化学混凝法教程
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11
• 电位对于某类胶体而言，是固定不变的， 它无法测出，也不具备实用意义。 • 电位可通过电泳或电渗计算得出，测定 电位可确定电荷大小以及稳定程度。它随着 温度、PH值及溶液中反离子浓度等外部条件 而变化，在水处理中具有重要的意义。
2018/11/4
4q
q—电动电荷密度 δ—扩散层厚度 ε—水的介电常数
13
2.胶体的脱稳机理
胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的 稳定性（stabilization)。 胶体因电位降低或消除，从而失去稳定性的过 程称为脱稳(destabilization)。
凝聚：指脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程。
絮凝：指未经脱稳的胶体形成大颗粒絮体的过程。
[Fe(OH)3]m nH＋
胶核 (nuclear)
电位形 成离子 束缚反 离子
(n－x)Cl－x+ x Cl－
扩散层 diffuse layer
自由反 离子
吸附层 stationary layer
胶粒(colloidal particle)
胶团(colloidal micelle)
其中，m为胶核中的分子数；n为被吸附的电位离子数； (n-x)为吸附层中反离子数；x为扩散层中的反离子数。
2018/11/4 15
溶液中离子浓度与扩散层厚度 的关系
溶液中离子 浓度低时， 扩散层厚度 反 离 为OA 子 浓 溶液中离子 度 浓度高时， 扩散层厚度 O 减小为OB
2018/பைடு நூலகம்1/4
溶液中离子浓度高 溶液中离子浓度低
B A
到颗粒表面的距离
16
港湾处泥沙沉积现象可用该机理较好地解释。
因为淡水进入海水时，海水中盐类浓度较大， 使淡水中胶粒的稳定性降低，易于凝聚，所 以在港湾处泥砂易沉积。 该机理无法解释的现象：如以三价铝盐或铁 盐作混凝剂，当其投量过多时，凝聚效果反而下 降，其至重新稳定。 压缩双电层机理只是通过单纯静电现象来说明 电解质对脱稳的作用，如仅用它来解释水中的混 凝现象，会产生一些矛盾。为此，又提出了其他 几种机理。
粗分散体系（悬浮液）：分散相粒度>100nm。 胶体分散体系（胶体溶液）：分散相粒度为1~100nm。
分子 - 离子分散体系（真溶液）：
分散相粒度为0.1~1nm。
2018/11/4 3
吸附法等处理
混凝法处理
自然沉淀或 过滤处理
0.1nm 0.1nm
1nm 1nm 100nm
100m 粒度
真溶液
12
(4) 胶体保持稳定的原因
1）胶体微粒的带电性。同类的胶体微粒间的静
电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大的颗粒。
2）水化作用。带电荷的胶粒和反离子都能与周
围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，阻
碍各胶粒的聚合。 上述分析说明，水中胶体物质是相当稳定的，要想 去除它，首先要使它们脱稳，然后凝聚和絮凝。
2018/11/4 7
胶核
电位离子 束 缚 反 离 子
扩 散 层
（2） 胶 体 的 结 构
2018/11/4
滑动面 胶团边界
吸附层
胶体的双电 层结构模型
8
胶体粒子的结构式：
2018/11/4
9
例：氢氧化铁胶体由三氯化铁水解形成。 试写出氢氧化铁胶体粒子的结构式。 解：氢氧化铁胶体粒子的结构式如下所示：
混凝：包括凝聚和絮凝两个过程。
混凝机理：可分为压缩双电层、吸附电中和、吸 附架桥、沉淀物网捕四种。
2018/11/4 14
（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。
污水的化学处理法
2.1 化学混凝法
2.2
2.3
中和法
化学沉淀法
2.4
氧化-还原法
2018/11/4
1
2.1 化学混凝法(Coagulation)
概述 混凝原理 混凝剂和助凝剂
影响混凝的主要因素
混凝工艺过程与设备
2018/11/4 2
一、概 述
1、废水分散体系
根据分散相粒度不同，废水可分为三类：
2018/11/4 17
（2）吸附电中和机理 (electrical neutralization)
• 胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子 或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用， 由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷， 减少了静电斥力，降低了电位，使胶体的 脱稳和凝聚易于发生。 因为胶粒吸附了过多的反离子， • 显然，其结果与压缩双电层相同，但作用机 使原来的电荷变号，排斥力变 理是不同的。 大，从而发生了再稳现象。 • 铝盐和铁盐混凝剂投加量过多，凝聚效果反 而下降的现象，可以用本机理解释。
光学性质：在水溶液中能引起光的反射的性质。 力学性质：主要是指胶体的布朗运动。 表面性能：比表面积大，具有极大的表面自由 能，使胶体颗粒具有强烈的吸附能力和水化作用。 动电现象：胶体的动电现象包括电泳与电渗。 电泳现象说明胶体微粒是带电的。
胶体的稳定性正是上述特性的综合表现，尤其是胶粒之间的静 电斥力的作用结果。如要了解胶体带电现象和使胶体脱稳的途 径，就必须研究胶体的结构。
10
(3) 电位（总电位）与 电位（电动电位）
•胶粒与溶液主体之间的电位差，称为电动电位，
常称电位。
•胶核表面的电位离子与溶液主体之间的电位称 为总电位或称电位 。 •在总电位一定时，扩散层愈厚， 电位愈高； 反之扩散层愈薄， 电位也愈低。 •电位引起的静电斥力，阻止胶粒互相接近和 接触碰撞。
2018/11/4 5
二、混凝原理
• 混凝是通过向废水中投加化学药剂—— 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淀， 得以与水分离，使废水得到净化。
2018/11/4 6
1、废水中胶体颗粒的稳定性 （1）胶体特性
胶体溶液
悬浮液
2018/11/4
4
2、去除对象：主要为废水中细小的悬浮颗 粒和胶体颗粒。 3、混凝法的用途
•可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子 有机物、某些重金属和放射性物质。如造纸、钢铁、 纺织、化工、食品等工业废水及城市污水的三级处理 •能改善污泥的脱水性能。如污泥处理 4、优点：设备简单，维护操作易于掌握，处理效果 好，间歇或连续运行皆可。 缺点：运行费用较高，沉渣量大，且脱水较困难。
• 电位对于某类胶体而言，是固定不变的， 它无法测出，也不具备实用意义。 • 电位可通过电泳或电渗计算得出，测定 电位可确定电荷大小以及稳定程度。它随着 温度、PH值及溶液中反离子浓度等外部条件 而变化，在水处理中具有重要的意义。
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q—电动电荷密度 δ—扩散层厚度 ε—水的介电常数
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2.胶体的脱稳机理
胶体颗粒保持分散的悬浮状态的特性称为胶体的 稳定性（stabilization)。 胶体因电位降低或消除，从而失去稳定性的过 程称为脱稳(destabilization)。
凝聚：指脱稳的胶粒相互聚集为较大颗粒的过程。
絮凝：指未经脱稳的胶体形成大颗粒絮体的过程。
[Fe(OH)3]m nH＋
胶核 (nuclear)
电位形 成离子 束缚反 离子
(n－x)Cl－x+ x Cl－
扩散层 diffuse layer
自由反 离子
吸附层 stationary layer
胶粒(colloidal particle)
胶团(colloidal micelle)
其中，m为胶核中的分子数；n为被吸附的电位离子数； (n-x)为吸附层中反离子数；x为扩散层中的反离子数。
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溶液中离子浓度与扩散层厚度 的关系
溶液中离子 浓度低时， 扩散层厚度 反 离 为OA 子 浓 溶液中离子 度 浓度高时， 扩散层厚度 O 减小为OB
2018/பைடு நூலகம்1/4
溶液中离子浓度高 溶液中离子浓度低
B A
到颗粒表面的距离
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港湾处泥沙沉积现象可用该机理较好地解释。
因为淡水进入海水时，海水中盐类浓度较大， 使淡水中胶粒的稳定性降低，易于凝聚，所 以在港湾处泥砂易沉积。 该机理无法解释的现象：如以三价铝盐或铁 盐作混凝剂，当其投量过多时，凝聚效果反而下 降，其至重新稳定。 压缩双电层机理只是通过单纯静电现象来说明 电解质对脱稳的作用，如仅用它来解释水中的混 凝现象，会产生一些矛盾。为此，又提出了其他 几种机理。
粗分散体系（悬浮液）：分散相粒度>100nm。 胶体分散体系（胶体溶液）：分散相粒度为1~100nm。
分子 - 离子分散体系（真溶液）：
分散相粒度为0.1~1nm。
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吸附法等处理
混凝法处理
自然沉淀或 过滤处理
0.1nm 0.1nm
1nm 1nm 100nm
100m 粒度
真溶液
12
(4) 胶体保持稳定的原因
1）胶体微粒的带电性。同类的胶体微粒间的静
电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大的颗粒。
2）水化作用。带电荷的胶粒和反离子都能与周
围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，阻
碍各胶粒的聚合。 上述分析说明，水中胶体物质是相当稳定的，要想 去除它，首先要使它们脱稳，然后凝聚和絮凝。
2018/11/4 7
胶核
电位离子 束 缚 反 离 子
扩 散 层
（2） 胶 体 的 结 构
2018/11/4
滑动面 胶团边界
吸附层
胶体的双电 层结构模型
8
胶体粒子的结构式：
2018/11/4
9
例：氢氧化铁胶体由三氯化铁水解形成。 试写出氢氧化铁胶体粒子的结构式。 解：氢氧化铁胶体粒子的结构式如下所示：
混凝：包括凝聚和絮凝两个过程。
混凝机理：可分为压缩双电层、吸附电中和、吸 附架桥、沉淀物网捕四种。
2018/11/4 14
（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。
污水的化学处理法
2.1 化学混凝法
2.2
2.3
中和法
化学沉淀法
2.4
氧化-还原法
2018/11/4
1
2.1 化学混凝法(Coagulation)
概述 混凝原理 混凝剂和助凝剂
影响混凝的主要因素
混凝工艺过程与设备
2018/11/4 2
一、概 述
1、废水分散体系
根据分散相粒度不同，废水可分为三类：
2018/11/4 17
（2）吸附电中和机理 (electrical neutralization)
• 胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子 或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用， 由于这种吸附作用中和了电位离子所带电荷， 减少了静电斥力，降低了电位，使胶体的 脱稳和凝聚易于发生。 因为胶粒吸附了过多的反离子， • 显然，其结果与压缩双电层相同，但作用机 使原来的电荷变号，排斥力变 理是不同的。 大，从而发生了再稳现象。 • 铝盐和铁盐混凝剂投加量过多，凝聚效果反 而下降的现象，可以用本机理解释。
光学性质：在水溶液中能引起光的反射的性质。 力学性质：主要是指胶体的布朗运动。 表面性能：比表面积大，具有极大的表面自由 能，使胶体颗粒具有强烈的吸附能力和水化作用。 动电现象：胶体的动电现象包括电泳与电渗。 电泳现象说明胶体微粒是带电的。
胶体的稳定性正是上述特性的综合表现，尤其是胶粒之间的静 电斥力的作用结果。如要了解胶体带电现象和使胶体脱稳的途 径，就必须研究胶体的结构。
10
(3) 电位（总电位）与 电位（电动电位）
•胶粒与溶液主体之间的电位差，称为电动电位，
常称电位。
•胶核表面的电位离子与溶液主体之间的电位称 为总电位或称电位 。 •在总电位一定时，扩散层愈厚， 电位愈高； 反之扩散层愈薄， 电位也愈低。 •电位引起的静电斥力，阻止胶粒互相接近和 接触碰撞。
2018/11/4 5
二、混凝原理
• 混凝是通过向废水中投加化学药剂—— 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淀， 得以与水分离，使废水得到净化。
2018/11/4 6
1、废水中胶体颗粒的稳定性 （1）胶体特性
胶体溶液
悬浮液
2018/11/4
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2、去除对象：主要为废水中细小的悬浮颗 粒和胶体颗粒。 3、混凝法的用途
•可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子 有机物、某些重金属和放射性物质。如造纸、钢铁、 纺织、化工、食品等工业废水及城市污水的三级处理 •能改善污泥的脱水性能。如污泥处理 4、优点：设备简单，维护操作易于掌握，处理效果 好，间歇或连续运行皆可。 缺点：运行费用较高，沉渣量大，且脱水较困难。