混凝剂絮凝剂

A.离子强度增大，同号离子间相互排斥 离子强度增大， 离子强度增大 作用增强，致使扩散层空间容积缩小； 作用增强，致使扩散层空间容积缩小； B.高价离子把部分反离子压缩到反离子 高价离子把部分反离子压缩到反离子 吸附层中，使电位降低， 吸附层中，使电位降低，从而减少扩散 层厚度； 层厚度； C.胶粒对高价离子有强烈的吸附作用， 胶粒对高价离子有强烈的吸附作用， 胶粒对高价离子有强烈的吸附作用 使高价离子可进入扩散层和吸附层， 使高价离子可进入扩散层和吸附层，置 换出低价离子， 换出低价离子，使双电层中的离子数目 减少而压缩扩散层，降低电动电位； 减少而压缩扩散层，降低电动电位；
絮凝机理： 絮凝机理：
（1）电解质对双电层的作用 ） 加入电解质， 加入电解质，使固体颗粒的表面形 成的双电层有效厚度减少， 成的双电层有效厚度减少，使范德华引 力占优势而达到彼此吸引， 力占优势而达到彼此吸引，最后达到凝 聚。 胶体中的反离子吸附层的厚度一般 很薄，只有单层或数层的离子，而反离 很薄，只有单层或数层的离子， 子扩散层却要厚的多， 子扩散层却要厚的多，其厚度与水中的 离子强度有关。 离子强度有关。
铝、铁等多价金属离子在水溶液中首先 形成水合离子， 形成水合离子，也可以视为水分子作配 位体的络合离子， 位体的络合离子，通过水合离子的酸性 离解即水解作用生成氢氧化物或羟基络 离子。 离子。 （2）铝盐、铁盐的水解过程与络合平衡 ）铝盐、
Al(H2O)X
3 + H2O
2+
K
Al(H2O)
H2O K
-
-
+
- +
胶胶 胶粒
扩 扩附 电电电 电
E B ζ 电电
2.固液分散体系的稳定性 固液分散体系的稳定性 固体微粒之间存在着排斥力和引力。 固体微粒之间存在着排斥力和引力。 排斥力：胶体微粒的双电层作用力， 排斥力：胶体微粒的双电层作用力，是 固体颗粒间距离的函数。 固体颗粒间距离的函数。 引力：范德华引力， 引力：范德华引力，是固体颗粒间距离 的函数。 的函数。
·
3
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2
1
1.原水中悬 悬 粒 粒
· 2. 絮 絮 沉 淀 物
3.残残 悬 悬 微 粒
三、絮凝剂的结构、制备和性能 絮凝剂的结构、
1.无机絮凝剂 无机絮凝剂
天然水体中大多数金属能与许多配位体(其中 天然水体中大多数金属能与许多配位体 其中 最重要的无机配位体是OH-、Cl-、SO42-和 最重要的无机配位体是 HCO3-)形成各种络合物，分子结构的不同决 形成各种络合物 形成各种络合物， 定了其在水体中化学行为的差异。 定了其在水体中化学行为的差异。 高价金属离子的配位化合物可以呈单核和多核 两种配位形式存在于水体中。 两种配位形式存在于水体中。
1.定义 定义 絮凝剂或混凝剂： 絮凝剂或混凝剂：凡是能使水溶液中的 溶质、 溶质、胶体或者悬浮物颗粒产生絮状沉 淀的水处理剂。 淀的水处理剂。 凝聚剂、絮凝剂、 凝聚剂、絮凝剂、混凝剂 复合絮凝剂 代号： （ 代号：XN（HG2762-1996）表2-1 ）
2.分类 分类 无机絮凝剂 合成有机高分子絮凝剂 有机絮凝剂 天然有机高分子絮凝剂 微生物絮凝剂
水 处 理 药 剂
主讲 张立国
第二章 絮凝剂
一、定义及分类 二、絮凝与混凝作用的理论 絮凝剂的结构、 三、絮凝剂的结构、制备和性能 四、影响絮凝剂作用效果的工艺条件 五、絮凝剂的卫生安全性
一、定义及分类
天然水或工业水中除了含有泥砂、 天然水或工业水中除了含有泥砂、 颗粒很细的尘土、腐殖质、淀粉、 颗粒很细的尘土、腐殖质、淀粉、纤维 细菌、藻类等微生物。 素、细菌、藻类等微生物。这些杂质与 水形成溶胶状态的胶体微粒， 水形成溶胶状态的胶体微粒，由于布朗 运动和静电排斥力而呈现沉降稳定性和 聚合稳定性， 聚合稳定性，通常不能利用重力自然沉 降的方法除去， 降的方法除去，必须加入混凝剂以破坏 溶胶的稳定性， 溶胶的稳定性，使细小的胶体微粒凝聚 再絮凝成较大的颗粒而沉淀。 再絮凝成较大的颗粒而沉淀。
+ 2 H+
水解和羟基桥联作用的交替进行， 水解和羟基桥联作用的交替进行，最终生 成聚合度无限大的难溶氢氧化铝沉淀： 成聚合度无限大的难溶氢氧化铝沉淀：
[Aln (OH)3n ] [Al(OH)3]n
（3） 铝系无机絮凝剂 ）
A.硫酸铝 Al2(SO4)318H2O 硫酸铝 理化性质：白色结晶体，易溶于水， 理化性质：白色结晶体，易溶于水，室温时 溶解度可达50%，水溶液 ＜2.5。 溶解度可达 ，水溶液pH＜ 。 混凝作用机理： 混凝作用机理： ①吸附脱稳 带正电的铝盐水解产物吸附 在带负电的胶体表面， 在带负电的胶体表面，部分或全部中和胶体颗 粒表面电荷， 粒表面电荷，胶体脱稳并相互碰撞粘结为大颗 粒而絮凝 ②卷扫沉淀 絮体沉降过程卷扫其他胶体 颗粒后共同沉淀
- + + + + + + + -+ - + - + --+ - - + -+ -+ - +-+-+ + + + - - + + - + - -+ -+ +- -+ 胶胶 ++ -+ + + - + +- - - ++ + - + + + -+ + + - + ++ - + -- - - + + + + +-+ + - + -+ 吸附 附 A
+
2H2O
多核络离子可通过水解使生成物的电荷降低， 多核络离子可通过水解使生成物的电荷降低， 羟基数增加， 羟基数增加，生成更高级的多核络合物
[Al2(OH)4(H2O)10]
5+
[Al3(OH)5(H2O)9]
4+
+
4+
+ H
[Al4(OH)6(H2O)12]
6+
[Al4(OH)8(H2O)10]
胶核：构成水溶胶粒子的核心（杂质） 胶核：构成水溶胶粒子的核心（杂质） 电位离子：胶核表面的离子（ 电位离子：胶核表面的离子（胶核表层部分电 离或胶核从水中吸附离子） 离或胶核从水中吸附离子） 同类胶核带有同样的电位离子， 同类胶核带有同样的电位离子，有相同的 电荷（细菌、粒土是带负电荷的胶体， 电荷（细菌、粒土是带负电荷的胶体， Fe(OH)3、Al(OH)3等微晶体是带正电荷的胶 ），由于同性相斥 由于同性相斥， 体），由于同性相斥，使胶体微粒相互不能凝 聚而保持沉降稳定性。 聚而保持沉降稳定性。 电位离子同胶核结合紧密，很难分开。 电位离子同胶核结合紧密，很难分开。
+
高高粒聚聚物 胶胶 脱脱胶胶
+
脱脱胶胶 絮 絮胶
高分子聚合物的吸附架桥作用
（3）沉淀物卷扫作用机理 ） 当水中加入较多的铝盐或铁盐等药 剂后，在水中形成高聚合度的氢氧化物， 剂后，在水中形成高聚合度的氢氧化物， 可以吸附卷带水中胶粒而沉淀。 可以吸附卷带水中胶粒而沉淀。
·
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（1）分类 ） 铝系 铁系 聚硅酸
铝系
低分子型：硫酸铝钾（明矾） 低分子型：硫酸铝钾（明矾） Al2(SO4)3·K2SO4·24H2O、硫酸铝 2(SO4)3、 、硫酸铝Al 结晶氯化铝AlCl3·nH2O 、铝酸钠 2Al2O4 铝酸钠Na 结晶氯化铝 高分子型：聚合氯化铝 高分子型：聚合氯化铝[Al2(OH)nCl6-nxH2O]m 聚合硫酸铝[Al2(OH)n(SO4)3-n/2]m 聚合硫酸铝
通过羟基桥联作用， 通过羟基桥联作用，把单核络合物转化为 多核羟基络合物
2 Al(H2O) (OH) 5
+
OH [(H2O)4Al OH Al(H2O)4 ]
4+
+
2H2O
H2O OH [(H2O)4Al OH H2O
m(6-n) + [Al2(OH)n (H2O)y ] m
OH Al OH
Al(H2O)4 ] 5++ 2H2O
二、絮凝与混凝作用的理论
1.固体微粒的双电层结构 固体微粒的双电层结构 水中的悬浮物或固体微粒通常呈胶体状 态分布，它们具有巨大的比表面， 态分布，它们具有巨大的比表面，可吸 附液体中的正离子或负离子或极性分子， 附液体中的正离子或负离子或极性分子， 使固液两相界面上的电荷分布不均匀而 产生电位差。 产生电位差。
铁系 低分子型：硫酸亚铁 低分子型：硫酸亚铁FeSO4、硫酸铁 Fe2(SO4)3、三氯化铁 三氯化铁FeCl3 高分子型： 高分子型： 聚合氯化铁[Fe2(OH)nCl6-n]m 聚合氯化铁 聚合硫酸铁[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m 聚合硫酸铁
聚硅酸类 聚硅氯化铝、聚硅硫酸铝、 聚硅氯化铝、聚硅硫酸铝、聚硅硫酸 铁 AlA(OH)B(SO4)C·(SiOX)D·(H2O)E
3.絮凝剂作用机理 絮凝剂作用机理 当胶体颗粒脱稳即原来均匀分散的 胶体颗粒结合成较大的颗粒从液体中沉 淀称为凝聚。 淀称为凝聚。 絮凝：胶体颗粒可逆性聚集（ 絮凝：胶体颗粒可逆性聚集（简单的搅 拌即可重新分散） 拌即可重新分散） 凝结：胶体颗粒不可逆性聚集（ 凝结：胶体颗粒不可逆性聚集（简单的 搅拌不可重新分散） 搅拌不可重新分散）
反离子： 反离子：胶核表面的电位离子层通过静 电作用又将水中电荷符号相反的离子吸 引到胶核周围，该类离子称为反离子。 引到胶核周围，该类离子称为反离子。 双电层：由电位离子与反离子形成。 双电层：由电位离子与反离子形成。 吸附层：能同胶核一起运动的离子层。 吸附层：能同胶核一起运动的离子层。 扩散层：不随胶核一起运动的离子层。 扩散层：不随胶核一起运动的离子层。 胶粒：胶核和吸附层构成一体。 胶粒：胶核和吸附层构成一体。 胶团： 胶团：胶粒与扩散层
因此，电解质加入到水溶胶中， 因此，电解质加入到水溶胶中，一是直 接压缩， 接压缩，二是高价离子的离子交换和吸 附作用，最终使胶团的扩散层减小， 附作用，最终使胶团的扩散层减小，电 动电位降低， 动电位降低，直到全部反离子由扩散层 进入吸附层，电动电位为零。这时， 进入吸附层，电动电位为零。这时，胶 粒的吸附层中正负电荷相等， 粒的吸附层中正负电荷相等，胶粒变为 电中性，达到等电状态， 电中性，达到等电状态，消除了水溶胶 体系的稳定性， 体系的稳定性，胶粒间的排斥作用大大 减弱，胶体之间发生凝聚沉淀。 减弱，胶体之间发生凝聚沉淀。
µ= ½*∑CiZi2 µ：离子强度 ： Ci ：存在于溶液中的第 种离子的浓度 存在于溶液中的第i种离子的浓度 Zi ：第i种离子的价数 种离子的价数 当水中电解质的浓度增大， 当水中电解质的浓度增大，离子价 数增高，离子强度增大， 数增高，离子强度增大，双电层的厚度 减小。高价离子对扩散层厚度影响更大。 减小。高价离子对扩散层厚度影响更大。
使用方便； 使用特点 使用方便；水温低时水解困 形成絮凝体松散； 难，形成絮凝体松散；使用范围较窄 ），加入量过多 （pH5.5～8），加入量过多，水的 ～ ），加入量过多，水的pH 值下降，影响混凝效果，使水发混。 值下降，影响混凝效果，使水发混。 加入量： ～ 加入量：20～100mg/L 性状：白色或灰白色粉末或块状结晶， 性状：白色或灰白色粉末或块状结晶， 易吸潮结块。 易吸潮结块。
2
1
X-1
(OH)
+
H3O
+
+ Al(H2O) (OH) 2 X-2
+ H3O
X-3
+
H2O K3
Al(H2O)
H2O K4
(OH) 3
+ H3O+
+ H3O
+
-1 Al(H2O) (OH) 4 X-4
通过水解作用，配位体 逐步为OH-置换， 置换， 通过水解作用，配位体H2O逐步为 逐步为 生成氢氧化物或羟基络离子
（2）吸附架桥作用机理 ） 当加入少量高分子电解质时， 当加入少量高分子电解质时，由于胶粒 对高分子物质有强烈的吸附作用， 对高分子物质有强烈的吸附作用，高分 子长链一端吸附在一个胶粒表面上， 子长链一端吸附在一个胶粒表面上，另 一端又被其他胶粒吸附， 一端又被其他胶粒吸附，形成一个高分 子链状物。 子链状物。高分子Βιβλιοθήκη Baidu链像各胶粒间的桥 将胶粒联结在一起形成絮凝体， 梁，将胶粒联结在一起形成絮凝体，最 终沉降。 终沉降。