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第4章 混凝 混凝机理 混凝剂和助凝剂 混凝动力学 影响混凝效果的主要因素 混凝剂的配制和投加 混合和絮凝设备 几个基本概念 第一节 混凝机理 一、水中胶体稳定性 1、胶体的结构 天然水体中粘土胶团示意图 二、混凝机理 1、压缩双电层 加入电解质，形成与反离子同电荷的离子，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。 港湾处的沉积现象：淡水进入海水时，其中的盐的含量增加，离子浓度增高，淡水挟带的胶体颗粒的稳定性降低。所以在海湾处，粘土和其他胶体颗粒容易沉淀，最终形成三角洲。 2、吸附－电性中和 压缩双电层理论认为?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。 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，减少了静电斥力，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。（吸附力包括：静电力、范德华力、氢键等） 3、吸附桥架 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联的过程。 当高分子链的一端吸附了某一胶粒后，另一端又吸附另一胶粒，形成“胶粒—高分子—胶粒”的絮凝体。 在废水处理中，对高分子絮凝剂投加量及搅拌时间和强度都应严格控制，如投加量过大时，一开始微粒就被若干高分子链包围，而无空白部位去吸附其他的高分于链，结果造成胶粒表面饱和产生再稳现象（胶体保护）。 已经架桥絮凝的胶粒，如受到剧烈的良时间的搅拌，架桥聚合物可能从另一胶粒表面脱开，重又卷回原所在胶粒表面，造成再稳定状态。 4、网捕或卷扫 当铝盐或铁盐混凝剂投量很大而形成大量氢氧化物沉淀时，当采用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作凝聚剂时，若投加量大，形成的金属氢氧化物(A1(OH)3，Fe(OH)3)或金属碳酸盐(如CaCO3)可以网捕、卷扫水中胶粒以致产生沉淀分离。 水中胶粒本身可作为这些沉淀所形成的核心时，凝聚剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比，即胶粒越多，金属凝聚剂投加量越少。 三、硫酸铝的混凝机理 pH3, 以[Al(H2O)6]3+存在；简单的水合铝离子起压缩双电层作用。 只有pH3时, 才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。 pH=4-5，硫酸铝水解生成多核羟基络合物，起吸附电性中和、吸附架桥作用， pH=6.5-7.5 ，氢氧化铝起吸附架桥、沉淀网捕作用。 压缩双电层机理、吸附电中和机理、吸附架桥机理和沉淀物网捕机理在水处理中通常不是孤立存在的，往往同时发挥作用的，只是在一定情况下，可能以某种机理为主而已。 混凝的机理尚在发展，有待通过进一步的实验以取得更完整的解释。 第二节 混凝剂和助凝剂 一、混凝剂 1、混凝剂的要求 混凝效果好； 对人体健康无害； 使用方便； 贷源充足，价格低廉。 2、混凝剂分类 有无水物、结晶水物和液体等种类。其中常用的是三氯化铁(FeCl3·6H2O)，黑褐色结晶体，有强烈吸水性，极易溶于水，其溶解度随温度上升而增加。 优点：形成的矾花沉淀性好；处理低温水或低浊水效果好；适宜的pH值范围较宽。 缺点：处理后的水有一定色度；三氯化铁液体、晶体物或受潮的无水物腐蚀性极大，调制相加药设备必须考虑用耐腐蚀材料。 （2）硫酸亚铁 硫酸亚铁FeSO4·7H2O是半透明绿色晶体，易溶于水，在水温20℃时溶解度为21％。 硫酸亚铁离解出的Fe2＋只能生成最简单的单核络合物，因此，不如三价铁盐那样有良好的混凝效果。 残留在水中的Fe2＋会使处理后的水带色， Fe2＋与水中的某些有色物质作用后，会生成颜色更深的溶解物。因此，使用硫酸亚铁时应将二价铁先氧化为三价铁，然后再起混凝作用。 （3）硫酸铝 硫酸铝是世界上水和废水处理中使用最多的混凝剂，常用的硫酸铝含18个结晶水。 其产品有精制和粗制两种。精制硫酸铝是白色结品体。粗制硫酸铝的A12O3含量不少于14.5％－16.5％，不溶杂质含量不大干24％－30％，价格较低，但质量不稳定。因含不溶杂质较多，增加了药液配制和排除废渣等方面的困难。 硫酸铝易溶干水，水溶液呈酸性，室温时溶解度大致是50％，pH值在2.5以下。沸水中溶解度提高至90％以上。 优点：硫酸铝使用便利，可分干式或湿式投加。湿式投加时一般采用10％－20％的浓度(按商品固体重量计算)；混凝效果较好，不会给处理后的水质带来不良影响。 缺点：①当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散；②硫酸铝使用时水的有效pH值范围较窄，跟原水硬度有关，对于软水，pH值在5.7－6.6，中等硬度的水为6.6—7.2，硬度较高的水