混凝剂絮凝剂

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
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。
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
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。
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
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。
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
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
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）
- + + + + + + + -+ - + - + --+ - - + -+ -+ - +-+-+ + + + - - + + - + - -+ -+ +- -+ 胶胶 ++ -+ + + - + +- - - ++ + - + + + -+ + + - + ++ - + -- - - + + + + +-+ + - + -+ 吸附 附 A
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。
·
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
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。
+
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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-
-
+
- +
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。
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
+
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。