水质工程学混凝
水质工程学实验指导书
水质工程学实验指导书xx工业学院市政工程实验室实验一混凝实验一、实验目的（1）通过实验确定实验水样的最佳投药量；（2）观察絮体（俗称矾花）的形成过程及混凝沉淀的效果，从而加深对混凝理论的理解。
二、实验原理天然水中存在大量胶体颗粒，是使水产生浑浊的一个重要原因，胶体颗粒靠自然沉淀是不能去除的。
水中粒径小的悬浮物以及胶体物质，由于微粒的布朗运动，胶体颗粒间的静电斥力和胶体的表面物质，致使水中这种含浊状态稳定。
向水中投加混凝剂后，由于：1、能降低颗粒间的排斥能峰，降低胶粒的ζ电位，实现胶粒“脱稳”；2、同时也能发生高聚物式高分子混凝剂的吸附架桥作用；3、网捕作用而达到颗粒的凝聚。
混凝是水处理工艺中十分重要的一个环节。
他所处理的对象主要是水中悬浮物和胶体物质。
混合和反应是混凝工艺的两个阶段，投药是混凝工艺的前提，选择性能良好的药剂，创造适宜的化学和水利条件是混凝的关键问题。
由于各种原水有很大差别，混凝效果不尽相同。
混凝剂的效果不仅取决于混凝剂投加量，同时还取决于水的PH值，水流速度梯度等因素。
投加混凝剂的多少，直接影响混凝效果。
投加量不足不可能有很好的混凝效果同样如果投加的混凝剂过多也未必能得到好的混凝效果。
水质千变万化，最佳的投加量各不相同，必须通过实验方可确定。
三、实验设备及药品1、实验器材及设备（1）六联搅拌器，1台；（2）浊度仪，1台；（3）pH计，1台。
（4）温度计，1根。
（5）1000mL量筒，1个；（6）1000mL烧杯，12个；（7）250mL烧杯，12个；（8）5mL，10ml，2ml，1ml移液管，各2个；（9）医用针筒，2个；（10）洗耳球，2个；2、药品1%浓度硫酸铝[Al2(SO4)3]溶液，或氯化铁溶液。
四、实验步骤1．测定原水的浊度及pH值。
2．用1000ml量筒分别取6个水样至6个1000mL烧杯中。
注意：取水样要搅拌均匀，以尽量减少取样浓度上的误差。
3．在6个水样中分别加入0.25、0.5、1.0、1.5、2.5、4.0ml 1%浓度的Al2(SO4)3溶液。
水质工程学Ⅰ课件15混凝-3混凝动力学
∴p=μG2
ⅴ、甘布公式（Camp）:G p
G—速度梯度 S-1
当用机械搅拌时，p由搅拌机械提供；
当用水力絮凝池时， p为水流本身的耗能。
pV gh
V—水流体积 V=QT ；h — 消耗水头；
ρg =γ 代入得
ⅵ、甘布公式： G gQh QT
g—重力加速度：9.8m/s2
1、层流碰撞公式：
设水中颗粒为均匀球体，颗径di=dj=d 以j颗粒中心为圆心，以Rij=ri+rj为半径 的范围内，所有颗粒均会发生碰撞。Βιβλιοθήκη 碰撞速度N0为：N0
4 3
n2d 3G
n颗粒的数量浓度。
ri
G速度梯度：S-1
rj
G u z
u；Δu—流速及相邻两流层的流速增量； Δz—垂直水流方向两流层的间距㎝ 。 2、甘布公式：
搅拌环境下的碰撞公式（机械搅拌、 水力搅拌） ：
紊流的特点：涡旋。
甘布（T.R.Camp）和斯坦（P.C.Stein） 的公式推导。
ⅰ取一隔离体Δx；Δy；Δz。 隔离体受剪而扭转，在Δt时间内，转了
θ角。
ⅱ 其角速度：
t
Δθ较小，可由
l 代替
z
则：
l 1 t z
u z
G
（速度梯度）
N0=8πdDn2
（1）
D—扩散系数（紊流扩散和布朗扩散系数之和）。
n—颗粒的数量浓度。
紊流中，布朗运动作用太小，忽略，所以D 可近似作为紊流扩散系数。
D=λμλ λ—涡旋尺度；
（2）
μλ—相应于λ尺度的脉动速度 。
在各向同性紊流中，脉动速度μλ
式中：
1 15
•
（3）
水质工程学 第3章混凝
排 斥 势 能 E R
r
r
Er E Emax
(a)
0
a
c
间 x 距
吸 引 势 能 EA
Ea
图 6-2
相 作 势 与 粒 离 系 互 用 能 颗 距 关
（ a)双 层 叠 电 重 ； (b)势 变 曲 能 化 线
3.1.3 胶体的稳定性 胶体稳定性： 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。 悬浮状态的特性。 胶体稳定性分“动力学稳定性” 聚集稳定” 胶体稳定性分“动力学稳定性”和“聚集稳定” 两种。 两种。 动力学稳定性：无规则的布朗运动强， 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。 影响的能力强。 聚集稳定性包括： 胶体带电相斥（ 聚集稳定性包括：①胶体带电相斥（憎水性胶 ）；②水化膜的阻碍（亲水性胶体） 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， 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。 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 的双电层结构见图6-1。 滑动面上的电位：称为ζ电位， 滑动面上的电位：称为ζ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， 的聚集稳定性。也决定亲水胶体的水化膜的阻碍， 电位降低，水化膜减薄及至消失。 当ξ电位降低，水化膜减薄及至消失。
3.2.1 混凝机理 1．电性中和作用机理 （1）压缩双电层 加入电解质加入，形成与反离子同电荷离子， 加入电解质加入，形成与反离子同电荷离子，产 生压缩双电层作用， 电位降低， 生压缩双电层作用，使ξ电位降低，从而胶体颗粒 失去稳定性，产生凝聚作用。 失去稳定性，产生凝聚作用。 压缩双电层机理适用于叔采－哈代法则， 压缩双电层机理适用于叔采－哈代法则，即：凝 聚能力∝离子价数6 聚能力∝离子价数6。 该机理认为ζ电位最多可降至0 该机理认为ζ电位最多可降至0。因而不能解释以 下两种现象： 混凝剂投加过多， 下两种现象：①混凝剂投加过多，混凝效果反而 下降； 下降；②与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也 有良好的混凝效果。 有良好的混凝效果。
混凝实验报告
混凝实验报告实验目的，通过混凝实验，研究混凝剂对水质的净化效果，探讨最佳混凝剂用量及混凝时间，为水处理工程提供科学依据。
实验原理，混凝是指在水中加入混凝剂后，使水中的悬浮物、胶体物质凝聚成较大的絮凝体，便于后续的沉降或过滤。
混凝剂一般为阳离子、阴离子或非离子高分子物质，其作用机理主要有吸附、中和、电中和和凝聚等。
实验材料与方法：材料，实验室自来水、混凝剂（聚合氯化铝）、搅拌器、玻璃容器、pH计、浊度计等。
方法：1. 取一定量自来水倒入玻璃容器中；2. 用搅拌器将水搅拌均匀；3. 用pH计检测水的初始pH值；4. 在搅拌的同时，向水中加入不同剂量的混凝剂；5. 混凝一定时间后停止搅拌，观察絮凝体的生成情况；6. 用浊度计检测水的浊度，记录下实验数据。
实验结果与分析：经过一系列实验，我们得出以下结论：1. 随着混凝剂用量的增加，水中絮凝体的生成量逐渐增加，浊度逐渐降低，水质得到了改善；2. 随着混凝时间的延长，絮凝体的大小逐渐增加，浊度进一步降低，但当混凝时间过长时，絮凝体又会发生分散，浊度会有所上升；3. 初始水质的pH值对混凝效果也有一定影响，一般情况下，pH值在6.5-7.5之间时，混凝效果较好。
结论：混凝实验结果表明，聚合氯化铝作为混凝剂，能够有效地改善水质，提高水的透明度，减少水中的悬浮物和胶体物质。
在实际应用中，应根据水质的不同情况，合理控制混凝剂的用量和混凝时间，以达到最佳的净化效果。
总结：通过本次混凝实验，我们对混凝剂的作用机理和影响因素有了更深入的了解，为今后的水处理工程提供了有益的参考。
同时，也为我们提供了实验操作的经验，为今后的科研工作打下了坚实的基础。
实验报告撰写人，XXX。
日期，XXXX年XX月XX日。
水质工程学实验报告全解
9.2
10
加酸或碱
的量（ml）
HCL
0.55
HCL
0.3
原水
NaOH
0.1
NaOH
0.22
NaOH
0.74
浊度（NTU）
26.1
16.95
8.85
7.2
9.05
12.45
有图可知，当投加量为14ml时，浊度最低为最佳投加量
有图可知当ph=8.4时浊度最低，处理效果好，PH过大或过小都会抑制处理效果。
3、调节流量计，改变其滤速并调节进水阀门，是的过滤柱内的水面保持不变，同时读出测压板两玻璃管的读数。记录数据，重复此步骤5次。
4、关闭测压板上的两个阀门，进水阀门，将过滤柱中的水放干，用力拍过滤柱，是滤料分布均匀，量出滤层厚度。
5、关闭过滤阀门，开启反冲洗阀门，调节反冲洗流量计，改变其滤速，待滤料表面稳定后，读出滤层厚度，重复此步骤5次，记录数据。
如果水中没有细菌、氨、有机物和还原性物质，则投加在水中的氯全部以自由氯形式存在，即余氯量=加氯量
由于水中存在有机物及相当数量的氨氮化合物，它们性质很不稳定，常发生化学反应逐渐转变为氨，氨在水中是游离状态或以铵盐形式存在。加氯后，氯与氨必生成“化合性”氯，同样也起消毒作用。根据水中氨的含量，pH值高低及加氯量多少、加氯量与剩余氯量的关系，将出现四个阶段，即四个区间。
2NH2Cl+HOCl = N2↑+3HCl+H2O（5-6）
结果使氨氮被氧化生成一些不起消毒作用的化合物，余氯逐渐减少最后到最低的折点B。
第四区BC段：继续增加加氯量，水中开始出现自由性余氯。加氯量超过折点时的加氯称为折点加氯
三、实验器材及设备
六联搅拌仪，次氯酸钠漂白粉试剂，余氯检测计，1g/L的氨氮溶液，移液管1ml、5ml、10ml各一支，1000ml量筒一个，小烧杯若干，缓冲剂药片若干。
水质工程学——第3章 混凝
稳定性原因 双电层结构与电位
•Φ电位：胶核表面的点位，总电位。
扩散层
•电位：滑动面上的电位，动电位。
在数值上等于总电位中和
吸附层
胶 胶粒 核
胶
団
天然水中胶体杂质通常是负电胶 体，如粘土，细菌，病毒，藻类， 腐殖物等。 粘土电位＝-15~-40 mV 细菌电位＝-30~-70 mV 藻类电位＝-10~-15 mV
の
阳离子浓度 阴离子浓度
憎水胶体稳定性的原因：DLVO理论
胶体颗粒之间的相互作用：
排斥势能——静电斥力 排斥势能：ER－1/d2 吸引势能——范德华引力 吸引势能：EA－1/d6（或1/d2，1/d3） 胶体颗粒能否聚集取决于总势能
排 斥 势 能 ER
r
Er E Emax
r
(a)
0
a b
高分子投量过少，不足以形成吸附架桥 投加过多，会出现“胶体保护”现象。 •铝盐的多核水解产物： 长度不足，电性中和 •中性氢氧化铝聚合物： 架桥作用 •高分子物质： 吸附架桥 +（电中和）
线性、长度
弹性势能、电性 斥力、水化膜
架桥模型示意图
胶体保护示意图
3.网捕或卷扫 网捕或卷扫 机械作用
金属氢氧化物在形成过
天然水体一般pH=6.5-7.8 ，主要吸附 架桥和电性中和。
作业一
1.什么是胶体稳定性？水中胶体为什么
处于稳定状态（稳定状态的分类）？ 2.用DLVO理论解释胶体稳定性的原因 3.混凝机理有哪些？
3.2 混凝剂和助凝剂
一、混凝剂
混凝剂符合的要求
混凝效果好 对人体无危害
使用方便 货源充足，价格低廉
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。布朗运动既 是胶体稳定性原因，也是引起碰撞聚结的不稳定 因素。
水质工程学练习题(4)
水质工程学练习题(4)第三章混凝一、填空：1、水处理过程中,混凝过程主要的去除对象为胶体和微小悬浮物。
2、胶体在水中之所以稳定,主要原因为胶体的动力稳定、带电稳定和胶体的溶剂化作用。
3、常用的混凝剂有硫酸铝、三氯化铁和聚合氯化铝。
4、目前公认的四个混凝机理分别是：压缩双电层、吸附-电中和、吸附架桥、网捕-卷扫。
5、根据快速混合的原理，混合设施主要有如下四类：水利混合、水泵混合、管式混合、机械混合。
6、混凝剂与水的混合絮凝中控制水利条件的重要参数是速度梯度G值和絮凝时间T 值。
混合阶段要求的水利条件是G值为700~1000S-1，T值为10~20s，絮凝阶段要求的水利条件是平均G值为20~70S-1，GT值为1×104 ~1×105。
二、名词解释：混凝的定义总电位ζ电位压缩双电层速度梯度G--指两相邻水层的水流速度差与它们之间的距离的比值。
复合混凝剂同向絮凝异向絮凝混凝剂助凝剂三、问答题：1．试述混凝机理，及影响混凝效果的主要因素。
答：胶粒的混凝机理①压缩双电层作②吸附电中和作用③吸附架桥作用④网捕卷扫作用（4分）絮凝机理：①异向絮凝②同向絮凝（3分）影响因素：（3分）①水温的因素②PH的影响③水的碱度的影响④浊质颗粒的影响⑤水中有机污染物的影响⑥混凝剂的种类及投加量的影响⑦混凝剂的投加方式的影响2、铝盐和铁盐作为混凝剂在水处理过程中发挥哪三种作用？（1）Al3+或Fe3+和低聚合度高电荷的多核羟基配合物的脱稳凝聚作用。
（2）高聚合度羟基配合物的桥连絮凝作用。
（3）以氢氧化物沉淀形式存在时的网捕絮凝作用。
3. 混凝药剂的选择遵循哪些原则？P72第四章沉淀一、填空：1、在水处理领域中,颗粒在水中的沉降属于_层流___状态，颗粒的下沉速度可用_斯托克斯___公式计算。
2、澄清池内_泥渣__的体积浓度是提高原水中悬浮颗粒絮凝速率的决定性因素。
3、自由沉淀颗粒在水中所受的力有自身重力、水的浮力、粘滞阻力、惯性力。
11.水质工程学 I —混凝 §2-1水的混凝机理(2)(ppt文档)
Al(OH)3(H2O)3+ H2O[Al(OH)4(H2O)2]-+H3O+
水解反应与羟基桥联反应相反，聚合度并无变化，但降低
了聚合物电荷，化合物中的羟基数目不断增多，这样，缩聚和
水解交错进行，便形成多种形态高聚物，经研究，存在可能性
在低pH值下高电荷低聚合度的络合物占主要地位；在高pH值下， 低电荷高聚合度的络合物占主要地位；当pH=7～8时，聚合度 极大的中性[Al(OH)3(H2O)3]∞将占绝大多数。
由上述反应可见，降低水中H+浓度或提高pH， 水解反应趋向右方，配位水分子逐渐减少，羟基逐渐 增多，而水合羟基络合物的电荷却逐渐降低，最终生 成中性氢氧化铝难溶沉淀物。经研究：
当 pH＜4 时，水解受到抑制水中存在的主要是 [Al(H2O)6]3+
当 pH = 4 时，水中将出现[Al(OH)(H2O)5]2+单羟 基水合铝离子、 [Al(OH)2(H2O)4]+双羟基水合铝离子 及少量[Al(OH)3(H2O)3]
最大的化合物形态有：
Al3(OH)4(H2O)10]5++H2O[Al3(OH)5(H2O)9]4++H3O+
[Al6(OH)14]; 、 [Al8(OH)20]4+ 、
[Al7(OH)17]4+、 [Al13(OH)34]5+等等。
这些物质，在水中都可能以一定比例同时存在，一般说来，
2、吸附架桥作用机理
作为混凝剂的高分子物质以及
Al2(SO4)3 ，FeCl3溶于水后，经水解 和缩聚反应形成高聚物，这些物质均具
水质工程学教案07第二章混凝2-4混合和絮凝设施
（二）管式混合1、管道：将药液加入压水管中，利用管道中水流的紊动力混合。
要求管道中流速大于1m/s。
投药量后管内水头损失大于0.3～0.4mH2O。
投药点至出口大于50倍管径。
2、静态混合器：内为翻卷铁板，造成紊流，翻流的紊团。
分成几个单元串联使用。
流量过小时，效果下降，水流阻力大。
3、扩散混合器：用锥形帽，将药液扩散，用孔板并造成剧烈紊流。
（三）机械混合池搅拌机械：浆板式（适用2m3以下小池）螺旋桨式，透平式。
离心搅拌叶轮搅拌功率：要求速度梯度为700～1000s-1混合时间：10～30s 不超2min注：避免水流同步旋转，应有转速梯度。
可用四周加固定档板的方法解决。
特点：效果好，不受水量变化影响，适合各种规模水厂。
增加机械设备及维修。
二、絮凝设施：基本要求：加药后的原水，在絮凝池中形成大的密实的絮体（肉眼可见）——毫米级。
（一）隔板絮凝池（常用于大中型水厂）1、往复式：水流回转180°，局部水头损失大，絮凝后期急转水流易使絮体破碎。
2、回转式：水流回转90°，局部水头损失小，转弯上应尽量减少冲击。
隔板式是（PF ）推流形反应器。
要求设计池数不少于2个。
（1）流速： 首端：0.5～0.6m/s 末端:0.2～0.3m/s中间4～6段，流速递减。
(分段越多,效果越（2）、转弯要求：为了减少水力冲击和水头损失，转弯过水断是廊道过水断面的1.2～1.5倍，并做成圆弧形。
（3）、絮凝时间：20～30min（4）、 隔板净距大于0.5m(为施工和检修) 池底0.02～0.03坡，并设有排泥设施。
（5）计算内容: i 各段水头损失:i ii iti i i l R C v g v m h 2222+=ξvi —i 段内水流速度m/s ； vit —i 段转弯处水流速度m/s ； mi —i 段廊道内水流转弯次数；ξ —转弯处局部阻力系数180°弯，ξ =390 °弯，ξ =1；li —i 段总长m ；Ri —i 段过水断面水力半径； Ci —谢才系数，611i i R nC（曼宁公式） 总水头损失：h=∑hi ，往复式：h=0.3～0.5m回转式：h=0.6h 往复T 在10～30分钟 一般在30～60秒-1 在104～105低浊水,低碱水宜用较大T 值。
水质工程学第3章混凝2
接触凝聚
胶体颗粒由于吸附在巨大颗粒表面上产生的 凝聚现象称为接触凝聚，可能包括几种不同 的现象。 压缩双电层
电中和
小胶粒被同号大胶粒吸附
小胶粒被异号大胶粒吸附
巨大颗粒一般指矾花、滤料
水的混凝过程及机理
2.2.1 水处理中混凝的特点
2.2.2 水的混凝机理
2.2.3 铁盐和铝盐的混凝过程
2.2.4 混凝对改善水质的作用
ζ电位等于0时称为等电点，此时胶团尺寸最 小，最易脱稳。
异号胶体的凝聚
异号电荷若大致相等，可依靠静电引力相 互聚凝，ζ电位降低。若电荷差异大，则可 能变为同号胶体。
亲水胶体的凝聚
① 稳定的原因：水化壳的存在
② 脱稳与凝聚：投加电解质：压缩去除水 合层，中和电荷，脱水 与压缩双电层的区别: 离子价数无重要 影响。
胶体的双电层理论
一、胶团的结构
二、双电层与ζ电位
三、亲水胶体与憎水胶体
胶团的结构
胶团的结构
胶核: 胶体分子聚合而成的微粒
电位形成离子：胶核表面吸附的某种离子
反离子: 与电位形成离子具有相反电荷的离 子，受到两种力的作用
①静电引力 ── 靠近带电微粒
②热运动扩散作用和溶剂化作用─ 均匀分散
双电层与电位
② 高分子物质与胶粒的吸附与桥连。 适用:非离子型或带同号电荷的离子型高分 子絮凝剂的混凝。（如图所示）
沉淀物网捕作用机理
水中胶粒被混凝剂形成的絮状沉淀物所网 捕，胶粒本身也可作为沉淀物形成的核心。
铁盐和铝盐的混凝过程
一、铝盐水解过程
二、铝盐、铁盐的混凝特性
铝盐的水解过程
• 水解
• 羟基架桥连接作用(高分子缩聚反应)→多核 羟基络合物 • 水的pH值影响铝盐的水解和缩聚反应，其 水解产物见图3-2-3
华北理工水质工程学Ⅰ课件15混凝
压缩双电层理论：认为是由电性吸引和 离子扩散的作用，其最多达到电中性。 这是与事实相矛盾的。
电性中和理论：认为主要由范氏力、氢 键、共价键，吸引和吸附相反电荷使胶 体呈现电中性，如果加药过多，可使胶 体达到电性反号。
4、不同价数电解质的功效： Shoulze-Hardy（叔采——哈迪）法则：
藻类 ζ=-10～-15mv。
检测电位：可用电泳法和激光多普勒电 泳法。
u DE
u－电泳速度(㎝/s)
4
／s）
4u 9 104V
DE
4u 9 104V
DE
D—介质的介电常数
—介质粘度ρ（泊）
E—电场强度（v/cm）
静电系电势单位E （ν/㎝） 1 E （ν/㎝）=300ν 故上式×9×104V ζ—电动电势（V）。
三种作用
电性中和 吸附架桥 卷扫
哪一种作用为主，则 由混凝剂的种类、投加
量、胶体性质及浓度、 PH值等所决定，现阶段 仅是定性解释，正在发 展定量解释。
（一）电性中和：
消减ζ电位，消除能峰Emax 。 方法：向水中投加电解质，溶解出带正电荷的
离子。→ 带负电的胶粒吸引水中更多的正离 （Na+ Ca2+ Al3+等）使胶粒的双电层得到压 缩—压缩双电层理论。使胶体呈现电中性—称 为电性中和。
与胶体电号相反的离子之价数，对胶体 稳定性起主要作用。某种胶体的絮凝电 解质其临界絮凝浓度，主要决定于反粒 子的价数。
所以，高价电解质压缩双电层的效果远 比低价电解质有效。
“脱稳”所需正离子的浓度比：
M
:
M 2
:
M 3
1:
1
6
:
1
水质工程学实验报告全解
学生姓名：学号：专业班级：
实验类型：√ 验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩：
实验一混凝试验
一、实验目的：
1.学会求一般天然水体最佳混凝条件（包括投药量、PH、水流速度梯度）的基本方法；
2.观察混凝现象，加深混凝机理的理解，了解混凝影响因素；
二、实验基本原理：
胶体微粒都带有电荷，它们之间的电斥力是影响胶体稳定性的主要因素，一般天然水体颗粒的电动电位在-30mv以上，投加混凝剂后，只要该电荷点位降到-15mv左右即可得到。
五、实验数据与处理结果
过滤实验数据
测试次数
流量
（ml/s）
滤速
实测水头损失
Q/W
（cm/s）
36Q/W
（m/h）
测压管水头（cm）
hb-ha
hb
ha
1
25
0.393174491
14.15428167
185.2
181.8
3.4
2
50
0.786348982
28.30856334
157.4
155.1
2.3
e=L-L0/L0（%）
砂层原始厚度（cm）
1
520
116.8
24.52025586
93.8
2
600
119
26.86567164
3
680
124.9
33.15565032
4
720
126.2
34.54157783
5
800
130.8
39.445629
有图可知，在过滤试验中，滤速越大水头损失也增大，二者成线性相关。而在过滤与反冲洗试验中，冲洗量与砂层膨胀度也成线性关系。
水质工程学课件：凝聚和絮凝
3.3 混凝剂
一.混凝剂 种类有不少于200－300种 其分类见表3-1
表3-1 常用混凝剂
硫酸铝
铝系
明矾 聚合氯化铝（PAC）
无
聚合硫酸铝（PAS）
机
三氯化铁
硫酸亚铁
铁系 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
凝聚和絮凝
混凝(coagulation)的定义
混凝的去除对象 胶体及部分细小的悬浮物 粒径范围在1nm~0.1m（有时认为在1m）
混凝目的 投加混凝剂使胶体脱稳,相互凝聚生长成大矾花。
混凝的定义 包括凝聚(aggregation)和絮凝(flocculation)两个步 骤,凝聚是指使胶体脱稳并生成微小聚集体的过程, 而絮凝是指使脱稳的胶体或微小悬浮物聚结成大的 絮凝体的过程。
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3-5。
(4)网捕或卷扫
吸附架桥作用模型示意图
胶粒
高分子
胶粒
高分子
图 63-54 架桥模型示意
胶粒 排斥
高分子 排斥
图 36-56 胶体保护示意
三.絮凝机理
异向絮凝（perikinetic flocculation） 由布朗运动所引起的胶体颗粒碰撞聚集。
滑动面
胶 核
电位：决定了胶体的聚集 稳定性。
一般粘土电位＝- 15~-40mV 细菌电位＝-30~-70mV
ζ
Ⅱ
Ⅰ
δd
图 3-1 胶体双电层结构示意
三.DLVO理论
排
斥
水质工程学中混凝的定义
水质工程学中混凝的定义水质工程学中的“混凝”，听起来是不是有点复杂？别担心！其实说白了，混凝就像是一个“大清洁工”，帮我们把水里的脏东西搞定。
你想，水源本来是干净的，但在经过很多环节后，里面肯定会有一些杂质，像泥沙、细小的颗粒物啥的，它们在水里游来游去，大家一块儿泡在水里，简直是个“大派对”。
这时候，混凝就登场了，帮忙把这些杂质抓住，弄得它们安安静静，最后一个个沉到水底，不再污染水源。
混凝过程其实就像是一个“聚会”，只不过这些杂质不是聚在一起聊天，而是通过加入一些特殊的“混凝剂”让它们黏在一起。
那些混凝剂啊，可以是一些化学物质，比如铝盐、铁盐什么的，这些东西就像是水中的“粘合剂”，一旦加进去，水里的小颗粒就会被吸附在一起，聚集成较大的颗粒块，这些大颗粒就能更容易沉降到水底，从而达到净化水质的效果。
你可以想象一下，一群小小的“漂浮物”被一个超级能干的“团结剂”聚在一起，它们一起沉到水底，水就变得清澈了。
这个过程的名字叫“混凝”，大家也可以理解为是“聚集”或者“黏合”的意思。
你看，水里漂浮的那些微小颗粒，要是没有什么办法，它们就会像漂浮的叶子一样四处飘荡，水也就浑浑噩噩的，根本没法喝。
可是，通过混凝，水中的杂质就能被高效地去除，水变得清澈了，大家的“喝水安全”就有保障了。
不过，说到混凝，很多人可能会有疑问，水质好不好是不是就得完全依赖这些化学药剂？其实不完全是。
咱们混凝的目的，就是通过一些特殊的药剂和方法，让这些小颗粒不再四处乱窜，而是能够顺利地沉降下来。
但这可不是“万无一失”的过程。
不同的水质、不同的杂质，混凝的效果也会有所不同。
就像是煮饭，米的品种不同、火候不同，做出来的味道自然不一样。
那这些混凝剂也是得根据水的实际情况，精心选择，才能确保“效果拔群”！不仅如此，混凝并不是一劳永逸的解决方案。
它虽然能够有效地把水中的大部分脏东西清理掉，但要是水里有一些微小到不能再小的污染物，混凝也未必能搞定。
这时候，咱们还得依赖后续的“过滤”或者“沉淀”这些手段，来做进一步的净化。
水质工程学：第二章 水浊度的去除(混凝理论)(第一讲)
➢总电位或φ 电位：胶核表面的电位离子与溶液主体之间 的电位差则称为总电位或φ 电位。 ➢在总电位一定时，扩散层愈厚， φ 电位愈高，反之，扩 散层愈薄， φ 电位愈低。 ➢电位引起的静电斥力，阻止胶粒相互凑近和接触碰撞， 并在水分子的无规则撞击下做布朗运动，使胶粒长期稳定 地分散于水中。 ➢ξ 电位的大小反映胶粒带电的多少，可以用来衡量胶体稳 定性的大小。 ➢ξ 电位愈高，胶体的稳定性就愈高。
（3）吸附架桥机理
如果投加的化学药剂是具有能吸附胶粒的链状高 分子聚合物，或者两个同号胶粒吸附在同一个异号 胶粒上，胶粒间就能连接，团聚成絮凝体而被除去， 这就是吸附架桥作用。见图2-4；
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
（1）压缩双电层理论
根据DLVO理论，加入电解质对胶体进行脱稳。 电解质加入——与反离子同电荷离子↑——压缩双电 层——ξ电位↓——稳定性↓——凝聚
原理：向水中投加电解质，水中与胶粒上反离子具有 相同电荷的离子浓度增加了。这些离子可与胶粒吸附 的反离子发生交换或挤入吸附层，使胶粒带电荷数减 少，降低ξ电位，并使扩散层厚度缩小。这种作用称 为压缩双垫层。
➢按其与胶核的紧密程度，反离子层又分为吸附层和扩散层。 ➢反离子吸附层：紧靠电位离子，并随胶核一起运动，和电
位离子层一起构成了胶体粒子的固定层。 ➢反离子扩散层：固定层以外的那部分反离子。它由于受电
位离子的引力较小，因而不随胶核一起运动，并趋于向溶液 主体扩散，直至与溶液中的平均浓度相等。 ➢滑动面：吸附层与扩散层的交界面在胶体化学上称为滑动 面。
滑动面
负离子 原有正离子
Φ
（-）
长沙理工水质工程学实验指导01混凝实验
水质工程学实验指导专业：给排水专业班级：指导老师：给排水实验室二○年月实验一混凝实验一、实验目的及要求1.了解混凝的现象及过程、净水作用及影响混凝的主要因素。
2.熟悉混凝搅拌机的操作。
3.确定混凝剂的最佳用量及其相应的PH值。
二、实验水样1.河水（天然或自配）。
2.某种工业废水（洗毛废水或染色废水）。
每组只选一种水样进行实验，互相观摩。
三、实验装置1.混凝搅拌机(无级变速25~150r/min)。
2.1000mL(800mL)烧杯。
3.转速表。
4.PH计（或精密PH试纸）。
5.温度计。
6.25mL小量筒。
7.有关测定水质的药剂和仪器。
四、实验方法与步骤1.测定水样的水温及水质（PH值、浑浊度或悬浮物、COD、BOD等）。
2.在烧杯中，各注入混合均匀的水样1000mL（也可以用800mL烧杯中注入500mL水样），将烧杯装入搅拌机，注意叶片在水中的相对位置应相同。
3.根据水样的性质，选择各个烧杯的加药量，并量入小量筒中准备投加。
4.开动搅拌机（混合搅拌速度为120~150 r/min），并同时在各烧杯中倒入混凝剂溶液，当达到预定混合时间（1~3min）后，立即按预定的反应搅拌速度（20~40r/min）将搅拌机速度降低。
在达到预定的反应时间（10~30 min）后，即停止搅拌。
5.在反应搅拌开始后，就注意观察各个烧杯中有无矾花产生、矾花大小及松散密实程度。
6.反应搅拌结束后，轻轻提取搅拌叶片（注意不要搅拌水样）进行静置沉淀20min。
注意矾花的沉淀情况。
7.沉淀时间到达后，同时取出各烧杯中的澄清水样测定有关水质指标，从而测定最佳投药量及相应的PH值或者推荐的投药量及相应的PH值。
并估计最佳或推荐投药量时的污泥沉降比。
8.如果所得结果不太理想而有必要调整PH值时，可在第7步所选定的投药量的基础上进行不同PH值的实验（PH值可用NaOH或H2SO4调整），从而求得较好的PH值。
再进行综合考虑，得出最佳投药量和PH值。
混凝G值净水工
二、水中颗粒旳稳定性
所谓胶体颗粒旳稳定性，系指胶体颗粒在水中长久 保持分散悬浮状态旳特征。（盐水，糖水等真溶液；含 黏土类胶体溶液沉降速度十分缓慢旳在水处理领域也被 以为是“稳定体系”）
水中胶体颗粒具有稳定性旳原因有三点（浑水不能 静置变清旳原因）
胶体微粒旳布朗运动；
胶体颗粒间旳静电斥力；
胶体颗粒表面旳水化作用。
答：。。。。
例2：有固体碱式氯化铝50kg，要配制10％旳稀释溶液， 需要加多少公斤水？
溶质＝溶液*浓度 溶液＝溶质/溶液＝50/10％＝500kg 水量＝500－50＝450kg 答：。。。。
四、投加设备 ▪ 1.重力投加
▪ 2.水射器投加
▪ 3.水泵前投加
▪ 五、计量设备 ▪ 1.孔口计量
其中，既可作混凝剂也可作助凝剂旳是聚丙烯酰胺 。
！在水处理过程中，怎样正确选择助凝剂 助凝剂旳投入必须根据原水旳水质情况选用： 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，以调整水旳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，往往投加大量旳混凝剂效果也不 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，以破坏有机物旳干扰。 3）当水中旳PH值偏高时，可考虑加大浑水加氯量。 4）当矾花形成很细小涣散时，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紧矾花旳 形成和沉降。
▪ 脱稳：向原水中投加一定量旳混凝剂，混凝剂提供大量 旳正电荷去中和、压缩胶粒旳负电荷及扩散层，从而降 低胶体颗粒旳电位，变化其分散程度，使微粒失去稳定 性旳过程。
▪ 混凝阶段旳处理对象，主要是水中旳悬浮物和胶体杂质。 它是净水处理中十分主要旳环节。在生产实践中证明， 混凝过程旳完善程度对水质旳后续处理影响很大。
水质工程学第3章
第3章混凝和絮凝凝聚：主要指胶体脱稳并生成微小聚集体的过程。
絮凝：主要指脱稳的胶体或微小悬浮物聚结成大的絮凝体的过程。
3.1胶体的稳定性水中胶体和悬浮物是水产生浑浊的主要原因，而且还是水中细菌，病毒，污染物的载体。
水中胶体含量的主要水质参数就是浊度。
3.1.1胶体的双电层结构胶体表面带电的原因：胶体颗粒结晶中的晶格取代使胶体表面产生电荷；胶体颗粒表面某些化学基团在水中电离使胶体带电；胶体颗粒表面与水作用后溶解并电离使胶体带电；胶体颗粒对水中某些离子的吸附使胶体带电。
胶团包括胶粒和扩散层，胶粒又包括胶核和吸附层。
双电层内层与外层的电位差是胶团的总电位。
胶粒在移动时滑动面上相对于溶液内部的电位差是ζ电位，ζ电位是可以测的。
3.1.2胶体之间的相互作用胶体颗粒之间存在范德华吸引力，同时当胶体颗粒相互靠近时，因双电层相互作重叠而产生排斥力，吸引力和排斥力的相对大小将决定胶体颗粒是聚集沉降还是保持稳定。
当两个胶体颗粒由远靠近时，首先起作用的是排斥势能，如果克服了排斥势能则吸引势能开始起作用。
若排斥势能大于吸引势能，胶体则稳定。
否则会发生聚集。
3.3.1胶体的稳定性胶体的稳定性：指胶体颗粒在水中长期保持分散状态的特性。
原因：胶体的动力学稳定性--布朗运动；胶体的带电稳定性--同号胶粒间的静电斥力，当然要抵抗的住范德华力；胶体的溶剂化作用稳定性--胶体周围形成水化层，阻碍胶体接近。
3.2.1胶体的凝聚机理压缩双电层作用：加电解质，双电层的厚度变薄，ζ电位降低，胶体稳定性下降发生凝聚。
缺点：不能解释混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；不能解释与带同号电荷的聚合物或高分子也可以很好混凝。
吸附电中和作用：指胶体表面吸附异号离子，异号胶体颗粒或异号电荷的高分子，从而中和了胶体颗粒本身所带的部分电荷，减少了胶体颗粒间的静电斥力，使胶体颗粒易于聚沉。
再稳现象：胶体颗粒带上了相反的电荷。
实际水处理过程中，当混凝剂投加适中时，混凝效果好，但投加过量时效果反而变差，因为发生了再稳现象。
华北理工水质工程学Ⅰ课件15混凝-5混凝剂的配制和投加
计量泵：要求耐腐蚀 4、泵投加：
耐酸泵+转子流量计
（三）混凝剂投加量自动控制
最佳剂量：达到既定水质目标的最小混凝剂 投量。 由试验：人员观察确定最佳剂量。
由于水厂中：水质、水量的变化，影响因素 的复杂。 实验至生产调节一般滞后1～3h
几种自动控制方法介绍： 1、数学模型法：（目前应用不多，研究开发
较多的方法）把所有与混凝效果有关的参数 建立统计数学模型，由计算机控制投药量。 并把所有参数分两类 前馈信号
后馈信号
自动控制方法：（特性参数法） 前馈信号：原水浊度、PH值、水温、
碱度、溶解氧、水量
由前馈信号确定一个投药量，再用后馈 信号调节前馈确定的投药量。
后馈信号：沉淀池后的浊度。 投药量控制用电动调节阀。 特点：水质仪表多，投资大。 一般一个水厂一个模式，不具普遍性。
两种情况透光率不同，用光电池或光敏电阻可 得到不同的电信量。来控制投药量。
这项技术正在研究之中。
（一） 计量设备： 要求：能计量，并能调节 设备：转子流量计或电传转子流量计
转子流量计、苗嘴、计量泵（加药泵） （孔口计量设备）
（二） 投加方式与设备
1、泵前投加：药液加在水泵吸水口管 上或吸水喇叭口处。
2、重力投加：由重力将药液投入水泵 压水管或混合池入口处。
3、水射器投加：利用水射器造成的低 压将药液与水混合后投入到压水管与原 水混合。
但比机械消耗动力大，溶解速度稍慢。
水泵搅拌：（实际也是水力搅拌）用泵 使池中液体循环。
水力搅拌：用水厂二级泵站的高压力水， 冲动药液（适用于中小型厂）
（3）溶解池：矩形、圆桶形等
地下式较多（便于操作）池顶高出地面0.2m
溶解池容积：W1=（0.2～0.3）W2
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由此可画出胶体颗粒的相互作用势能与距离之间 的关系，见图6-2。当胶体距离x<oa或x>oc时，吸引 势能占优势；当oa <x< oc时，排斥势能占优势；当 x=ob时，排斥势能最大，称为排斥能峰。
胶体的布朗运动能量Eb＝1.5kT，当其大于排斥 能峰时，胶体颗粒能发生凝聚。
硫酸亚铁一般与氧化剂如氯气同时使用，以便 将二价铁氧化成三价铁。
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：
B [OH ] 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。
Ⅱ
Ⅰ δ Ⅲ δ
距离
（2）
Ⅰ δ
δ
Ⅱ
δ
距离
Ⅲ 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：
压缩双电层机理适用于叔采－哈代法则，即：凝 聚能力离子价数6。
该机理认为电位最多可降至0。因而不能解释以 下两种现象：①混凝剂投加过多，混凝效果反而 下降；②与胶粒带同样电号的聚合物或高分子也 有良好的混凝效果。
滑动面
负离子 原有正离子 投加的正离子
Φ （-）
滑动面
Φ （-）
滑动面
电位Φ 电位Φ
（1）
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。
表6-1 常用的混凝剂
硫酸铝
铝系
明矾 聚合氯化铝（PAC）
聚合硫酸铝（PAS）
无
机
三氯化铁
硫酸亚铁
铁系
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
国外开始增多，国内尚 少
人工
阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）
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；
胶粒 高分子 胶粒
胶粒 排斥
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。
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。
滑动面
胶 核
の
Ⅱ
ζ
Ⅰ
δd
图 6-1 胶体双电层结构示意
6.1.3 DLVO理论
胶体颗粒之间的相互作用决定于排斥能与吸引能， 分别由静电斥力与范德华引力产生。
排斥势能：ER－1/d2
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
（a)双电层重叠； (b)势能变化曲线
6.1.4 硫酸铝在水中的化学反应
硫酸铝Al2（SO4）·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。产物包括：未水解的水合铝离子、 单核羟基络合物、多核羟基络合物、氢氧化 铝沉淀等。各种产物的比例多少与水解条件 （水温、pH、铝盐投加量）有关，见图6-3
以上称为DLVO理论，只适用于憎水性胶体，由德 加根（derjaguin）、兰道（Landon）(苏联，1938 年独立提出〕，伏维（Verwey）、奥贝克 （Overbeek）（荷兰，1941年独立提出）。
排
斥E
Emax 0a
吸
Ea
引
势
能
EA
r c
r (a)
间距x
图 6-2 相互作用势能与颗粒距离关系
6.2.1 混凝剂 混凝剂应符合以下要求：①混凝效果好；②对
人体无危害；③使用方便；④货源充足，价格低 廉。
目前混凝剂的种类有不少于200－300种，分为 无机与有机两大系列，见表6-1。
与硫酸铝相比，三氯化铁具有以下优点：①适 用的pH值范围较宽；②形成的絮凝体比铝盐絮凝 体密实；③处理低温低浊水的效果优于硫酸铝； ④但三氯化铁腐蚀性较强。
100 1.0
13.32 80
100 1.4
80
1.0
1.3
1.4
A1(Ⅲ)（％） A1(Ⅲ)（％）
60
60
1.2
40
40
20
1,3
20
1.1
13.32
3.4 2.2
2
4
1.1
6
8
PH
10 12
24
6
8
PH
10 12
图 6-3 在不同PH值下，铝离子水解产物[AL（x OH）](y3x-y)+ 的相对含量（曲线旁数字分别表示x和y）
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；
6．2 混凝剂和助凝剂
(1) 铝总浓度为0.1mol/L ； （2）铝总浓度为10-5mol/L,水温25℃
6.1.5 混凝机理
1．电性中和作用机理
电性中和作用机理包括压缩双电层与吸附电 中和 作用机理，见图6-4。
（1）压缩双电层
加入电解质加入，形成与反离子同电荷离子，产 生压缩双电层作用，使ξ电位降低，从而胶体颗粒 失去稳定性，产生凝聚作用。