建筑工程给排水水处理-凝聚和絮凝
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压缩双电层作用 吸附-电中和作用 吸附-架桥作用 网捕-卷扫作用
（1）压缩双电层作用
加入电解质，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。
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。
混凝过程涉及到三个方面的问题 水中胶体的性质 混凝剂在水中的水解与形态 胶体与混凝剂的相互作用
3.1 胶体的稳定性
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）
两者之中,聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。
二.胶体的双电层结构
粒的碰撞示意见图3-6。
△ Δ
Δ
图 3-6 层流条件下颗粒碰撞示意
Δ
Δ τ Δ x·Δ y Δ
Δx
Δ
△θ 扭 转 方 向
图 3-7 速度梯度计算图示
1.层流理论 层流条件下颗粒的碰撞示意见图6-7。
颗粒的碰撞速率按下式计算：
N0
4 3
n2d
3G
(3-2)
在被搅动的水流中，考虑一个瞬间受煎而扭转的隔离体， 见图3-7。设在时间 t内，隔离体扭转了角度，于是角
同向絮凝（orthokinetic flocculation） 由外力（水力或机械力）推动所引起的胶
体颗粒碰撞聚集。
四.影响混凝效果的主要因素
(1) 水温的影响 (2) 水的pH值的影响 (3) 水的碱度的影响 (4) 水中浊质颗粒浓度的影响 (5) 水中有机污染物的影响 (6) 混凝剂种类与投加量的影响 (7) 混凝剂投加方式的影响 (8) 水力条件的影响
第3章 凝聚和絮凝
建筑工程学院给排水教研室
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。
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）
Ⅱ
Ⅰ δ Ⅲ δ
距离
（2）
距离
图 36--34 压缩双电层和吸附-电中和作用
Ⅰ δ
δ
Ⅱ
δ
距离
Ⅲ
（3）
（2）吸附－电中和作用
（3）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3-4。 高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个
国外开始增多，国 内尚少
人工 阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）
有
合成 非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧
机
化乙烯（PEO）
两性型：
使用极少
天然
淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 微生物絮凝剂
发展方向
无机复合聚合物混凝剂 无机－有机复合 有机高分子絮凝剂
二.助凝剂 凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂可
2.缩聚反应
－OH－发生架桥,产生高价聚合离子(多核羟基配合物) …….. 其结果是：电荷升高，聚合度增大 同时多核羟基配合物还会继续水解。
因此,产物包括：未水解的水合铝离子 单核羟基配合物 多核羟基配合物 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。
二.胶体的凝聚机理 目前比较公认的凝聚机理有四个方面：
胶体的凝聚： 降低静电斥力—电位― ―势垒—脱稳—凝聚 办法：加入电解质，但只
适用于憎水性胶体
3.2 混凝机理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一.铝盐在水中的化学反应 铝盐最有代表性的是硫酸铝Al2(SO4)318H2O,溶
于水后,立即离解铝离子,通常是以[Al(H2O)6]3+存在. 在水中,会发生下列过程。 1.水解过程 配位水分子发生水解： [Al(H2O)6]3+――[Al(OH)(H2O)5]2++ H+ ……. 其结果是：价数降低，pH降低，最终产生――Al (OH)3沉淀
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
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
Ⅱ
ζ
Ⅰ
δd
图 3-1 胶体双电层结构示意
三.DLVO理论
排
斥
势
Er
能
ER
E
Emax 0a
r c
吸
Ea
引
势
能
EA
r (a)
间距x
图 63--22 相互作用势能与颗粒距离关系
（a)双电层重叠； (b)势能变化曲线
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。
3.4 混凝动力学
一.异向絮凝动力学
由布朗运动造成的碰撞，主要发生在凝聚阶段。
颗粒的碰撞速率 Np＝8/(3) KTn2
(3-1)
n：颗粒数量浓度
：运动粘度
凝聚速度决定于颗粒碰撞速率。Np只与颗粒
数量有关，而与颗粒粒径无关。
当颗粒的粒径大于1m，布朗运动消失。
二.同向絮凝动力学 由水力或机械搅拌产生。 其理论仍在发展之中。 最初的理论基于层流的假定。层流条件下颗
称为助凝剂。 助凝剂可以参加混凝，也可不参加混凝。 广义上可分为以下几类：
①酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等； ②加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸（SiO2
nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂； ③氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。
可投加Cl2、O3等。
三.混凝剂选用原则
①混凝效果好 ②无毒害作用 ③货源充足 ④成本低 ⑤新型药剂的卫生许可 ⑥借鉴已有经验
（1）压缩双电层作用
加入电解质，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。
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。
混凝过程涉及到三个方面的问题 水中胶体的性质 混凝剂在水中的水解与形态 胶体与混凝剂的相互作用
3.1 胶体的稳定性
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）
两者之中,聚集稳定性对胶体稳定性的影响起关键作用。
二.胶体的双电层结构
粒的碰撞示意见图3-6。
△ Δ
Δ
图 3-6 层流条件下颗粒碰撞示意
Δ
Δ τ Δ x·Δ y Δ
Δx
Δ
△θ 扭 转 方 向
图 3-7 速度梯度计算图示
1.层流理论 层流条件下颗粒的碰撞示意见图6-7。
颗粒的碰撞速率按下式计算：
N0
4 3
n2d
3G
(3-2)
在被搅动的水流中，考虑一个瞬间受煎而扭转的隔离体， 见图3-7。设在时间 t内，隔离体扭转了角度，于是角
同向絮凝（orthokinetic flocculation） 由外力（水力或机械力）推动所引起的胶
体颗粒碰撞聚集。
四.影响混凝效果的主要因素
(1) 水温的影响 (2) 水的pH值的影响 (3) 水的碱度的影响 (4) 水中浊质颗粒浓度的影响 (5) 水中有机污染物的影响 (6) 混凝剂种类与投加量的影响 (7) 混凝剂投加方式的影响 (8) 水力条件的影响
第3章 凝聚和絮凝
建筑工程学院给排水教研室
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。
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）
Ⅱ
Ⅰ δ Ⅲ δ
距离
（2）
距离
图 36--34 压缩双电层和吸附-电中和作用
Ⅰ δ
δ
Ⅱ
δ
距离
Ⅲ
（3）
（2）吸附－电中和作用
（3）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3-4。 高分子絮凝剂投加后，通常可能出现以下两个
国外开始增多，国 内尚少
人工 阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）
有
合成 非离子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧
机
化乙烯（PEO）
两性型：
使用极少
天然
淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 微生物絮凝剂
发展方向
无机复合聚合物混凝剂 无机－有机复合 有机高分子絮凝剂
二.助凝剂 凡能提高或改善混凝剂作用效果的化学药剂可
2.缩聚反应
－OH－发生架桥,产生高价聚合离子(多核羟基配合物) …….. 其结果是：电荷升高，聚合度增大 同时多核羟基配合物还会继续水解。
因此,产物包括：未水解的水合铝离子 单核羟基配合物 多核羟基配合物 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。
二.胶体的凝聚机理 目前比较公认的凝聚机理有四个方面：
胶体的凝聚： 降低静电斥力—电位― ―势垒—脱稳—凝聚 办法：加入电解质，但只
适用于憎水性胶体
3.2 混凝机理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一.铝盐在水中的化学反应 铝盐最有代表性的是硫酸铝Al2(SO4)318H2O,溶
于水后,立即离解铝离子,通常是以[Al(H2O)6]3+存在. 在水中,会发生下列过程。 1.水解过程 配位水分子发生水解： [Al(H2O)6]3+――[Al(OH)(H2O)5]2++ H+ ……. 其结果是：价数降低，pH降低，最终产生――Al (OH)3沉淀
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
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
Ⅱ
ζ
Ⅰ
δd
图 3-1 胶体双电层结构示意
三.DLVO理论
排
斥
势
Er
能
ER
E
Emax 0a
r c
吸
Ea
引
势
能
EA
r (a)
间距x
图 63--22 相互作用势能与颗粒距离关系
（a)双电层重叠； (b)势能变化曲线
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。
3.4 混凝动力学
一.异向絮凝动力学
由布朗运动造成的碰撞，主要发生在凝聚阶段。
颗粒的碰撞速率 Np＝8/(3) KTn2
(3-1)
n：颗粒数量浓度
：运动粘度
凝聚速度决定于颗粒碰撞速率。Np只与颗粒
数量有关，而与颗粒粒径无关。
当颗粒的粒径大于1m，布朗运动消失。
二.同向絮凝动力学 由水力或机械搅拌产生。 其理论仍在发展之中。 最初的理论基于层流的假定。层流条件下颗
称为助凝剂。 助凝剂可以参加混凝，也可不参加混凝。 广义上可分为以下几类：
①酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等； ②加大矾花的粒度和结实性：如活化硅酸（SiO2
nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂； ③氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。
可投加Cl2、O3等。
三.混凝剂选用原则
①混凝效果好 ②无毒害作用 ③货源充足 ④成本低 ⑤新型药剂的卫生许可 ⑥借鉴已有经验