混凝搅拌实验
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极性集团：－OH，－COOH，－NH2
---精品---
吸附层
扩散层
二、胶体双电层结构
电位形成离子 异号电荷 动电位
粘土=-15~-40mV 细菌=-30~-70mV
---精品---
三、DLVO理论
静电斥力：ER－1/x2
ER
范德华引力：EA－1/x6 （有些认为是1/x2或1/x3）
E
Emax（势垒）
凝聚能力离子价数6
该理论不能解释：
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混凝
效果好。
---精品---
2.吸附-电性中和作用机理
异号聚合离子 范德华力、氢键 + + 高分子 及共价键力
＋
＋
＋
＋
＋ ＋
胶粒
＋ ＋ ＋
---精品---
3．吸附架桥机理（链状高分子聚合物）
---精品---
一、混凝剂(Coagulant) 无机混凝剂
使小胶体变大 （絮凝）
“胶体保护” 再稳现 象
4.网捕或卷扫机理
金属氢氧化物沉淀物在形成过程 中对胶粒的网捕。 小胶粒与大矾花发生接触凝聚
―――澄清池中发生的现象
在实际水处理过程中，往往是四种机理综合作用。 目前仅限于定性描述，有关---精定品--量- 研究近年也已开始。
铝盐可能的混凝机理
pH<3 pH=4－5 pH=6.5-7.5
第二章 混凝搅拌 实验
(Coagulation and Flocculation)
---精品---
第1节 混凝的去除对象 第2节 胶体的性质 第3节 水的混凝机理与过程 第4节 混凝剂与助凝剂 第5节 混凝动力学 第6节 混凝影响因素 第7节 混凝设备 第8节 混凝的应用
---精品---
第1节 混凝的去除对象
[Al(H2O)6]3+[Al(OH)(H2O)5]2++ H+ …价数，pH ，最终产生Al(OH)3沉淀。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
---精品---
水解需要的碱度： H+ + OH- H2O H+ + HCO3- CO2+ H2O
水中碱度不足时，投加石灰。
CaO + H2O Ca(OH)2 石灰投加量：
[CaO]=3[a]-[x]+[] [CaO]：纯石灰投加量, mmol/L [a]：混凝剂投量，mmol/L； [x]：原水碱度, mmol/L []：保证反应顺利进行的剩余碱度，
以地面水为水源的给水处理工艺： 原水 混凝 沉淀 过滤 消毒 饮用水
废水深度处理：
二级生物 处理出水
混凝沉淀
---精品---
过滤
1637年 我国开始使用明矾净水 1884年 西方才开始使用
混凝过程：
1.胶体性质 3.胶体与混凝 剂的相互作用
2.混凝剂在水中 溶解与形态
---精品---
第2节 胶体的性质
特点：剧烈搅拌，使混凝剂快速分散 在混合设备中完成
---精品---
2. 絮凝（flocculation） 高聚合物的吸附架桥 脱稳胶粒 生长成大矾花(Floc)
（可以通过沉淀去除）d=0.6-1.2mm
特点：需要一定时间使矾花长大，搅拌从强弱 在絮凝设备中完成
---精品---
第4节 混凝剂和助凝剂
一般取0.25-0---.精5品m--- mol/L
缩聚反应 ： 两个相邻－OH－发生架桥，产生高价聚合离子
2[Al(OH)(H2O)5]2+
[(H2O)4Al
OH OH
Al(H2O)4]4++ 2H2O
…电荷升高，聚合度增大
---精品---
H2O
H2O
H2O
OH
H2O
H2O
OH
Al
Al H2O
布朗运动能量 Eb＝1.5kT<Emax
EA
x>oa 稳定
x>oc 二次凝聚
x<oa ---精品--- 一次凝聚
苏联（1938年）：德加根（Derjaguin） 兰道（Landon）
荷兰（1941年）：伏维（Verwey） 奥贝克（Overbeek）
DLVO理论
只适用于憎水性胶体
---精品---
胶体的凝聚：
---精品---
---精品---
•混凝去除对象：胶体及部分细小的悬浮物 •尺寸范围：1nm~0.1m（有时认为在1m） •水处理中主要杂质：粘土（50nm-4 m）
细菌（0.2m-80m） 病毒 (10nm-300nm) 蛋白质（1nm-50nm） 腐殖酸
---精品---
混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚 生长成大矾花,以便在后续沉淀工艺中去除。
---精品---
一、胶体的稳定性 ➢动力学稳定性：布朗运动对抗重力 ➢聚集稳定性：
胶体带电相斥（憎水性胶体） 水化膜的阻碍（亲水性胶体）
1 微米的颗粒沉淀10 厘米需要20小时。
---精品---
憎水胶体 ：吸附层中离子直接与胶核接 触，水分子不直接接触胶核的胶体。 亲水胶体 ：胶体微粒直接吸附水分子。
在水与废水中 体系复杂
（大小、成份）
胶体化学 单一体系
---精品---
---精品---
1．压缩双电层理论
根据DLVO理论
电解质（混凝剂）加入 与反离子同电荷离子 压缩双电层 电位 稳定性 凝聚
---精品---
理论上电位＝0，等电状态效果最好
实际只需电位 k Emax 0
临界电位
•很好地解释港湾处的沉积现象。 •叔采－哈代（Schulze-Hardy）法则:
降低静 电位 势垒 脱 凝
电斥力
稳聚
加入电解质 只适用于憎水性胶体
---精品---
第3节 水的混凝机理与过程
---精品---
一、硫酸铝在水中的化学反应
硫酸铝：使用历史最久的混凝剂，作用机理具 有代表性。
硫酸铝 Al2(SO4)318H2O
[Al(H2O)6]3+
6个配位水分 子(八面体)
水解过程 （配位水分子）：
简单水合铝离子压缩双电层 多核羟基络合物吸附电中和 多核羟基络合物吸附电中和 氢氧化铝起吸附架桥、网捕
天然水体一般pH=6.5-7.8
---精品---
三、混凝过程 1. 凝聚（coagulation）
带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或 吸附电中和
胶体电位――胶体脱稳――脱稳胶体凝聚 ――生长成d=10m的小矾花（Floc）
H2O
H2O
---精品---
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
各种产物的比例多少与水解条件（水温、 pH、铝盐投加量）有关。
---精品---
二、水的混凝机理
凝聚（Coagulation）：胶体脱稳、凝聚 絮凝（Flocculation）：脱稳胶体变大 混凝：包括两者
---精品---
吸附层
扩散层
二、胶体双电层结构
电位形成离子 异号电荷 动电位
粘土=-15~-40mV 细菌=-30~-70mV
---精品---
三、DLVO理论
静电斥力：ER－1/x2
ER
范德华引力：EA－1/x6 （有些认为是1/x2或1/x3）
E
Emax（势垒）
凝聚能力离子价数6
该理论不能解释：
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混凝
效果好。
---精品---
2.吸附-电性中和作用机理
异号聚合离子 范德华力、氢键 + + 高分子 及共价键力
＋
＋
＋
＋
＋ ＋
胶粒
＋ ＋ ＋
---精品---
3．吸附架桥机理（链状高分子聚合物）
---精品---
一、混凝剂(Coagulant) 无机混凝剂
使小胶体变大 （絮凝）
“胶体保护” 再稳现 象
4.网捕或卷扫机理
金属氢氧化物沉淀物在形成过程 中对胶粒的网捕。 小胶粒与大矾花发生接触凝聚
―――澄清池中发生的现象
在实际水处理过程中，往往是四种机理综合作用。 目前仅限于定性描述，有关---精定品--量- 研究近年也已开始。
铝盐可能的混凝机理
pH<3 pH=4－5 pH=6.5-7.5
第二章 混凝搅拌 实验
(Coagulation and Flocculation)
---精品---
第1节 混凝的去除对象 第2节 胶体的性质 第3节 水的混凝机理与过程 第4节 混凝剂与助凝剂 第5节 混凝动力学 第6节 混凝影响因素 第7节 混凝设备 第8节 混凝的应用
---精品---
第1节 混凝的去除对象
[Al(H2O)6]3+[Al(OH)(H2O)5]2++ H+ …价数，pH ，最终产生Al(OH)3沉淀。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
---精品---
水解需要的碱度： H+ + OH- H2O H+ + HCO3- CO2+ H2O
水中碱度不足时，投加石灰。
CaO + H2O Ca(OH)2 石灰投加量：
[CaO]=3[a]-[x]+[] [CaO]：纯石灰投加量, mmol/L [a]：混凝剂投量，mmol/L； [x]：原水碱度, mmol/L []：保证反应顺利进行的剩余碱度，
以地面水为水源的给水处理工艺： 原水 混凝 沉淀 过滤 消毒 饮用水
废水深度处理：
二级生物 处理出水
混凝沉淀
---精品---
过滤
1637年 我国开始使用明矾净水 1884年 西方才开始使用
混凝过程：
1.胶体性质 3.胶体与混凝 剂的相互作用
2.混凝剂在水中 溶解与形态
---精品---
第2节 胶体的性质
特点：剧烈搅拌，使混凝剂快速分散 在混合设备中完成
---精品---
2. 絮凝（flocculation） 高聚合物的吸附架桥 脱稳胶粒 生长成大矾花(Floc)
（可以通过沉淀去除）d=0.6-1.2mm
特点：需要一定时间使矾花长大，搅拌从强弱 在絮凝设备中完成
---精品---
第4节 混凝剂和助凝剂
一般取0.25-0---.精5品m--- mol/L
缩聚反应 ： 两个相邻－OH－发生架桥，产生高价聚合离子
2[Al(OH)(H2O)5]2+
[(H2O)4Al
OH OH
Al(H2O)4]4++ 2H2O
…电荷升高，聚合度增大
---精品---
H2O
H2O
H2O
OH
H2O
H2O
OH
Al
Al H2O
布朗运动能量 Eb＝1.5kT<Emax
EA
x>oa 稳定
x>oc 二次凝聚
x<oa ---精品--- 一次凝聚
苏联（1938年）：德加根（Derjaguin） 兰道（Landon）
荷兰（1941年）：伏维（Verwey） 奥贝克（Overbeek）
DLVO理论
只适用于憎水性胶体
---精品---
胶体的凝聚：
---精品---
---精品---
•混凝去除对象：胶体及部分细小的悬浮物 •尺寸范围：1nm~0.1m（有时认为在1m） •水处理中主要杂质：粘土（50nm-4 m）
细菌（0.2m-80m） 病毒 (10nm-300nm) 蛋白质（1nm-50nm） 腐殖酸
---精品---
混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚 生长成大矾花,以便在后续沉淀工艺中去除。
---精品---
一、胶体的稳定性 ➢动力学稳定性：布朗运动对抗重力 ➢聚集稳定性：
胶体带电相斥（憎水性胶体） 水化膜的阻碍（亲水性胶体）
1 微米的颗粒沉淀10 厘米需要20小时。
---精品---
憎水胶体 ：吸附层中离子直接与胶核接 触，水分子不直接接触胶核的胶体。 亲水胶体 ：胶体微粒直接吸附水分子。
在水与废水中 体系复杂
（大小、成份）
胶体化学 单一体系
---精品---
---精品---
1．压缩双电层理论
根据DLVO理论
电解质（混凝剂）加入 与反离子同电荷离子 压缩双电层 电位 稳定性 凝聚
---精品---
理论上电位＝0，等电状态效果最好
实际只需电位 k Emax 0
临界电位
•很好地解释港湾处的沉积现象。 •叔采－哈代（Schulze-Hardy）法则:
降低静 电位 势垒 脱 凝
电斥力
稳聚
加入电解质 只适用于憎水性胶体
---精品---
第3节 水的混凝机理与过程
---精品---
一、硫酸铝在水中的化学反应
硫酸铝：使用历史最久的混凝剂，作用机理具 有代表性。
硫酸铝 Al2(SO4)318H2O
[Al(H2O)6]3+
6个配位水分 子(八面体)
水解过程 （配位水分子）：
简单水合铝离子压缩双电层 多核羟基络合物吸附电中和 多核羟基络合物吸附电中和 氢氧化铝起吸附架桥、网捕
天然水体一般pH=6.5-7.8
---精品---
三、混凝过程 1. 凝聚（coagulation）
带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或 吸附电中和
胶体电位――胶体脱稳――脱稳胶体凝聚 ――生长成d=10m的小矾花（Floc）
H2O
H2O
---精品---
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
各种产物的比例多少与水解条件（水温、 pH、铝盐投加量）有关。
---精品---
二、水的混凝机理
凝聚（Coagulation）：胶体脱稳、凝聚 絮凝（Flocculation）：脱稳胶体变大 混凝：包括两者