化学混凝法

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（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。
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胶核
电位离子 束 缚 反 离 子
扩 散 层
（2） 胶 体 的 结 构
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滑动面 胶团边界
吸附层
胶体的双电 层结构模型
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胶体粒子的结构式：
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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：
[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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(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。
在一般情况下，不论混凝剂为何种离子型，对不同电性的 胶体和细微悬浮物都是有效的。但如为离子型，且电性与 胶粒电性相反，就能起降低电位和吸附架桥双重作用，可 明显提高絮凝效果。
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2.助凝剂
（1）pH调整剂
• 常用石灰、硫酸、氢氧化钠、碳酸钠等。
（2）絮体结构改良剂
• 如活性硅酸、粘土等。
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(2)有机高分子类 (polyelectrolytes)
• 分类：
–天然和人工两种，其中天然高分子混凝剂的应用
远不如人工的广泛，主要原因是其电荷密度小，
分子量较低，且容易发生降解而失去活性。
–根据高分子聚合物所带基团能否离解及离解后所

带离子的电性，可分为阴离子型(anionic)、阳离
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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
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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。
（3）混凝剂投加顺序(sequence) 若投加量过量，很容易造成胶体的再稳。
•最佳投加顺序可通过试验来确定。
•一般而言，当无机与有机并用时，先加无机混凝剂， 再加有机混凝剂。 •但当处理的胶粒在50m以上时，常先加有机混凝剂 吸附架桥，再加无机混凝剂压缩扩散层而使胶体脱稳。
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3.水力条件的影响
• 水力条件对混凝效果有重要影响。 • 两个主要的控制指标是搅拌强度和搅拌时间。 • 混合阶段：要求混凝剂与废水迅速均匀混合，为
因为废水中胶粒少，当聚合物伸展部分一端吸附一个胶粒后， 另一端因粘连不着第二个胶粒，只能与原先的胶粒粘连，就 不能起架桥作用，从而达不到混凝的效果。
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高分子絮凝剂对胶体或微粒的吸附架 初期 吸附 絮体 桥作用示意图
形成
＋
在吸附桥联过程中，胶粒并不一定要脱稳，也无需 直接接触。该机理可解释非离子型或带同号电荷离 子型高分子絮凝剂得到好的絮凝效果的现象。
（2）pH值
• 在混凝过程中，都有一个相对最佳pH值存在， 使混凝反应速度最快，絮体溶解度最小。不 同混凝剂最佳pH值要通过试验确定。
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1.废水水质的影响
（3）水温(temperature)
–水温会影响无机盐类的水解 –水温低，水的粘度增大，布朗运动减弱，混凝 效果下降。
（4）共存杂质(impurities)
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• 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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4q

q—电动电荷密度 δ—扩散层厚度 ε—水的介电常数
（4）沉淀物网捕机理
(entrapment in the floc structure)
• 沉淀金属氢氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3) 或带金属的碳酸盐(如CaCO3)时，水中的 胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成 时作为晶核或吸附质所网捕。
• 以上介绍的混凝的四种机理，在水处理中 往往可能是同时或交叉发挥作用的，只是 在一定情况下以某种机理为主而已。
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。
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（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。
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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。
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1、废水中胶体颗粒的稳定性 （1）胶体特性
胶体溶液
悬浮液
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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。
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
• 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。
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1.混凝剂
无机盐类 （铁盐和铝盐） 类型 有机高分子类 普通铝、铁盐 聚合铝、铁盐
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(1)无机盐类
1）普通铝、铁盐 –普通铝盐：硫酸铝、明矾等 – 普通铁盐：三氯化铁、硫酸亚铁、硫 酸铁等 2）聚合铝、铁盐 –聚合氯化铝 –聚合硫酸铁
第2章
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
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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
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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：
子型(cationic)和非离子型(nonionic)
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• 特点：高分子混凝剂一般为链状结构，各单体间 以共价键结合。高分子混凝剂溶于水中，将生成 大量的线形高分子。
• 作用机理： （a）由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用 对胶粒的吸附结合； （b）线型高分子在溶液中的吸附架桥作用。
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（3）吸附架桥（桥连）机理 (polymer bridging of colloids)
• 吸附架桥作用主要是指链状高分子聚合物在静电
引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部 位与胶粒和细微悬浮物等发生吸附桥连的过程。L
• 本机理能解释当废水浊度很低时有些混凝剂效果
不好的现象。
（3）氧化剂
• 可投加氯气、次氯酸钠、臭氧等氧化剂来 破坏有机物，以提高混凝效果。