第三章 混凝沉淀和澄清之一

第3章混凝、沉淀和澄清

第一节混凝机理

水中悬浮杂质大都可以通过自然沉淀的方法去除，而胶体及微小悬浮物，沉速缓慢，须经混凝沉淀方可去除。

混凝：水中胶体及微小悬浮物的聚集过程。包括凝聚和絮凝。

凝聚：水中胶体失去稳定性的过程。

絮凝：脱稳胶体相互聚结成大颗粒絮体的过程。这两过程很难分开。

混凝用途：生活饮用水处理、工业废水处理、城市污水三级处理、污泥处理等。

1、胶体的稳定性

指胶体colloid粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。原因：

（一）动力学稳定性（沉降稳定性）－布朗运动使胶体处于稳定状态不下沉。

布朗运动对抗重力的影响大。

（二）聚集（凝聚）稳定性

指由于静电斥力（同性电荷）和水化膜作用不能接近相互聚集变

大。

1．胶团的基本形态

胶核（胶体分子聚合而成的胶体微粒），表面吸附了某种离子（电位形成离子）而带电，由于静电引力，势必吸引溶液中异号离子到微粒周围（反离子），这些反离子同时受到静电引力和热运动扩散力。

吸附层Stern layer（随胶核一起运动）―― 靠近胶核表面处，异号离子浓度大，结合紧密

扩散层Diffuse layer（大部分运动时被甩掉，甩掉后剩下的面，叫滑动面）―― 离胶核远，反离子浓度小，结合松散。

结构式：

胶核＋吸附层＋扩散层

胶粒

胶团

2．ψ电位Potential：胶核表面上的离子和反离子之间形成的总电位

ξ电位：胶体滑动面上的电位，称作动电位

带负（正）电荷charge的胶核表面与扩散于溶液中的正（负）电荷离子正好电性中和，构成双电层结构The electrical double layer。

ξ越大，扩散层越厚，胶体颗粒斥力大，稳定性强。

3．颗粒间相互作用力有

（1）静电斥力the force of repulsion－排斥势能

（2）范德华力van der Waals force of attraction－吸引势能

4.水化膜作用

2、混凝机理

1．压缩双电层

2．吸附－电中和Adsorption-charge neutralization

3．吸附架桥Polymer bridge formation

4．沉淀物网捕或卷扫

3、铝盐和铁盐的混凝特性

（一）铝盐和铁盐的水解过程

1. 铝盐的水解过程

Al2(SO4)318H2O溶于水中，立即离解出铝离子，且常以

[Al(H2O)6]3+水会形态存在。Al3+（略去配位水分子）经过水解、聚合或配合反应可形成多种物质。

Al3+→Al(OH)3 中间产物受PH、水温、投加量等限制。

2. 铁盐的水解过程

（二）铝盐和铁盐的混凝特性

PH＜3 铝以[Al(H2O)6]3+形态为主（主要是压缩双电层）

PH＝4.5~6.0 多核羟基配合物为主（吸附电中和）

PH＝7.0~7.5 中性氢氧化铝聚合物[Al(OH)3]n为主（吸附架桥）

PH＞8.5 络合阴离子[Al(OH)4]-

铝盐投加量超过一定限度，会出现胶体保护（脱稳颗粒变号、被包卷），重新稳定。

继续增大，超过Al(OH)3溶解度而产生大量沉淀物，起网捕作用。

第2节混凝剂、助凝剂和影响混凝的因素

一、混凝剂和助凝剂

混凝前提是投药，按药剂作用分：

混凝剂：起主要作用

助凝剂：本身可起也可不起凝聚作用，与混凝剂一起能促进水的混凝，改善絮凝体条件。如污染水，胶体表面有一层有机保护膜（表面性能变化），可加氧化剂破坏保护膜，帮助混凝。

（一）混凝剂

1．硫酸铝

室温溶解度50％，水温过低，硫酸铝水解困难，絮凝体松散。

不宜低温低浊水。

2．氯化铁

腐蚀性强，在溶解过程中会释放大量热量，产生热腐蚀。絮凝速度快，絮凝体密实，沉淀性能好。

对低温低浊水比铝盐好，除色效果不好。

3．硫酸亚铁

绿色，易溶。只能离解出Fe2+生成简单的单核络合物，效果比

Fe3+差。

不能除色，Fe2+与腐植酸反应生成颜色更深的物质，色度更难去除。

4．PAC

用铝灰，酸溶、碱溶法制成，多核配合物。

混凝效果好。

5．PAM

非离子型聚合物。

适用：废水处理，给水高浊、低浊水效果好、价格高。

（二）助凝剂

1．调节或改善混凝条件

包括碱和氧化剂

2．改善絮体结构－增加重量

二、影响混凝效果的主要影响因素

（一）水温

低温水絮凝体形成慢、细小松散，原因：

1．无机盐水解是吸热反应，水解困难。

2．水温下降，水的粘度大，布朗运动强度减弱，碰撞机会减少，不利于胶体凝聚。

同时，水流剪力增大，影响絮凝体成长。

3．水温下降，胶体水化作用增强，妨碍胶体凝聚。

常用方法：增加混凝剂投量；

投加高分子助凝剂。

（二）水的pH值和碱度

1．水的pH值影响无机盐类混凝剂水解产物的形态，混凝机理不同，对混凝影响较大。

2．每一种混凝剂都有各自的pH值最优范围。

3．碱度能保持水解反应顺利进行。对pH值起缓冲作用。

（三）水中悬浮物浓度

1．浓度低

颗粒碰撞几率减小，混凝效果差。为提高混凝效果，常用措施：（1）投加铝（铁）盐同时，投加高分子助凝剂，通过吸附架桥作用，使絮体尺寸密度增大。

（2）投加矿物颗粒