒和胶体微粒聚集 (aggregation)成较粗大的颗粒而沉降与水分离，使 废水得到净化。
1.混凝剂
铝系 无 机 铁系 硫酸铝 明矾 聚合氯化铝（PAC） 聚合硫酸铝（PAS） 三氯化铁 硫酸亚铁 硫酸铁（国内生产少） 聚合硫酸铁 聚合氯化铁 适宜pH：5.5~8
适宜pH：5~11，但 腐蚀性强
阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物
人工 合成 有 机 阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM） 非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙 烯（PEO） 两性型： 淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 天然 微生物絮凝剂
（1）压缩双电层机理 (modification of the electrical double layer)
•双电层的厚度与溶液中的反离子的浓度有关。 当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增 高时，则扩散层的厚度将减小。 •该过程的实质是加入的反离子与扩散层原有反 离子之间的静电斥力把原有部分反离子挤压到 吸附层中，从而使扩散层厚度减小。 •由于扩散层厚度的减小，胶粒得以迅速凝聚。
混凝(净水工)
生产中常用的混凝剂
2）、聚丙烯酰胺（PAM） 工业上也称为3#矾。是一种有机高分子化合物。 特点：①、处理高浊度原水效果很好，目前被认为是处理 高浊度原水最有效的高分子絮凝剂之一； ②、水解体效果较未水解好，生产中采用水解体，即稀释 适用，生产中一般采用3‰～8‰；由于固体产品不易水 解，生产中要预先配制水解浓度。 ③、产品独有极微弱的毒性，用于生活饮用水净化时，要 注意控制投加量； ④、属有机高分子化合物。
！在水处理过程中，如何正确选择助凝剂 助凝剂的投入必须根据原水的水质情况选用： 1）当原水PH值过低时，混凝剂水解很困难，可在水中投 加助凝剂如石灰、苏打、烧碱，以调整水的PH值，改善混 凝条件。 2）当原水受到污染时，水中腐殖质、有机物、藻类等含 量高很高，色度也较大，往往投加大量的混凝剂效果也不 明显，在这种情况下，可选用氧化剂类助凝剂入氯气、漂 白粉、臭氧，以破坏有机物的干扰。 3）当水中的PH值偏高时，可考虑加大浑水加氯量。 4）当矾花形成很细小松散时，可投加高分子助凝剂；原 水浊度和水温都很低时，可在原水中投入粘土或活性泥渣； 当原水浊度过高或过低时，可选用聚丙烯酰胺加快矾花的 形成和沉降。
三、混凝的机理 1、压缩双电层作用机理和吸附电中和机理（吸附层 和扩散层） 在天然水中投加混凝剂后，等于提供了大量的正离 子，正离子压缩扩散层促使胶粒间相互凝聚。 但是，当混凝剂投加量过大时，正离子含量过多， 改变了胶粒表面的电性，使胶粒变成带正电的胶粒，使 脱稳胶粒重新获得稳定。混凝效果反而不好。
3、沉淀物的卷扫和网捕作用 当某些混凝剂投加量很大时会产生大量的氢氧 化物沉淀，可以卷扫，网捕水中胶粒以致产生沉淀分离， 称～～。
四、混凝剂和助凝剂
（一）混凝剂――为了促使胶体颗粒相互凝聚而加入 的化学药剂。 混凝剂的要求：混凝效果好；对人体健康无害；适用 方便；货源充足；价格低廉。
混凝的原理
100 1.0 1.4 80 13.32
100 1.0 1.3 80 1.4
A1(Ⅲ)（％）
60
A1(Ⅲ)（％）
60 1.2
40
40
20 1.1 6 PH 8 10
1,3 3.4 2.2 2 4
20
1.1
13.32
12
2 (3x-y)+
4
6 PH
8
10
12
图 6-3 在不同PH值下，铝离子水解产物[AL（OH） ]y x
6.4.4水中悬浮物浓度的影响
杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效 果差。可采取的对策有： ①加高分子助凝剂； ②加粘土 ③投加混凝剂后直接过滤 如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的 用量，通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水 常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂。
6．5
混凝剂的配制与投加
6.5.1 混凝剂的溶解和溶液配制 溶解池容积W1：
第六章 混 凝
6．1混凝机理.
6.1.1 基本概念 混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集 过程称为混凝，是凝聚和絮凝的总称。 凝聚：胶体失去稳定性的过程称为凝聚。 絮凝：脱稳胶体相互聚集称为絮凝。 混凝过程涉及：①水中胶体的性质；②混凝 剂在水中的水解；③胶体与混凝剂的相互作 用。
6.1.2 水中胶体的稳定性 胶体稳定性：是指胶体粒子在水中长期保持分散 悬浮状态的特性。 胶体稳定性分“动力学稳定性”和“聚集稳定” 两种。 动力学稳定性：无规则的布朗运动强，对抗重力 影响的能力强。 聚集稳定性包括：①胶体带电相斥（憎水性胶 体）；②水化膜的阻碍（亲水性胶体） 在动力学稳定性和聚集稳定两者之中，聚集稳 定性对胶体稳定性的影响起关键作用。胶体颗粒 的双电层结构见图6-1。 滑动面上的电位：称为电位，决定了憎水胶体 的聚集稳定性。也决定亲水胶体的水化膜的阻碍， 当ξ电位降低，水化膜减薄及至消失。
混凝机理——精选推荐
在以往的混凝研究过程中，絮凝通常被看成一个“黑箱”，将投加多少混凝剂，得到怎样的出水水 质作为研究的重点，而对混凝过程中絮体的成长和结构变化的研究甚少。事实上，絮体的形态 特征与絮体的碰撞频率，沉淀速率等息息相关。将微观的颗粒形态观测与宏观的混凝结果分析
பைடு நூலகம்
结合起来，才能准确定量地描述混凝过程。絮凝主要是指脱稳的胶体或微小悬浮物聚集成大的 絮凝体的过程，通俗来说就是为脱稳的胶体颗粒创造碰撞机会 [10,11] 。如果体系在混凝剂的作 用下已经“脱稳”（颗粒间静电斥力减小到最低），但是颗粒间缺乏相对运动则仍然不能实现聚 沉。因此絮凝实际上是给胶体提供必要的化学或者流体力学条件，使颗粒相互碰撞从而体积变 大与介质分离。布朗运动和颗粒受外力推动产生的运动能够使脱稳的胶体颗粒之间发生碰撞。 这两种运动对应两种絮凝机理，前者称为异向絮凝，后者称为同向絮凝 [12] 。两个胶体颗粒朝 不同方向运动而发生碰撞聚集就是异向絮凝。脱稳的胶体颗粒发生碰撞后体积由小变大，布朗 运动逐渐减弱，如果要使颗粒进一步聚集，则需要外力来推动流体运动，流体再将动力传递给 颗粒，使颗粒间产生同向絮凝。故同向絮凝是指在外力作用下流体运动推动脱稳的胶体颗粒， 使所有颗粒朝着一个方向运动，碰撞聚集而产生絮凝现象 [13] 。在经过复杂的理论计算后，异 向絮凝和同向絮凝的速度大小取决于粒子直径，当粒径在0.1µm以下时，同向絮凝基本上不起作 用，所以一般认为同向絮凝在时间上不可能发生在异向絮凝之前。胶体颗粒聚集成絮状沉淀并 逐渐沉淀，悬浮的固体颗粒在溶液中受重力而下沉的现象就是沉降。对于球形颗粒，Stokes公 式给出沉降速度计算方法 [14] ：
式中r是颗粒半径，ρ和ρ0 分别为颗粒和介质的密度，g是重力加速度。从公式可以看出，沉降 的速度与颗粒的大小有关。当颗粒的粒径在10微米以上时，自然沉降即可实现分离；但颗粒粒 径过小时沉降需要更长时间，所以必须利用絮凝使之结合为较大的微粒。
第11章混凝(环境工程原理中北)
胶体的稳定性和凝聚可由两胶粒间的相互作用 和距离来评价。胶体颗粒之间的相互作用决定 于排斥能与吸引能大小，分别由静电斥力与范 德华引力产生。 静电斥力：ER－1/d2 范德华引力：EA－1/d6（有些认为是1/d2或1/d3） 由此可画出两者的综合作用图。
第二节 胶体的性质
第二节 胶体的性质
pH=6.5-7.5
多核羟基络合物起吸附电性中和；氢氧化
铝起吸附架桥、网捕 天然水体一般pH=6.5-7.8
第三节 混凝机理
说明：对于混凝剂而言，在废水处理时：（带负电胶体） （1）普通电解质 只有压缩双电层和吸附电中和作用；
（2）高分子物质
A、阳离子型（带正电荷）聚合电解质，具有电中 和作用和吸附架桥功能。 B、非离子型（不带电荷）或阴离子型（带负电荷 ）聚合电解质，只能起吸附架桥作用。
第二节 胶体的性质
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，从而动力学 稳定性也随之破坏，沉淀就会发生。因此，胶体稳定性 关键在于消除胶体的ξ电位。 混凝处理即是要破坏胶体的稳定性，使胶体脱稳、 聚集、沉淀析出。 胶体的脱稳：胶粒因ξ电位的降低或消除，以致失去稳 定性的过程。
微小悬浮物： 沉速极慢 胶体颗粒： 不能自然沉淀
第一节 混凝的概念
凝聚、絮凝和混凝
混凝：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。 凝聚：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“小矾花”。 絮凝： 凝聚过程中形成的“小矾花”通过吸附、卷 带、架桥等作用，形成颗粒较大絮凝体的过程。
混凝法：向水中投加药剂（混凝剂），使水中的微小悬
浮物和胶体聚集成沉速较大的颗粒而去除的方法。
混凝的基本原理与应用
混凝的基本原理与应用1. 混凝的定义混凝是一种常见的处理污水和工业废水的方法。
通过加入混凝剂，将悬浮在水中的颗粒物凝聚成较大的团簇，便于后续的沉淀和过滤处理。
2. 混凝的基本原理混凝的基本原理是利用混凝剂与水中的悬浮颗粒物发生化学反应或物理作用，使颗粒物凝聚成较大的团簇。
主要涉及以下几个过程：•中和：混凝剂中的聚合离子与水中的悬浮颗粒物带电颗粒相遇，通过中和反应中和带电颗粒的电荷。
•吸附：混凝剂通过静电吸引力或化学反应与悬浮颗粒物表面发生吸附作用，形成絮状物质。
•聚集：吸附在颗粒物表面的混凝剂之间发生相互作用，使颗粒物凝聚成较大的团簇。
•沉淀：凝聚后的团簇由于自身重力大于水中浮力而沉入底部，形成混凝污泥。
3. 混凝剂的选择与应用混凝剂的选择需要考虑水质、悬浮颗粒物的特性以及处理的目的。
以下是常用的混凝剂和其应用领域：•铝盐类混凝剂：如硫酸铝、聚合氯化铝等，适用于处理中性或碱性水质中含有较多的悬浮颗粒物的污水，例如污水处理厂。
•铁盐类混凝剂：如氯化亚铁、硫酸亚铁等，适用于处理酸性水质中含有较多的悬浮颗粒物的污水，例如酸性废水处理。
•有机混凝剂：如聚合硅酸铝、聚乙烯胺等，适用于处理高浊度水质或需要混凝剂具有较长沉淀时间的场合，例如工业废水处理。
4. 混凝与絮凝的区别混凝和絮凝是水处理过程中常用的两种技术，它们虽然有相似的作用，但在具体处理过程中有所不同：•混凝：是将悬浮在水中的颗粒物凝聚成较大的团簇，使其更容易沉淀和过滤。
主要通过混凝剂的化学反应或物理吸附使颗粒物凝聚。
•絮凝：是将混凝后的团簇进一步凝聚成更大的团块，通常采用化学絮凝剂或机械动力作用。
5. 混凝的应用领域混凝技术广泛应用于以下领域：•污水处理：混凝技术是污水处理过程中的重要一步，可以有效地减少悬浮颗粒物和有机物的浓度，提高后续处理工艺的效果。
•工业废水处理：许多工业过程中产生的废水中含有大量的悬浮颗粒物和有机物，通过混凝处理可以达到排放标准。
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3.2混凝机理
3.2.1 胶体的凝聚机理
凝聚主要是指胶体脱稳并生成微小聚集体的过程。
压缩双电层作用
根据DLVO理论，加入含有高价态正电荷离子的电解质时，高价态正离子通过静电引力进入到胶体颗粒表面，置换出原来的低价正离子，这样双电层仍然保持电中性，但正离子的数量却减少了，也就是双电层的厚度变薄，胶体颗粒滑动面上的ξ电位降低。
当ξ电位降至0时，称为等电状态，此时排斥势垒完全消失。
ξ电位降至某一数值使胶体颗粒总势能曲线上的势垒Emax=0，胶体颗粒即发生聚集作用，此时的ξ电位称为临界电位ξk。
叔采-哈代法则：起聚沉作用的主要是反离子，反离子的价数越高，其聚沉效率越高。
聚沉值：在指定情形下使一定量的胶体颗粒聚沉所需的电解质的最低浓度，以mmol/dm3为单位。
一般情况下，聚沉值与反离子价数的六次方成反比，即符合：
(3.1)
双电层压缩机理不能解释加入过量高价反离子电解质引起胶体颗粒电性改变符号而重新稳定的现象，也解释不了与胶体颗粒代相同电荷的聚合物或高分子有机物也有好的聚集效果的现象。
吸附—电性中和
胶体颗粒表面吸附异号离子、异号胶体颗粒或带异号电荷的高分子，从而中和了胶体颗粒本身所带部分电荷，减少了胶粒间的静电引力，使胶体颗粒更易于聚沉。
驱动力包括静电引力、氢键、配位键和范德华力等。
可以解释水处理中胶体颗粒的再稳定现象。
吸附架桥作用（Bridging）
分散体系中德胶体颗粒通过吸附有机物或无机高分子物质架桥连接，凝集为大的聚集体而脱稳聚沉。
①. 长链高分子架桥
②. 短距离架桥
三种类型：
①. 胶粒与不带电荷的高分子物质发生架桥，涉及范德华力、氢键、配位键等吸附力。
②. 胶粒与带异号电荷的高分子物质发生架桥，除范德华力、氢键、配位键外，还有电中和作用。
③. 胶粒与带同号电荷的高分子物质发生架桥，“静电斑”作用
胶体保护示意图
网捕—卷扫作用
投加到水中的铝盐、铁盐等混凝剂水解后形成较大量的具有三维立体结构的水合金属氧化物沉淀，当这些水合金属氧化物体积收缩沉降时，象筛网一样将水中胶体颗粒和悬浊质颗粒捕获卷扫下来。
网捕—卷扫作用主要是一种机械作用。
3.2.2 絮凝机理
絮凝主要是指脱稳的胶体或微小悬浮物聚集成大的絮凝体的过程。
①. 异向絮凝（Perikinetic flocculation）：由布朗运动所引起的胶体颗粒碰撞聚集。
布朗运动随着颗粒粒径增长而逐渐减弱，当粒径增长到一定尺寸，布朗运动不再起作用。
②. 同向絮凝（orthokinetic flocculation）：由外力推动所引起的胶体颗粒碰撞聚集。
胶体颗粒在外力作用下向某一方向运动，由于不同胶粒存在速度差，依此完成颗粒的碰撞聚集。
3.2.3 影响混凝效果的主要因素
客观因素：原水具有的一些特性，如水温、pH值、各种化学成分的含量及性质。
主观因素：如混凝条件等。
水温的影响
最适宜的混凝水温为20~30℃。
水温低时混凝效果差的原因：
1) 无机盐混凝剂的水解是吸热反应，水温低时，混凝剂水解缓慢，影响胶体颗粒脱稳。
例如根据范特哈甫近似规则：在常温附近，水温每降低10℃，混凝剂水解反应速度常数将降低约2~4倍。
2) 水温低时，水的黏度变大，胶粒的布朗运动减弱，胶粒运动阻力增大，影响胶粒间的有效碰撞和絮凝。
3) 水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍胶体凝聚。
4) 水温与水的pH值有关，水温低时，水的pH值提高，相应的混凝最佳pH值也将提高。
水的pH值的影响
水的pH值对混凝效果的影响视混凝剂的品种而定。
水的pH值主要从两方面来影响混凝效果：
1) 水的pH值直接与水中胶体颗粒的表面电荷和电位有关，影响需要的混凝剂投量。
2) 水的pH值对混凝剂的水解反应有显著影响，不同混凝剂的最佳水解反应所需要的pH值范围不同。
表3-1 混凝剂的最佳pH值范围
混凝剂除浊除色度
硫酸铝 6.5~7.5 4.5~5.5
三价铁盐 6.0~8.4 3.5~5.0
高分子混凝剂的混凝效果受水的pH值影响较小。
水的碱度的影响
无机盐类水解反应过程中不断产生H+，从而消耗水的碱度。
要使pH值保持在最佳范围内，水中应有足够的碱性物质与H+中和。
天然水中均含有一定碱度（通常是HCO3ˉ）,它对pH值有缓冲作用：
(3.2)
原水碱度不够时，应投加碱剂，一般是石灰。
(3.3)
应当注意，投加的碱性物质不可过量，否则形成的Al（OH）3会溶解为负离子Al（OH）4ˉ而恶化混凝效果。
由反应式可知，每投加1mmol/L的硫酸铝，需投加3mmol/L的CaO，将水中原有的碱度考虑在内，石灰投量按下式估算：
(3.4)
式中：[CaO]——纯石灰CaO投量，mmol/L；
[a]——混凝剂投量，mmol/L；
[x]——原水碱度，按mmol/L CaO计；
[δ]——保证反应顺利进行的剩余碱度，一般取0.25~0.5 mmol/L（CaO）。
碱剂的投量一般应根据实验确定。
【例题】某地表水的总碱度为0.2 mmol/L。
市售精制硫酸铝（含Al2O3约16%）投量28mg/L。
试估算石灰（市售品纯度为50%）投量多少mg/L？
【解】投药量折合Al2O3为28mg/L×16%=4.48mg/L
Al2O3分子量为102，故投药量相当于4.48/102=0.044 mmol/L
剩余碱度取0.37 mmol/L，则得：
[CaO]=3×0.044-0.2+0.37=0.3 mmol/L
CaO分子量为56，则市售石灰投量为：0.3×56/0.5=33 mg/L
水中浊质颗粒浓度的影响
（1）低浊度时，颗粒碰撞速率减小，混凝效果差。
采用的措施包括：a. 高分子助凝剂，b.在水中投加矿物颗粒如粘土等，c. 接触过滤；
（2）高浊度时，无机盐直接脱稳困难，采用预沉，或是投加高分子絮凝剂（聚丙烯酰胺）。
水中有机污染物的影响
水中有机物对胶体有保护稳定作用，水中溶解性的有机物分子吸附在胶体颗粒表面好像形成一有机涂层（organic coating）一样，将胶体颗粒保护起来，阻碍胶粒之间的碰撞，阻碍混凝剂与胶体颗粒之间的脱稳凝聚作用。
一般可以通过投加与氧化剂如高锰酸钾、臭氧、氯等氧化破坏有机物对胶体的保护作用，改善混凝。
混凝剂种类与投量的影响
应根据原水水质情况优选混凝剂种类。
无机混凝剂，要求：形成能有效压缩双电层或产生强烈电中和作用的形态；
有机高分子混凝剂，要求：有适量的功能团和聚合结构，较大的分子量（未必准确！）
一般考虑经济性、通过实验确定
混凝剂投加方式的影响
干投：把固态混凝剂不经水溶直接投加到要处理的原水中
湿投：将混凝剂先溶解配制成一定浓度的水溶液，然后再投加到要处理的原水中。
核心问题是水解物种的差异。
硫酸铝以稀溶液形式投加较好，三氯化铁以干投或浓溶液形式投加较好。
投加方式、投加次序应根据实验确定。
水力条件的影响
水力条件包括水力强度和作用时间两方面，详见混凝指标分析。