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1、,第15章 混凝,15.1 混凝机理,混凝：水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集 过程。 这一过程涉及三方面问题： 水中胶体粒子（包括微小悬浮物）的性质 混凝剂在水中的水解物种 胶体粒子与混凝剂之间的相互作用,15.1.1 水中胶体的稳定性,胶体稳定性：胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。 胶体的稳定性分为：动力学稳定性 聚集稳定性 动力学稳定性：颗粒布朗运动对抗重力影响的能力。粒子越小，动力学稳定性越高。 聚集稳定性：胶体粒子之间不能相互聚集的特性。 胶体的稳定性，关键在于聚集稳定性。,憎水胶体的双电层结构,DLVO理论： 当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，便产生静电斥力。 相互接近
2、的两胶粒之间，还存在范德华引力。 斥力和引力均与两胶粒间距x成反比。 两胶粒是否凝聚，取决于总势能E。,亲水胶体的水化作用,对于亲水胶体，水化作用是胶体聚集稳定性的主要原因 亲水胶体也存在双电层结构，但电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的影响 亲水胶体的稳定性尚不能用DLVO理论来解释。,15.1.2 硫酸铝在水中的化学反应,硫酸铝Al3(SO4)3 18H2O是常用的无机盐混凝剂。 硫酸铝溶于水后，立即离解出铝离子，经过水解、聚合或配合反应可形成多种形态的配合物或聚合物以及氢氧化铝，可分为4类： 未水解的水合铝离子； 单核羟基配合物； 多核羟基配合物或聚合物； 氢氧化铝沉淀物；,各种水解产物
3、的相对含量与水的pH值和铝盐投加量有关：,pH8.5)，水解产物将以负离子形态Al(OH)4-出现.,15.1.3 混凝机理,电性中和：压缩双电层 吸附电性中和 吸附架桥 卷扫作用 这三种作用以何为主，取决于混凝剂种类和投加量、水中胶体粒子的性质、含量和水的pH值。,电性中和,根据DLVO理论，要使胶粒通过布朗运动碰撞聚集，必须降低或消除排斥能峰。 降低或消除排斥能峰的办法是降低或消除胶体粒子的电位。 对于水中负电荷胶体，投入的电解质应是正电荷离子或聚合离子 正电荷离子的作用是压缩胶体双电层-为保持胶体电性中和所要求的扩散层的厚度，从而使胶体滑动面上的电位降低，这种脱稳方式称为压缩双电层作用。
4、 =0时为等电状态，此时排斥势能消失。,叔采-哈代法则,对负电荷胶体，为使胶体失去稳定性“脱稳”所需不同价数的正离子浓度之比为： M+:M2+:M3+=1:(1/2)6:(1/3)6 高价电解质压缩胶体双电层的效果远比低价电解质有效。 压缩双电层作用不能解释混凝剂投量过多时胶体重新稳定的现象。,吸附-电性中和作用,吸附架桥,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，高分子在这里起了胶粒与胶粒之间相互结合的桥梁作用，故称为吸附架桥作用。 高分子物质投量过少不足以将胶粒架桥联接起来，投量过多又会产生胶体保护作用,网捕或卷扫,当铝盐或铁盐混凝剂投量很
5、大时形成大量氢氧化物沉淀时，可以网捕卷扫水中胶体，以至产生沉淀分离，称卷扫或网捕作用。,概括以上几种混凝机理，可作如下分析判断：,对铝盐混凝剂而言， 当pH3时，简单水合铝离子Al(H2O)3+可起压缩双电层作用，但在给水处理中，这种情况少见； 在pH4.56.0内，主要是多核羟基配合物对负电荷胶体起电性中和作用； 在pH7-7.5内，中性氢氧化铝聚合物可起吸附架桥作用，同时也存在某些羟基配合物的电性中和作用。,天然水体的pH值一般在6.5-7.8之间，铝盐的混凝作用主要是吸附架桥和电性中和，两者以何为主，决定于铝盐投加量； 当铝盐投加量超过一定限量时，会产生“胶体保护”作用，使脱稳胶体电荷变号或使胶体被包卷而重新稳定（常称“再稳”现象）； 当铝盐投加量再增大、超过氢氧化铝溶解度而产生大量氢氧化铝沉淀物时，则起网捕和卷扫作用。,阳离子型高分子混凝剂可对负电荷胶粒起电性中和与吸附架桥双重作用，絮凝体一般比较密实。 非离子型和阴离子型高分子混凝剂只能起吸附架桥作用。 当高分子混凝剂投量过多时，也产生“胶体保护”作用使颗粒重新悬浮。,