水污染控制工程：第十六章1 污水的化学处理1课件

第十六章1污水的化学处理

污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除水中的杂质。它的处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生物降解的)溶解物质或胶体物质。常用的化学处理法有混凝法、中和法、化学沉淀法和氧化还原法。第一节混凝法一、混凝原理化学混凝所处理的对象，主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。1．胶体的稳定性第十六章1污水的化学处理1

胶体微粒都带有电荷。天然水中的粘土类胶体微粒以及污水中的胶态蛋白质和淀粉微粒等都带有负电荷，它的中心称为胶核。其表面选择性地吸附了一层带有同号电荷的离子，这层离子称为胶体微粒的电位离子，它决定了胶粒电荷的大小和符号。由于电位离子的静电引力，在其周围又吸附了大量的异号离子，形成了所谓“双电层”。这些异号离子，其中紧靠电位离子的部分被牢固地吸引着，当胶核运行时，它也随着一起运动，形成固定的离子层。而其他的异号离子，离电位离子较远，受到的引力较弱，不随胶核一起运动，并有向水中扩散的趋势，形成了扩散层。固定的离子层与扩散层之间的交界面称为滑动面。滑动面以内的部分称为胶粒，胶粒与扩散层之间，有一个电位差。此电位称为胶体的电动电位，常称为ζ电位。而胶核表面的电位离子与溶液之间的电位差称为总电位或φ电位。一般粘土动电位＝-15~-40mV

细菌动电位＝-30~-70mV胶体微粒都带有电荷。天然水中的粘土类胶体微粒以及污水2氢氧化铁胶体的结构氢氧化铁胶体的结构3

胶粒在水中受几方面的影响：①由于上述的胶粒带电现象，带相同电荷的胶粒产生静电斥力，而且(电位愈高，胶粒间的静电斥力愈大；②受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即“布朗运动；”③胶粒之间还存在着相互引力——范德华引力。范德华引力的大小与胶粒间距的2次方成反比，当间距较大时，此引力略去不计。使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。由于胶粒带电，将极性水分子吸引到它的周围形成一层水化膜。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。

2．混凝原理化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pH值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。但归结起来，可以认为主要是四方面的作用：胶粒在水中受几方面的影响：①由于上述的胶粒带电现象，4

1、压缩双电层

加入电解质对胶体进行脱稳电解质加入→与反离子同电荷离子→由于异号离子相吸作用和扩散作用而挤入扩散层、吸附层→胶粒带电荷数减小→压缩双电层→电位→稳定性→凝聚·当两个胶粒相互接近时，由于电位降低，它们互相排斥的力就减小了，即：溶液中离子浓度高的胶粒间斥力比离子浓度低的要小。·由于扩散层变薄，它们相撞时距离减小，导致相互间吸力增大，合力变为以吸力为主，胶粒得以迅速凝聚。

·当两个胶粒相互接近时，由于电位降低，它们互相排斥的5局限性-不能解释以下现象：

·混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；

·与胶粒带同样电荷的聚合物或高分子也会有很好的混凝效果。该机理可以较好地解释港湾处的沉积现象：因淡水进入海水时，盐类增加，离子浓度增高，淡水携带胶粒的稳定性降低，所以在港湾处粘土和其它胶体颗粒易沉积。局限性-不能解释以下现象：该机理可以较好地解释港湾处的沉积现62、吸附电中和

指胶粒表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，中和了部分电荷，因而降低了电位，减小了静电斥力，使胶粒脱稳。吸附+静电作用。例：用Na+和有机胺离子RNH3+去除带负电的碘化银溶液造成的浊度。发现有机胺离子脱稳的能力比Na+大得多，Na+

投加过量不会造成胶粒再稳，而有机胺则不然，超过一定投量时能使胶粒再稳。说明胶粒吸附了过多的反离子，使原来带的负电荷转变成带正电荷。铝盐、铁盐投加量高时也发生再稳现象及电荷变号现象2、吸附电中和例：用Na+和有机胺离子RNH3+去除带负电73、吸附架桥

指高分子物质和胶粒、以及胶粒与胶粒之间的吸附与桥连作用。现象：·高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；·但投加过多，会出现“胶体保护”现象。·已经架桥凝聚的胶粒，如受剧烈的长时间的搅拌，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。

聚合物在胶粒表面的吸附力：范德华引力、静电引力、氢键、配位键等可以解释非离子型或带同电号的离子型高分子絮凝剂有较好的混凝效果的现象3、吸附架桥现象：聚合物在胶粒表面的吸附力：可以解释非离子84、沉淀网捕或卷扫

当金属盐（铝盐、铁盐）或金属氧化物和氢氧化物（如石灰）做混凝剂时，当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物或金属碳酸盐时，水中的胶粒可被这些沉淀物在形成时所网捕。小胶粒与大矾花发生接触凝聚

―――澄清池中发生的现象水中胶粒本身可作为金属氢氧化物沉淀物形成的核心，因而混凝剂投加量与被去除物质的浓度成反比，即胶粒越多，混凝剂投加量越少。4、沉淀网捕或卷扫小胶粒与大矾花发生接触凝聚水中胶粒本身可9三、混凝剂和助凝剂

1、混凝剂的种类三、混凝剂和助凝剂10(1)无机盐类混凝剂目前应用最广的是铝盐和铁盐。铝盐中主要有硫酸铝、明矾等。明矾是硫酸铝和硫酸钾的复盐K2S04·24H20·AL203含量约10.6％。铁盐中主要有三氯化铁、硫酸亚铁和硫酸铁等更深的溶解物。（1）硫酸铝

·Al2(SO4)3nH2O,n=6,10,14,16,18,27

·大多使用块状或粒状

·投加方式：干式或湿式，湿式：10-20%（重量）

·使用水温：20-40℃

·适宜pH范围：5.5～8，且随原水的硬度而异

·软水：5.5-6.6

·中等硬度:6.6-7.2

·硬度高时:7.2-8特点：·使用便利，混凝效果好；

·但可导致老年痴呆症，投加量大时会出现浑浊现象(1)无机盐类混凝剂（1）硫酸铝11（2）聚合氯化铝·[Al2(OH)nCl6-n]mn=1-5,m≤10,整数·混凝效果与水解度B*的关系较大

B*为2.5时，Al13可达80%以上Al13Keggin结构（2）聚合氯化铝·[Al2(OH)nCl6-n]m12·

对污染严重或低浊度、高浊度的原水均有较好的处理效果；·水温低时也有较好的处理效果；·矾花形成快，颗粒大且重，沉淀性能好；·适宜的pH范围宽(5-9),投加过量时不会象硫酸铝那样造成水混浊的反效果;·对设备的腐蚀小，出水的pH值下降较小·特点·对污染严重或低浊度、高浊度的原水均有较好的处理效果；·13（3）铝盐在水中的化学反应

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沉淀缩聚反应：－OH－发生架桥，产生高价聚合离子（多核羟基络合物）

（3）铝盐在水中的化学反应14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

结果是：电荷升高，聚合度增大产物包括：结果是：电荷升高，聚合度增大15（1）三氯化铁

·

FeCl3·6H2O，黑褐色晶体，有强烈吸水性，极易溶于水

·特点：

·矾花大，易沉降；

·受水温影响小，低温低浊时仍有好的处理效果；

·适宜pH范围宽（6-11）；

·溶液具有强腐蚀性；

·处理后水的色度比用铝盐高。3、铁系混凝剂优点缺点（1）三氯化铁3、铁系混凝剂优点缺点16

（2）聚合硫酸铁

·特点：具有较强的除浊、去除COD及重金属离子的能力，同时还具有脱色、脱臭、脱水等功能，其适宜的pH范围宽，絮凝体比重大，沉降迅速，在低温时也有较好的处理效果。

（2）聚合硫酸铁17（3）铁盐在水中的化学反应四个步骤：

A.水解生成单体，二聚体与三聚体；

B.低聚物与低分子量高分子的快速生成与溶解；

C.高分子量高分子聚合物的慢速形成；

D.沉淀的形成。（3）铁盐在水中的化学反应四个步骤：18（4）水解所需的碱度

铝盐、铁盐投入天然水体，将逐步水解产生H+，要使反应继续进行，就必须要有碱度来中和H+。

一般加石灰，用量用下式计算：铝盐：[CaO]=0.5a-56x+ba—铝盐的投加量，mg/Lx—原水的碱度，mmol/Lb—使反应顺利进行多加的剂量，mg/L，一般20mg/L（4）水解所需的碱度194、有机高分子混凝剂

高分子混凝剂的凝聚作用：·由于氢键、静电、范德华力等作用对胶粒有较强的吸附结合力；·因为高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展形状，从而发挥吸附架桥作用。4、有机高分子混凝剂高分子混凝剂的凝聚作用：20

高分子混凝剂有无机和有机的两种。聚合氯化铝和聚合氯化铁是目前国内外研制和使用比较广泛的无机高分子混凝剂。

有机高分子混凝剂有天然的和人工合成的。这类混凝剂都具有巨大的线性分子。每一大分子有许多链节组成。链节间以共价键结合。我国当前使用较多的是人工合成的聚丙烯酰胺，分子结构为：

聚丙烯酰胺的聚合度可多达2×104—9×104，相应的分子量高达150×104～600×104。凡有机高分子混凝剂链节上含有的可离解基团离解后带正电的称为阳离子型，带负电的称为阴离子型；链节上不含可离解基团的称非离子型。

215、助凝剂

可以参加混凝，也可不参加混凝，能促进混凝过程，产生大而结实的矾花。分类：

·酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等；

·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；

·

氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加Cl2、

O3等。5、助凝剂·氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投22·原水浊度高时-

先加PAM，后加其它混凝剂。让PAM先在较高浊度水中充分发挥作用，吸附一部分胶粒，使浊度有所降低，其余胶粒由其它混凝剂脱稳，再由PAM吸附，这样可以降低其它混凝剂用量。·原水浊度低时-

先加其它混凝剂，半分钟后加PAM，使杂质颗粒先脱稳到一定程度，为PAM大分子的絮凝作用创造有利条件。PAM作为助凝剂常与其他混凝剂一起使用：·原水浊度高时-PAM作为助凝剂常与其他混凝剂一起使用：236、铝盐和铁盐的混凝机理

四种作用：

·Al3+或Fe3+

和低聚合度高电荷的多核配合离子的压缩双电层和吸附电中和的脱稳凝聚作用；

·高聚合度配合离子的桥连絮凝作用；

·氢氧化物沉淀形态存在时的网捕作用6、铝盐和铁盐的混凝机理24三、影响混凝的主要因素

1、水温

·

低温，混凝效果差，原因：

·无机盐水解为吸热，水温低，水解慢；

·温度降低,粘度升高―布朗运动减弱，絮凝体不易形成；

·水温过高:易使高分子絮凝剂老化生成不溶性物质，降低混凝效果。

2、水的pH及碱度

视混凝剂品种而异。无机盐水解，造成pH下降，影响水解产物形态。三、影响混凝的主要因素25

水的pH值对混凝的影响程度视混凝剂的品种而异。用硫酸铝去除水中浊度时，最佳pH值范围在6.5～7.5之间；用于除色时，pH值在4.5～5之间。用三价铁盐时，最佳pH值范围在6.0—8.4之间，比硫酸铝为宽。如用硫酸亚铁，只有在pH>8.5．和水中有足够溶解氧时，才能迅速形成Fe3+，这就使设备和操作较复杂。为此，常采用加氯氧化的方法，其反应为：高分子混凝剂尤其是有机高分子混凝剂，混凝的效果受pH值的影响较小。3．水中杂质的成分、性质和浓度水中杂质的成分、性质和浓度都对混凝效果有明显的影响。例如，天然水中含粘土类杂质为主，需要投加的混凝剂的量较少；而污水中含有大量有机物时．需要投加较多的混凝剂才有混凝效果，其投量可达10—103mg/l。但影响的因素比较复杂，理论上只限于作些定性推断和估计。水的pH值对混凝的影响程度视混凝剂的品种而异。用硫酸26·杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。

·水中存在二价以上的正离子，对天然水压缩双电层有利；

·颗粒杂质越单一、均匀、越细越不利，大小不一的颗粒有利于混凝；

低温水与低浊水的混凝具有不利因素，成为专门研究的课题

·杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。·水中274．水力条件混凝过程中的水力条件对絮凝体的形成影响极大。整个混凝过程可以分为两个阶段：混合和反应。水力条件的配合对这两个阶段非常重要。

混合阶段的要求是使药剂迅速均匀地扩散到全部水中以创造良好的水解和聚合条件，使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。在此阶段并不要求形成大的絮凝体。混合要求快速和剧烈搅拌，在几秒钟或一分钟内完成。4．水力条件28（1）混合：作用：迅速、均匀地将药剂分散到水中，形成细小矾花，完成凝聚过程要求：·时间短（一般几十s，不超过2min)；

·搅拌强度大（2）絮凝：作用：使细小矾花逐渐长大成大颗粒（d=0.6-1.2mm

）而便于沉降要求：·水流有适当的紊流程度；

·适当的搅拌时间（1）混合：29

四、化学混凝的设备包括：混凝剂的配制和投加设备、混合设备和反应设备。1．混凝剂的配制和投加设备混凝药剂投加到要处理的水中，可以用干投法和湿投法。干投法使用较少。湿投法是将混凝剂先溶解，再配制成一定浓度的溶液后定量地投加。(1)混凝剂的溶解和配制混凝剂是在溶解池中进行溶解。溶解池应有搅拌装置，搅拌的目的是加速药剂的溶解。

四、化学混凝的设备30水污染控制工程：第十六章1污水的化学处理1课件31(2)混凝剂溶液的投加药剂投入原水中必须有计量及定量设备，并能随时调节投加量。计量设备可以用转子流量计，电磁流量计等。(2)混凝剂溶液的投加药剂投入原水中必须有计量及定量设备322．混合设备常用的混合方式是水泵混合、隔板混合和机械混合。(1)水泵混合利用提升水泵进行混合是一种常用的方法。(2)隔板混合在混合池内设有数块隔板，水流通过隔板孔道时产生急剧的收缩和扩散，形成涡流，使药剂与原水充分混合。(3)机械混合用电动机带动桨板或螺旋桨进行强烈搅拌是一种有效的混合方法。2．混合设备333．反应设备反应设备有水力搅拌和机械搅拌两大类。(1)隔板反应池往复式隔板反应池如图16—8所示。它是利用水流断面上流速分布不均匀所造成的速度梯度，促进颗粒相互碰撞进行絮凝。为避免结成的絮凝体被打碎，隔板中的流速应逐渐减小。3．反应设备34(2)机械反应池机械搅拌反应池如图16—9所示。图中的转动轴是垂直的，也可以用水平轴式。(2)机械反应池机械搅拌反应池如图16—9所示。图中的转35第二节中和法

酸和碱是常用的工业原料。使用酸、碱的工厂往往有酸性废水和碱性废水因为天然水的碱度是重碳酸盐(HCO3-)，有一定的缓冲作用。少量的酸、碱废水混人大量的城市污水，不致使后者的pH值偏离7过大。但是，酸性废水破坏水泥管，不能容许它进入城市沟道。至于以酸或碱作为洗涤剂的生产工序，产生日大量废水需要处理则是不言而喻的。

中和剂能制成溶液或浆料时，可用投加法。中和剂为粒料或块料时，可用过滤法。用烟道气中和碱性废水时，可在塔式反应器中接触中和。常用的碱性中和剂有石灰、电石渣和石灰石、白云石。常用的酸性中和剂有废酸、粗制酸和烟道气。第二节中和法361．投加法投药中和法常用的药剂是石灰、电石渣、石灰石等，有时也采用苛性钠和碳酸钠。中和药剂的投加量，可按化学反应式进行估算。比较正确的方法是通过试验。例如碱性药剂的用量可按下式计算：石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，浓度在10％左右，反应在池中进行。

1．投加法372．石灰石或白云石做中和剂时常呈粗粒状，可作滤料，故用过滤法。

石灰石的主要成分是CaCO3，白云石的主要成分是CaCO3·MgCO3。若废水含硫酸而浓度又较高时，粒料将因表面形成硫酸钙外壳而失去中和作用。因此，以石灰石为滤料时，废水的硫酸浓度一般不应超过1—2g/L。如硫酸浓度过高，可以回流出水，予以稀释。

采用升流式膨胀滤池，可以改善硫酸废水的中和过滤。当粒料的粒径较细(<3mm)，废水上升滤速较高(50～70m/h)时，滤床膨胀，粒料相互碰撞摩擦，有助于防止结壳。2．石灰石或白云石做中和剂时常呈粗粒状，可作滤料，故用过滤法38水污染控制工程：第十六章1污水的化学处理1课件39第三节化学沉淀法用易溶的化学药剂(可称沉淀剂)使溶液中某种离子以它的一种难溶的盐或氢氧化物从溶液中析出，在化学上称沉淀法。废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中的有害离子，阳离子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，阴离子如SO42-、PO43-。

难溶盐和难溶氢氧化物在溶液中的离子的浓度之积(称溶度积Ks)是常数。当能结合成难溶盐的两种离子的浓度之积超过这盐的溶度积时，这盐将析出，而这两种离子的浓度将下降，需要去除的离子就与水分离。例如水中的Zn2+浓度cZn2+需要降低，可投加Na2S，S2-的浓度为CS2-；若cZn2+·cs2-超过ZnS的Ksl.2×10-23，则ZnS从水中析出，Zn2+的浓度降低。

说明一点，易溶难溶是相对的，我们可用较难溶的作为沉淀剂去除能构成更难溶盐中的某一离子。例如难溶盐CaSO4的Ks=2.45×10-5很低，但BaSO4的Ks=0.87×10-l0更低，可以用CaSO4作为沉淀剂，沉淀Ba2+。第三节化学沉淀法40例:粘胶纤维厂含锌废水的处理酸浴成份为硫酸与硫酸锌的溶液例:粘胶纤维厂含锌废水的处理酸浴成份为硫酸与硫酸锌的溶液41第四节氧化还原法氧化还原法在废水处理中不多见。电镀废水处理中去除铬酸根和氰根可用氧化还原法。含汞废水亦可用氧化还原法回收汞。

常用的氧化还原法有加氯法、电解法和置换法。1．加氯氧化CN-根分批处理时，分两步进行。先加碱，调整pH值至10以上，同时按计算量(CN-:Cl2=1:2.7)加氯，搅拌混合数分钟。然后调整pH值到8.5，再按计算量(CN-：Cl2=1:4.1)的110％第二次加氯，搅拌1小时以上完成反应，其反应式如下：快慢第四节氧化还原法快慢42

连续运行时，加氯加酸与废水同时混合，pH值在5左右；然后加碱提高pH值至11.5左右，接着第二次加氯。其反应式如下：2．电解法直流电流通过电解质溶液时，在两个电极上引起的化学变化称电解。阴离子在阳极失去电子而被氧化；阳离子在阴极得到电子而被还原。有时，阳极材料会被氧化成阳离子。

连续运行时，加氯加酸与废水同时混合，pH值在5左右；433．置换法又称取代法。电动序中电位较高的金属能取代水溶液中电位较低的金属的离子，前者析出而后者溶人水中。显然，金属与废水的接触表面愈大愈好，接触时间也是一个重要因素。金属常制成粒状滤料，反应器制成过滤柱。图16—14示以铜屑置换废酸中汞的流程。3．置换法44水污染控制工程：第十六章1污水的化学处理1课件45第十六章1污水的化学处理

污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除水中的杂质。它的处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生物降解的)溶解物质或胶体物质。常用的化学处理法有混凝法、中和法、化学沉淀法和氧化还原法。第一节混凝法一、混凝原理化学混凝所处理的对象，主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。1．胶体的稳定性第十六章1污水的化学处理46

胶体微粒都带有电荷。天然水中的粘土类胶体微粒以及污水中的胶态蛋白质和淀粉微粒等都带有负电荷，它的中心称为胶核。其表面选择性地吸附了一层带有同号电荷的离子，这层离子称为胶体微粒的电位离子，它决定了胶粒电荷的大小和符号。由于电位离子的静电引力，在其周围又吸附了大量的异号离子，形成了所谓“双电层”。这些异号离子，其中紧靠电位离子的部分被牢固地吸引着，当胶核运行时，它也随着一起运动，形成固定的离子层。而其他的异号离子，离电位离子较远，受到的引力较弱，不随胶核一起运动，并有向水中扩散的趋势，形成了扩散层。固定的离子层与扩散层之间的交界面称为滑动面。滑动面以内的部分称为胶粒，胶粒与扩散层之间，有一个电位差。此电位称为胶体的电动电位，常称为ζ电位。而胶核表面的电位离子与溶液之间的电位差称为总电位或φ电位。一般粘土动电位＝-15~-40mV

细菌动电位＝-30~-70mV胶体微粒都带有电荷。天然水中的粘土类胶体微粒以及污水47氢氧化铁胶体的结构氢氧化铁胶体的结构48

胶粒在水中受几方面的影响：①由于上述的胶粒带电现象，带相同电荷的胶粒产生静电斥力，而且(电位愈高，胶粒间的静电斥力愈大；②受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即“布朗运动；”③胶粒之间还存在着相互引力——范德华引力。范德华引力的大小与胶粒间距的2次方成反比，当间距较大时，此引力略去不计。使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。由于胶粒带电，将极性水分子吸引到它的周围形成一层水化膜。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。

2．混凝原理化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pH值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。但归结起来，可以认为主要是四方面的作用：胶粒在水中受几方面的影响：①由于上述的胶粒带电现象，49

1、压缩双电层

加入电解质对胶体进行脱稳电解质加入→与反离子同电荷离子→由于异号离子相吸作用和扩散作用而挤入扩散层、吸附层→胶粒带电荷数减小→压缩双电层→电位→稳定性→凝聚·当两个胶粒相互接近时，由于电位降低，它们互相排斥的力就减小了，即：溶液中离子浓度高的胶粒间斥力比离子浓度低的要小。·由于扩散层变薄，它们相撞时距离减小，导致相互间吸力增大，合力变为以吸力为主，胶粒得以迅速凝聚。

·当两个胶粒相互接近时，由于电位降低，它们互相排斥的50局限性-不能解释以下现象：

·混凝剂投加过多，混凝效果反而下降；

·与胶粒带同样电荷的聚合物或高分子也会有很好的混凝效果。该机理可以较好地解释港湾处的沉积现象：因淡水进入海水时，盐类增加，离子浓度增高，淡水携带胶粒的稳定性降低，所以在港湾处粘土和其它胶体颗粒易沉积。局限性-不能解释以下现象：该机理可以较好地解释港湾处的沉积现512、吸附电中和

指胶粒表面直接吸附带异号电荷的聚合离子、高分子物质、胶粒等，中和了部分电荷，因而降低了电位，减小了静电斥力，使胶粒脱稳。吸附+静电作用。例：用Na+和有机胺离子RNH3+去除带负电的碘化银溶液造成的浊度。发现有机胺离子脱稳的能力比Na+大得多，Na+

投加过量不会造成胶粒再稳，而有机胺则不然，超过一定投量时能使胶粒再稳。说明胶粒吸附了过多的反离子，使原来带的负电荷转变成带正电荷。铝盐、铁盐投加量高时也发生再稳现象及电荷变号现象2、吸附电中和例：用Na+和有机胺离子RNH3+去除带负电523、吸附架桥

指高分子物质和胶粒、以及胶粒与胶粒之间的吸附与桥连作用。现象：·高分子投量过少，不足以形成吸附架桥；·但投加过多，会出现“胶体保护”现象。·已经架桥凝聚的胶粒，如受剧烈的长时间的搅拌，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。

聚合物在胶粒表面的吸附力：范德华引力、静电引力、氢键、配位键等可以解释非离子型或带同电号的离子型高分子絮凝剂有较好的混凝效果的现象3、吸附架桥现象：聚合物在胶粒表面的吸附力：可以解释非离子534、沉淀网捕或卷扫

当金属盐（铝盐、铁盐）或金属氧化物和氢氧化物（如石灰）做混凝剂时，当投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物或金属碳酸盐时，水中的胶粒可被这些沉淀物在形成时所网捕。小胶粒与大矾花发生接触凝聚

―――澄清池中发生的现象水中胶粒本身可作为金属氢氧化物沉淀物形成的核心，因而混凝剂投加量与被去除物质的浓度成反比，即胶粒越多，混凝剂投加量越少。4、沉淀网捕或卷扫小胶粒与大矾花发生接触凝聚水中胶粒本身可54三、混凝剂和助凝剂

1、混凝剂的种类三、混凝剂和助凝剂55(1)无机盐类混凝剂目前应用最广的是铝盐和铁盐。铝盐中主要有硫酸铝、明矾等。明矾是硫酸铝和硫酸钾的复盐K2S04·24H20·AL203含量约10.6％。铁盐中主要有三氯化铁、硫酸亚铁和硫酸铁等更深的溶解物。（1）硫酸铝

·Al2(SO4)3nH2O,n=6,10,14,16,18,27

·大多使用块状或粒状

·投加方式：干式或湿式，湿式：10-20%（重量）

·使用水温：20-40℃

·适宜pH范围：5.5～8，且随原水的硬度而异

·软水：5.5-6.6

·中等硬度:6.6-7.2

·硬度高时:7.2-8特点：·使用便利，混凝效果好；

·但可导致老年痴呆症，投加量大时会出现浑浊现象(1)无机盐类混凝剂（1）硫酸铝56（2）聚合氯化铝·[Al2(OH)nCl6-n]mn=1-5,m≤10,整数·混凝效果与水解度B*的关系较大

B*为2.5时，Al13可达80%以上Al13Keggin结构（2）聚合氯化铝·[Al2(OH)nCl6-n]m57·

对污染严重或低浊度、高浊度的原水均有较好的处理效果；·水温低时也有较好的处理效果；·矾花形成快，颗粒大且重，沉淀性能好；·适宜的pH范围宽(5-9),投加过量时不会象硫酸铝那样造成水混浊的反效果;·对设备的腐蚀小，出水的pH值下降较小·特点·对污染严重或低浊度、高浊度的原水均有较好的处理效果；·58（3）铝盐在水中的化学反应

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沉淀缩聚反应：－OH－发生架桥，产生高价聚合离子（多核羟基络合物）

（3）铝盐在水中的化学反应59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

结果是：电荷升高，聚合度增大产物包括：结果是：电荷升高，聚合度增大60（1）三氯化铁

·

FeCl3·6H2O，黑褐色晶体，有强烈吸水性，极易溶于水

·特点：

·矾花大，易沉降；

·受水温影响小，低温低浊时仍有好的处理效果；

·适宜pH范围宽（6-11）；

·溶液具有强腐蚀性；

·处理后水的色度比用铝盐高。3、铁系混凝剂优点缺点（1）三氯化铁3、铁系混凝剂优点缺点61

（2）聚合硫酸铁

·特点：具有较强的除浊、去除COD及重金属离子的能力，同时还具有脱色、脱臭、脱水等功能，其适宜的pH范围宽，絮凝体比重大，沉降迅速，在低温时也有较好的处理效果。

（2）聚合硫酸铁62（3）铁盐在水中的化学反应四个步骤：

A.水解生成单体，二聚体与三聚体；

B.低聚物与低分子量高分子的快速生成与溶解；

C.高分子量高分子聚合物的慢速形成；

D.沉淀的形成。（3）铁盐在水中的化学反应四个步骤：63（4）水解所需的碱度

铝盐、铁盐投入天然水体，将逐步水解产生H+，要使反应继续进行，就必须要有碱度来中和H+。

一般加石灰，用量用下式计算：铝盐：[CaO]=0.5a-56x+ba—铝盐的投加量，mg/Lx—原水的碱度，mmol/Lb—使反应顺利进行多加的剂量，mg/L，一般20mg/L（4）水解所需的碱度644、有机高分子混凝剂

高分子混凝剂的凝聚作用：·由于氢键、静电、范德华力等作用对胶粒有较强的吸附结合力；·因为高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展形状，从而发挥吸附架桥作用。4、有机高分子混凝剂高分子混凝剂的凝聚作用：65

高分子混凝剂有无机和有机的两种。聚合氯化铝和聚合氯化铁是目前国内外研制和使用比较广泛的无机高分子混凝剂。

有机高分子混凝剂有天然的和人工合成的。这类混凝剂都具有巨大的线性分子。每一大分子有许多链节组成。链节间以共价键结合。我国当前使用较多的是人工合成的聚丙烯酰胺，分子结构为：

聚丙烯酰胺的聚合度可多达2×104—9×104，相应的分子量高达150×104～600×104。凡有机高分子混凝剂链节上含有的可离解基团离解后带正电的称为阳离子型，带负电的称为阴离子型；链节上不含可离解基团的称非离子型。

665、助凝剂

可以参加混凝，也可不参加混凝，能促进混凝过程，产生大而结实的矾花。分类：

·酸碱类：调整水的pH，如石灰、硫酸等；

·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；

·

氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投加Cl2、

O3等。5、助凝剂·氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机物。如投67·原水浊度高时-

先加PAM，后加其它混凝剂。让PAM先在较高浊度水中充分发挥作用，吸附一部分胶粒，使浊度有所降低，其余胶粒由其它混凝剂脱稳，再由PAM吸附，这样可以降低其它混凝剂用量。·原水浊度低时-

先加其它混凝剂，半分钟后加PAM，使杂质颗粒先脱稳到一定程度，为PAM大分子的絮凝作用创造有利条件。PAM作为助凝剂常与其他混凝剂一起使用：·原水浊度高时-PAM作为助凝剂常与其他混凝剂一起使用：686、铝盐和铁盐的混凝机理

四种作用：

·Al3+或Fe3+

和低聚合度高电荷的多核配合离子的压缩双电层和吸附电中和的脱稳凝聚作用；

·高聚合度配合离子的桥连絮凝作用；

·氢氧化物沉淀形态存在时的网捕作用6、铝盐和铁盐的混凝机理69三、影响混凝的主要因素

1、水温

·

低温，混凝效果差，原因：

·无机盐水解为吸热，水温低，水解慢；

·温度降低,粘度升高―布朗运动减弱，絮凝体不易形成；

·水温过高:易使高分子絮凝剂老化生成不溶性物质，降低混凝效果。

2、水的pH及碱度

视混凝剂品种而异。无机盐水解，造成pH下降，影响水解产物形态。三、影响混凝的主要因素70

水的pH值对混凝的影响程度视混凝剂的品种而异。用硫酸铝去除水中浊度时，最佳pH值范围在6.5～7.5之间；用于除色时，pH值在4.5～5之间。用三价铁盐时，最佳pH值范围在6.0—8.4之间，比硫酸铝为宽。如用硫酸亚铁，只有在pH>8.5．和水中有足够溶解氧时，才能迅速形成Fe3+，这就使设备和操作较复杂。为此，常采用加氯氧化的方法，其反应为：高分子混凝剂尤其是有机高分子混凝剂，混凝的效果受pH值的影响较小。3．水中杂质的成分、性质和浓度水中杂质的成分、性质和浓度都对混凝效果有明显的影响。例如，天然水中含粘土类杂质为主，需要投加的混凝剂的量较少；而污水中含有大量有机物时．需要投加较多的混凝剂才有混凝效果，其投量可达10—103mg/l。但影响的因素比较复杂，理论上只限于作些定性推断和估计。水的pH值对混凝的影响程度视混凝剂的品种而异。用硫酸71·杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。

·水中存在二价以上的正离子，对天然水压缩双电层有利；

·颗粒杂质越单一、均匀、越细越不利，大小不一的颗粒有利于混凝；

低温水与低浊水的混凝具有不利因素，成为专门研究的课题

·杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。·水中724．水力条件混凝过程中的水力条件对絮凝体的形成影响极大。整个混凝过程可以分为两个阶段：混合和反应。水力条件的配合对这两个阶段非常重要。

混合阶段的要求是使药剂迅速均匀地扩散到全部水中以创造良好的水解和聚合条件，使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。在此阶段并不要求形成大的絮凝体。混合要求快速和剧烈搅拌，在几秒钟或一分钟内完成。4．水力条件73（1）混合：作用：迅速、均匀地将药剂分散到水中，形成细小矾花，完成凝聚过程要求：·时间短（一般几十s，不超过2min)；

·搅拌强度大（2）絮凝：作用：使细小矾花逐渐长大成大颗粒（d=0.6-1.2mm

）而便于沉降要求：·水流有适当的紊流程度；

·适当的搅拌时间（1）混合：74

四、化学混凝的设备包括：混凝剂的配制和投加设备、混合设备和反应设备。1．混凝剂的配制和投加设备混凝药剂投加到要处理的水中，可以用干投法和湿投法。干投法使用较少。湿投法是将混凝剂先溶解，再配制成一定浓度的溶液后定量地投加。(1)混凝剂的溶解和配制混凝剂是在溶解池中进行溶解。溶解池应有搅拌装置，搅拌的目的是加速药剂的溶解。

四、化学混凝的设备75水污染控制工程：第十六章1污水的化学处理1课件76(2)混凝剂溶液的投加药剂投入原水中必须有计量及定量设备，并能随时调节投加量。计量设备可以用转子流量计，电磁流量计等。(2)混凝剂溶液的投加药剂投入原水中必须有计量及定量设备772．混合设备常用的混合方式是水泵混合、隔板混合和机械混合。(1)水泵混合利用提升水泵进行混合是一种常用的方法。(2)隔板混合在混合池内设有数块隔板，水流通过隔板孔道时产生急剧的收缩和扩散，形成涡流，使药剂与原水充分混合。(3)机械混合用电动机带动桨板或螺旋桨进行强烈搅拌是一种有效的混合方法。2．混合设备783．反应设备反应设备有水力搅拌和机械搅拌两大类。(1)隔板反应池往复式隔板反应池如图16—8所示。它是利用水流断面上流速分布不均匀所造成的速度梯度，促进颗粒相互碰撞进行絮凝。为避免结成的絮凝体被打碎，隔板中的流速应逐渐减小。3．反应设备79(2)机械反应池机械搅拌反应池如图16—9所示。图中的转动轴是垂直的，也可以用水平轴式。(2)机械反应池机械搅拌反应池如图16—9所示。图中的转80第二节中和法

酸和碱是常用的工业原料。使用酸、碱的工厂往往有酸性废水和碱性废水因为天然水的碱度是重碳酸盐(HCO3-)，有一定的缓冲作用。少量的酸、碱废水混人大量的城市污水，不致使后者的