第十六章1污水的化學處理

污水的化學處理是利用化學反應的作用以去除水中的雜質。它的處理對象主要是污水中無機的或有機的(難于生物降解的)溶解物質或膠體物質。常用的化學處理法有混凝法、中和法、化學沉淀法和氧化還原法。第一節混凝法一、混凝原理化學混凝所處理的對象，主要是水中的微小懸浮物和膠體雜質。1．膠體的穩定性第十六章1污水的化學處理1

膠體微粒都帶有電荷。天然水中的粘土類膠體微粒以及污水中的膠態蛋白質和淀粉微粒等都帶有負電荷，它的中心稱為膠核。其表面選擇性地吸附了一層帶有同號電荷的離子，這層離子稱為膠體微粒的電位離子，它決定了膠粒電荷的大小和符號。由于電位離子的靜電引力，在其周圍又吸附了大量的異號離子，形成了所謂“雙電層”。這些異號離子，其中緊靠電位離子的部分被牢固地吸引著，當膠核運行時，它也隨著一起運動，形成固定的離子層。而其他的異號離子，離電位離子較遠，受到的引力較弱，不隨膠核一起運動，并有向水中擴散的趨勢，形成了擴散層。固定的離子層與擴散層之間的交界面稱為滑動面。滑動面以內的部分稱為膠粒，膠粒與擴散層之間，有一個電位差。此電位稱為膠體的電動電位，常稱為ζ電位。而膠核表面的電位離子與溶液之間的電位差稱為總電位或φ電位。一般粘土動電位＝-15~-40mV

細菌動電位＝-30~-70mV膠體微粒都帶有電荷。天然水中的粘土類膠體微粒以及污水2氫氧化鐵膠體的結構氫氧化鐵膠體的結構3

膠粒在水中受幾方面的影響：①由于上述的膠粒帶電現象，帶相同電荷的膠粒產生靜電斥力，而且(電位愈高，膠粒間的靜電斥力愈大；②受水分子熱運動的撞擊，使微粒在水中作不規則的運動，即“布朗運動；”③膠粒之間還存在著相互引力——范德華引力。范德華引力的大小與膠粒間距的2次方成反比，當間距較大時，此引力略去不計。使膠體微粒不能相互聚結的另一個因素是水化作用。由于膠粒帶電，將極性水分子吸引到它的周圍形成一層水化膜。水化膜同樣能阻止膠粒間相互接觸。

2．混凝原理化學混凝的機理至今仍未完全清楚。因為它涉及的因素很多，如水中雜質的成分和濃度、水溫、水的pH值、堿度，以及混凝劑的性質和混凝條件等。但歸結起來，可以認為主要是四方面的作用：膠粒在水中受幾方面的影響：①由于上述的膠粒帶電現象，4

1、壓縮雙電層

加入電解質對膠體進行脫穩電解質加入→與反離子同電荷離子→由于異號離子相吸作用和擴散作用而擠入擴散層、吸附層→膠粒帶電荷數減小→壓縮雙電層→電位→穩定性→凝聚·當兩個膠粒相互接近時，由于電位降低，它們互相排斥的力就減小了，即：溶液中離子濃度高的膠粒間斥力比離子濃度低的要小。·由于擴散層變薄，它們相撞時距離減小，導致相互間吸力增大，合力變為以吸力為主，膠粒得以迅速凝聚。

·當兩個膠粒相互接近時，由于電位降低，它們互相排斥的5局限性-不能解釋以下現象：

·混凝劑投加過多，混凝效果反而下降；

·與膠粒帶同樣電荷的聚合物或高分子也會有很好的混凝效果。該機理可以較好地解釋港灣處的沉積現象：因淡水進入海水時，鹽類增加，離子濃度增高，淡水攜帶膠粒的穩定性降低，所以在港灣處粘土和其它膠體顆粒易沉積。局限性-不能解釋以下現象：該機理可以較好地解釋港灣處的沉積現62、吸附電中和

指膠粒表面直接吸附帶異號電荷的聚合離子、高分子物質、膠粒等，中和了部分電荷，因而降低了電位，減小了靜電斥力，使膠粒脫穩。吸附+靜電作用。例：用Na+和有機胺離子RNH3+去除帶負電的碘化銀溶液造成的濁度。發現有機胺離子脫穩的能力比Na+大得多，Na+

投加過量不會造成膠粒再穩，而有機胺則不然，超過一定投量時能使膠粒再穩。說明膠粒吸附了過多的反離子，使原來帶的負電荷轉變成帶正電荷。鋁鹽、鐵鹽投加量高時也發生再穩現象及電荷變號現象2、吸附電中和例：用Na+和有機胺離子RNH3+去除帶負電73、吸附架橋

指高分子物質和膠粒、以及膠粒與膠粒之間的吸附與橋連作用。現象：·高分子投量過少，不足以形成吸附架橋；·但投加過多，會出現“膠體保護”現象。·已經架橋凝聚的膠粒，如受劇烈的長時間的攪拌，架橋聚合物可能從另一膠粒表面脫開，重又卷回原所在膠粒表面，造成再穩。

聚合物在膠粒表面的吸附力：范德華引力、靜電引力、氫鍵、配位鍵等可以解釋非離子型或帶同電號的離子型高分子絮凝劑有較好的混凝效果的現象3、吸附架橋現象：聚合物在膠粒表面的吸附力：可以解釋非離子84、沉淀網捕或卷掃

當金屬鹽（鋁鹽、鐵鹽）或金屬氧化物和氫氧化物（如石灰）做混凝劑時，當投加量大得足以迅速沉淀金屬氫氧化物或金屬碳酸鹽時，水中的膠粒可被這些沉淀物在形成時所網捕。小膠粒與大礬花發生接觸凝聚

―――澄清池中發生的現象水中膠粒本身可作為金屬氫氧化物沉淀物形成的核心，因而混凝劑投加量與被去除物質的濃度成反比，即膠粒越多，混凝劑投加量越少。4、沉淀網捕或卷掃小膠粒與大礬花發生接觸凝聚水中膠粒本身可9三、混凝劑和助凝劑

1、混凝劑的種類三、混凝劑和助凝劑10(1)無機鹽類混凝劑目前應用最廣的是鋁鹽和鐵鹽。鋁鹽中主要有硫酸鋁、明礬等。明礬是硫酸鋁和硫酸鉀的復鹽K2S04·24H20·AL203含量約10.6％。鐵鹽中主要有三氯化鐵、硫酸亞鐵和硫酸鐵等更深的溶解物。（1）硫酸鋁

·Al2(SO4)3nH2O,n=6,10,14,16,18,27

·大多使用塊狀或粒狀

·投加方式：干式或濕式，濕式：10-20%（重量）

·使用水溫：20-40℃

·適宜pH范圍：5.5～8，且隨原水的硬度而異

·軟水：5.5-6.6

·中等硬度:6.6-7.2

·硬度高時:7.2-8特點：·使用便利，混凝效果好；

·但可導致老年癡呆癥，投加量大時會出現渾濁現象(1)無機鹽類混凝劑（1）硫酸鋁11（2）聚合氯化鋁·[Al2(OH)nCl6-n]mn=1-5,m≤10,整數·混凝效果與水解度B*的關系較大

B*為2.5時，Al13可達80%以上Al13Keggin結構（2）聚合氯化鋁·[Al2(OH)nCl6-n]m12·

對污染嚴重或低濁度、高濁度的原水均有較好的處理效果；·水溫低時也有較好的處理效果；·礬花形成快，顆粒大且重，沉淀性能好；·適宜的pH范圍寬(5-9),投加過量時不會象硫酸鋁那樣造成水混濁的反效果;·對設備的腐蝕小，出水的pH值下降較小·特點·對污染嚴重或低濁度、高濁度的原水均有較好的處理效果；·13（3）鋁鹽在水中的化學反應

水解過程：

配位水分子發生水解：

[Al(H2O)6]3+――[Al(OH)(H2O)5]2++H+

其結果是：價數降低，pH降低，最終產生Al(OH)3沉淀縮聚反應：－OH－發生架橋，產生高價聚合離子（多核羥基絡合物）

（3）鋁鹽在水中的化學反應14產物包括：

·未水解的水合鋁離子

·單核羥基絡合物

·多核羥基絡合物

·氫氧化鋁沉淀

結果是：電荷升高，聚合度增大產物包括：結果是：電荷升高，聚合度增大15（1）三氯化鐵

·

FeCl3·6H2O，黑褐色晶體，有強烈吸水性，極易溶于水

·特點：

·礬花大，易沉降；

·受水溫影響小，低溫低濁時仍有好的處理效果；

·適宜pH范圍寬（6-11）；

·溶液具有強腐蝕性；

·處理后水的色度比用鋁鹽高。3、鐵系混凝劑優點缺點（1）三氯化鐵3、鐵系混凝劑優點缺點16

（2）聚合硫酸鐵

·特點：具有較強的除濁、去除COD及重金屬離子的能力，同時還具有脫色、脫臭、脫水等功能，其適宜的pH范圍寬，絮凝體比重大，沉降迅速，在低溫時也有較好的處理效果。

（2）聚合硫酸鐵17（3）鐵鹽在水中的化學反應四個步驟：

A.水解生成單體，二聚體與三聚體；

B.低聚物與低分子量高分子的快速生成與溶解；

C.高分子量高分子聚合物的慢速形成；

D.沉淀的形成。（3）鐵鹽在水中的化學反應四個步驟：18（4）水解所需的堿度

鋁鹽、鐵鹽投入天然水體，將逐步水解產生H+，要使反應繼續進行，就必須要有堿度來中和H+。

一般加石灰，用量用下式計算：鋁鹽：[CaO]=0.5a-56x+ba—鋁鹽的投加量，mg/Lx—原水的堿度，mmol/Lb—使反應順利進行多加的劑量，mg/L，一般20mg/L（4）水解所需的堿度194、有機高分子混凝劑

高分子混凝劑的凝聚作用：·由于氫鍵、靜電、范德華力等作用對膠粒有較強的吸附結合力；·因為高聚合度的線型高分子在溶液中保持適當的伸展形狀，從而發揮吸附架橋作用。4、有機高分子混凝劑高分子混凝劑的凝聚作用：20

高分子混凝劑有無機和有機的兩種。聚合氯化鋁和聚合氯化鐵是目前國內外研制和使用比較廣泛的無機高分子混凝劑。

有機高分子混凝劑有天然的和人工合成的。這類混凝劑都具有巨大的線性分子。每一大分子有許多鏈節組成。鏈節間以共價鍵結合。我國當前使用較多的是人工合成的聚丙烯酰胺，分子結構為：

聚丙烯酰胺的聚合度可多達2×104—9×104，相應的分子量高達150×104～600×104。凡有機高分子混凝劑鏈節上含有的可離解基團離解后帶正電的稱為陽離子型，帶負電的稱為陰離子型；鏈節上不含可離解基團的稱非離子型。

215、助凝劑

可以參加混凝，也可不參加混凝，能促進混凝過程，產生大而結實的礬花。分類：

·酸堿類：調整水的pH，如石灰、硫酸等；

·加大礬花的粒度和結實性：如活化硅酸（SiO2

·nH2O）、骨膠、高分子絮凝劑；

·

氧化劑類：破壞干擾混凝的物質，如有機物。如投加Cl2、

O3等。5、助凝劑·氧化劑類：破壞干擾混凝的物質，如有機物。如投22·原水濁度高時-

先加PAM，后加其它混凝劑。讓PAM先在較高濁度水中充分發揮作用，吸附一部分膠粒，使濁度有所降低，其余膠粒由其它混凝劑脫穩，再由PAM吸附，這樣可以降低其它混凝劑用量。·原水濁度低時-

先加其它混凝劑，半分鐘后加PAM，使雜質顆粒先脫穩到一定程度，為PAM大分子的絮凝作用創造有利條件。PAM作為助凝劑常與其他混凝劑一起使用：·原水濁度高時-PAM作為助凝劑常與其他混凝劑一起使用：236、鋁鹽和鐵鹽的混凝機理

四種作用：

·Al3+或Fe3+

和低聚合度高電荷的多核配合離子的壓縮雙電層和吸附電中和的脫穩凝聚作用；

·高聚合度配合離子的橋連絮凝作用；

·氫氧化物沉淀形態存在時的網捕作用6、鋁鹽和鐵鹽的混凝機理24三、影響混凝的主要因素

1、水溫

·

低溫，混凝效果差，原因：

·無機鹽水解為吸熱，水溫低，水解慢；

·溫度降低,粘度升高―布朗運動減弱，絮凝體不易形成；

·水溫過高:易使高分子絮凝劑老化生成不溶性物質，降低混凝效果。

2、水的pH及堿度

視混凝劑品種而異。無機鹽水解，造成pH下降，影響水解產物形態。三、影響混凝的主要因素25

水的pH值對混凝的影響程度視混凝劑的品種而異。用硫酸鋁去除水中濁度時，最佳pH值范圍在6.5～7.5之間；用于除色時，pH值在4.5～5之間。用三價鐵鹽時，最佳pH值范圍在6.0—8.4之間，比硫酸鋁為寬。如用硫酸亞鐵，只有在pH>8.5．和水中有足夠溶解氧時，才能迅速形成Fe3+，這就使設備和操作較復雜。為此，常采用加氯氧化的方法，其反應為：高分子混凝劑尤其是有機高分子混凝劑，混凝的效果受pH值的影響較小。3．水中雜質的成分、性質和濃度水中雜質的成分、性質和濃度都對混凝效果有明顯的影響。例如，天然水中含粘土類雜質為主，需要投加的混凝劑的量較少；而污水中含有大量有機物時．需要投加較多的混凝劑才有混凝效果，其投量可達10—103mg/l。但影響的因素比較復雜，理論上只限于作些定性推斷和估計。水的pH值對混凝的影響程度視混凝劑的品種而異。用硫酸26·雜質濃度低，顆粒間碰撞機率下降，混凝效果差。

·水中存在二價以上的正離子，對天然水壓縮雙電層有利；

·顆粒雜質越單一、均勻、越細越不利，大小不一的顆粒有利于混凝；

低溫水與低濁水的混凝具有不利因素，成為專門研究的課題

·雜質濃度低，顆粒間碰撞機率下降，混凝效果差。·水中274．水力條件混凝過程中的水力條件對絮凝體的形成影響極大。整個混凝過程可以分為兩個階段：混合和反應。水力條件的配合對這兩個階段非常重要。

混合階段的要求是使藥劑迅速均勻地擴散到全部水中以創造良好的水解和聚合條件，使膠體脫穩并借顆粒的布朗運動和紊動水流進行凝聚。在此階段并不要求形成大的絮凝體。混合要求快速和劇烈攪拌，在幾秒鐘或一分鐘內完成。4．水力條件28（1）混合：作用：迅速、均勻地將藥劑分散到水中，形成細小礬花，完成凝聚過程要求：·時間短（一般幾十s，不超過2min)；

·攪拌強度大（2）絮凝：作用：使細小礬花逐漸長大成大顆粒（d=0.6-1.2mm

）而便于沉降要求：·水流有適當的紊流程度；

·適當的攪拌時間（1）混合：29

四、化學混凝的設備包括：混凝劑的配制和投加設備、混合設備和反應設備。1．混凝劑的配制和投加設備混凝藥劑投加到要處理的水中，可以用干投法和濕投法。干投法使用較少。濕投法是將混凝劑先溶解，再配制成一定濃度的溶液后定量地投加。(1)混凝劑的溶解和配制混凝劑是在溶解池中進行溶解。溶解池應有攪拌裝置，攪拌的目的是加速藥劑的溶解。

四、化學混凝的設備30水污染控制工程：第十六章1污水的化學處理1課件31(2)混凝劑溶液的投加藥劑投入原水中必須有計量及定量設備，并能隨時調節投加量。計量設備可以用轉子流量計，電磁流量計等。(2)混凝劑溶液的投加藥劑投入原水中必須有計量及定量設備322．混合設備常用的混合方式是水泵混合、隔板混合和機械混合。(1)水泵混合利用提升水泵進行混合是一種常用的方法。(2)隔板混合在混合池內設有數塊隔板，水流通過隔板孔道時產生急劇的收縮和擴散，形成渦流，使藥劑與原水充分混合。(3)機械混合用電動機帶動槳板或螺旋槳進行強烈攪拌是一種有效的混合方法。2．混合設備333．反應設備反應設備有水力攪拌和機械攪拌兩大類。(1)隔板反應池往復式隔板反應池如圖16—8所示。它是利用水流斷面上流速分布不均勻所造成的速度梯度，促進顆粒相互碰撞進行絮凝。為避免結成的絮凝體被打碎，隔板中的流速應逐漸減小。3．反應設備34(2)機械反應池機械攪拌反應池如圖16—9所示。圖中的轉動軸是垂直的，也可以用水平軸式。(2)機械反應池機械攪拌反應池如圖16—9所示。圖中的轉35第二節中和法

酸和堿是常用的工業原料。使用酸、堿的工廠往往有酸性廢水和堿性廢水因為天然水的堿度是重碳酸鹽(HCO3-)，有一定的緩沖作用。少量的酸、堿廢水混人大量的城市污水，不致使后者的pH值偏離7過大。但是，酸性廢水破壞水泥管，不能容許它進入城市溝道。至于以酸或堿作為洗滌劑的生產工序，產生日大量廢水需要處理則是不言而喻的。

中和劑能制成溶液或漿料時，可用投加法。中和劑為粒料或塊料時，可用過濾法。用煙道氣中和堿性廢水時，可在塔式反應器中接觸中和。常用的堿性中和劑有石灰、電石渣和石灰石、白云石。常用的酸性中和劑有廢酸、粗制酸和煙道氣。第二節中和法361．投加法投藥中和法常用的藥劑是石灰、電石渣、石灰石等，有時也采用苛性鈉和碳酸鈉。中和藥劑的投加量，可按化學反應式進行估算。比較正確的方法是通過試驗。例如堿性藥劑的用量可按下式計算：石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，濃度在10％左右，反應在池中進行。

1．投加法372．石灰石或白云石做中和劑時常呈粗粒狀，可作濾料，故用過濾法。

石灰石的主要成分是CaCO3，白云石的主要成分是CaCO3·MgCO3。若廢水含硫酸而濃度又較高時，粒料將因表面形成硫酸鈣外殼而失去中和作用。因此，以石灰石為濾料時，廢水的硫酸濃度一般不應超過1—2g/L。如硫酸濃度過高，可以回流出水，予以稀釋。

采用升流式膨脹濾池，可以改善硫酸廢水的中和過濾。當粒料的粒徑較細(<3mm)，廢水上升濾速較高(50～70m/h)時，濾床膨脹，粒料相互碰撞摩擦，有助于防止結殼。2．石灰石或白云石做中和劑時常呈粗粒狀，可作濾料，故用過濾法38水污染控制工程：第十六章1污水的化學處理1課件39第三節化學沉淀法用易溶的化學藥劑(可稱沉淀劑)使溶液中某種離子以它的一種難溶的鹽或氫氧化物從溶液中析出，在化學上稱沉淀法。廢水處理中，常用化學沉淀法去除廢水中的有害離子，陽離子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、Cr6+，陰離子如SO42-、PO43-。

難溶鹽和難溶氫氧化物在溶液中的離子的濃度之積(稱溶度積Ks)是常數。當能結合成難溶鹽的兩種離子的濃度之積超過這鹽的溶度積時，這鹽將析出，而這兩種離子的濃度將下降，需要去除的離子就與水分離。例如水中的Zn2+濃度cZn2+需要降低，可投加Na2S，S2-的濃度為CS2-；若cZn2+·cs2-超過ZnS的Ksl.2×10-23，則ZnS從水中析出，Zn2+的濃度降低。

說明一點，易溶難溶是相對的，我們可用較難溶的作為沉淀劑去除能構成更難溶鹽中的某一離子。例如難溶鹽CaSO4的Ks=2.45×10-5很低，但BaSO4的Ks=0.87×10-l0更低，可以用CaSO4作為沉淀劑，沉淀Ba2+。第三節化學沉淀法40例:粘膠纖維廠含鋅廢水的處理酸浴成份為硫酸與硫酸鋅的溶液例:粘膠纖維廠含鋅廢水的處理酸浴成份為硫酸與硫酸鋅的溶液41第四節氧化還原法氧化還原法在廢水處理中不多見。電鍍廢水處理中去除鉻酸根和氰根可用氧化還原法。含汞廢水亦可用氧化還原法回收汞。

常用的氧化還原法有加氯法、電解法和置換法。1．加氯氧化CN-根分批處理時，分兩步進行。先加堿，調整pH值至10以上，同時按計算量(CN-:Cl2=1:2.7)加氯，攪拌混合數分鐘。然后調整pH值到8.5，再按計算量(CN-：Cl2=1:4.1)的110％第二次加氯，攪拌1小時以上完成反應，其反應式如下：快慢第四節氧化還原法快慢42

連續運行時，加氯加酸與廢水同時混合，pH值在5左右；然后加堿提高pH值至11.5左右，接著第二次加氯。其反應式如下：2．電解法直流電流通過電解質溶液時，在兩個電極上引起的化學變化稱電解。陰離子在陽極失去電子而被氧化；陽離子在陰極得到電子而被還原。有時，陽極材料會被氧化成陽離子。

連續運行時，加氯加酸與廢水同時混合，pH值在5左右；433．置換法又稱取代法。電動序中電位較高的金屬能取代水溶液中電位較低的金屬的離子，前者析出而后者溶人水中。顯然，金屬與廢水的接觸表面愈大愈好，接觸時間也是一個重要因素。金屬常制成粒狀濾料，反應器制成過濾柱。圖16—14示以銅屑置換廢酸中汞的流程。3．置換法44水污染控制工程：第十六章1污水的化學處理1課件45第十六章1污水的化學處理

污水的化學處理是利用化學反應的作用以去除水中的雜質。它的處理對象主要是污水中無機的或有機的(難于生物降解的)溶解物質或膠體物質。常用的化學處理法有混凝法、中和法、化學沉淀法和氧化還原法。第一節混凝法一、混凝原理化學混凝所處理的對象，主要是水中的微小懸浮物和膠體雜質。1．膠體的穩定性第十六章1污水的化學處理46

膠體微粒都帶有電荷。天然水中的粘土類膠體微粒以及污水中的膠態蛋白質和淀粉微粒等都帶有負電荷，它的中心稱為膠核。其表面選擇性地吸附了一層帶有同號電荷的離子，這層離子稱為膠體微粒的電位離子，它決定了膠粒電荷的大小和符號。由于電位離子的靜電引力，在其周圍又吸附了大量的異號離子，形成了所謂“雙電層”。這些異號離子，其中緊靠電位離子的部分被牢固地吸引著，當膠核運行時，它也隨著一起運動，形成固定的離子層。而其他的異號離子，離電位離子較遠，受到的引力較弱，不隨膠核一起運動，并有向水中擴散的趨勢，形成了擴散層。固定的離子層與擴散層之間的交界面稱為滑動面。滑動面以內的部分稱為膠粒，膠粒與擴散層之間，有一個電位差。此電位稱為膠體的電動電位，常稱為ζ電位。而膠核表面的電位離子與溶液之間的電位差稱為總電位或φ電位。一般粘土動電位＝-15~-40mV

細菌動電位＝-30~-70mV膠體微粒都帶有電荷。天然水中的粘土類膠體微粒以及污水47氫氧化鐵膠體的結構氫氧化鐵膠體的結構48

膠粒在水中受幾方面的影響：①由于上述的膠粒帶電現象，帶相同電荷的膠粒產生靜電斥力，而且(電位愈高，膠粒間的靜電斥力愈大；②受水分子熱運動的撞擊，使微粒在水中作不規則的運動，即“布朗運動；”③膠粒之間還存在著相互引力——范德華引力。范德華引力的大小與膠粒間距的2次方成反比，當間距較大時，此引力略去不計。使膠體微粒不能相互聚結的另一個因素是水化作用。由于膠粒帶電，將極性水分子吸引到它的周圍形成一層水化膜。水化膜同樣能阻止膠粒間相互接觸。

2．混凝原理化學混凝的機理至今仍未完全清楚。因為它涉及的因素很多，如水中雜質的成分和濃度、水溫、水的pH值、堿度，以及混凝劑的性質和混凝條件等。但歸結起來，可以認為主要是四方面的作用：膠粒在水中受幾方面的影響：①由于上述的膠粒帶電現象，49

1、壓縮雙電層

加入電解質對膠體進行脫穩電解質加入→與反離子同電荷離子→由于異號離子相吸作用和擴散作用而擠入擴散層、吸附層→膠粒帶電荷數減小→壓縮雙電層→電位→穩定性→凝聚·當兩個膠粒相互接近時，由于電位降低，它們互相排斥的力就減小了，即：溶液中離子濃度高的膠粒間斥力比離子濃度低的要小。·由于擴散層變薄，它們相撞時距離減小，導致相互間吸力增大，合力變為以吸力為主，膠粒得以迅速凝聚。

·當兩個膠粒相互接近時，由于電位降低，它們互相排斥的50局限性-不能解釋以下現象：

·混凝劑投加過多，混凝效果反而下降；

·與膠粒帶同樣電荷的聚合物或高分子也會有很好的混凝效果。該機理可以較好地解釋港灣處的沉積現象：因淡水進入海水時，鹽類增加，離子濃度增高，淡水攜帶膠粒的穩定性降低，所以在港灣處粘土和其它膠體顆粒易沉積。局限性-不能解釋以下現象：該機理可以較好地解釋港灣處的沉積現512、吸附電中和

指膠粒表面直接吸附帶異號電荷的聚合離子、高分子物質、膠粒等，中和了部分電荷，因而降低了電位，減小了靜電斥力，使膠粒脫穩。吸附+靜電作用。例：用Na+和有機胺離子RNH3+去除帶負電的碘化銀溶液造成的濁度。發現有機胺離子脫穩的能力比Na+大得多，Na+

投加過量不會造成膠粒再穩，而有機胺則不然，超過一定投量時能使膠粒再穩。說明膠粒吸附了過多的反離子，使原來帶的負電荷轉變成帶正電荷。鋁鹽、鐵鹽投加量高時也發生再穩現象及電荷變號現象2、吸附電中和例：用Na+和有機胺離子RNH3+去除帶負電523、吸附架橋

指高分子物質和膠粒、以及膠粒與膠粒之間的吸附與橋連作用。現象：·高分子投量過少，不足以形成吸附架橋；·但投加過多，會出現“膠體保護”現象。·已經架橋凝聚的膠粒，如受劇烈的長時間的攪拌，架橋聚合物可能從另一膠粒表面脫開，重又卷回原所在膠粒表面，造成再穩。

聚合物在膠粒表面的吸附力：范德華引力、靜電引力、氫鍵、配位鍵等可以解釋非離子型或帶同電號的離子型高分子絮凝劑有較好的混凝效果的現象3、吸附架橋現象：聚合物在膠粒表面的吸附力：可以解釋非離子534、沉淀網捕或卷掃

當金屬鹽（鋁鹽、鐵鹽）或金屬氧化物和氫氧化物（如石灰）做混凝劑時，當投加量大得足以迅速沉淀金屬氫氧化物或金屬碳酸鹽時，水中的膠粒可被這些沉淀物在形成時所網捕。小膠粒與大礬花發生接觸凝聚

―――澄清池中發生的現象水中膠粒本身可作為金屬氫氧化物沉淀物形成的核心，因而混凝劑投加量與被去除物質的濃度成反比，即膠粒越多，混凝劑投加量越少。4、沉淀網捕或卷掃小膠粒與大礬花發生接觸凝聚水中膠粒本身可54三、混凝劑和助凝劑

1、混凝劑的種類三、混凝劑和助凝劑55(1)無機鹽類混凝劑目前應用最廣的是鋁鹽和鐵鹽。鋁鹽中主要有硫酸鋁、明礬等。明礬是硫酸鋁和硫酸鉀的復鹽K2S04·24H20·AL203含量約10.6％。鐵鹽中主要有三氯化鐵、硫酸亞鐵和硫酸鐵等更深的溶解物。（1）硫酸鋁

·Al2(SO4)3nH2O,n=6,10,14,16,18,27

·大多使用塊狀或粒狀

·投加方式：干式或濕式，濕式：10-20%（重量）

·使用水溫：20-40℃

·適宜pH范圍：5.5～8，且隨原水的硬度而異

·軟水：5.5-6.6

·中等硬度:6.6-7.2

·硬度高時:7.2-8特點：·使用便利，混凝效果好；

·但可導致老年癡呆癥，投加量大時會出現渾濁現象(1)無機鹽類混凝劑（1）硫酸鋁56（2）聚合氯化鋁·[Al2(OH)nCl6-n]mn=1-5,m≤10,整數·混凝效果與水解度B*的關系較大

B*為2.5時，Al13可達80%以上Al13Keggin結構（2）聚合氯化鋁·[Al2(OH)nCl6-n]m57·

對污染嚴重或低濁度、高濁度的原水均有較好的處理效果；·水溫低時也有較好的處理效果；·礬花形成快，顆粒大且重，沉淀性能好；·適宜的pH范圍寬(5-9),投加過量時不會象硫酸鋁那樣造成水混濁的反效果;·對設備的腐蝕小，出水的pH值下降較小·特點·對污染嚴重或低濁度、高濁度的原水均有較好的處理效果；·58（3）鋁鹽在水中的化學反應

水解過程：

配位水分子發生水解：

[Al(H2O)6]3+――[Al(OH)(H2O)5]2++H+

其結果是：價數降低，pH降低，最終產生Al(OH)3沉淀縮聚反應：－OH－發生架橋，產生高價聚合離子（多核羥基絡合物）

（3）鋁鹽在水中的化學反應59產物包括：

·未水解的水合鋁離子

·單核羥基絡合物

·多核羥基絡合物

·氫氧化鋁沉淀

結果是：電荷升高，聚合度增大產物包括：結果是：電荷升高，聚合度增大60（1）三氯化鐵

·

FeCl3·6H2O，黑褐色晶體，有強烈吸水性，極易溶于水

·特點：

·礬花大，易沉降；

·受水溫影響小，低溫低濁時仍有好的處理效果；

·適宜pH范圍寬（6-11）；

·溶液具有強腐蝕性；

·處理后水的色度比用鋁鹽高。3、鐵系混凝劑優點缺點（1）三氯化鐵3、鐵系混凝劑優點缺點61

（2）聚合硫酸鐵

·特點：具有較強的除濁、去除COD及重金屬離子的能力，同時還具有脫色、脫臭、脫水等功能，其適宜的pH范圍寬，絮凝體比重大，沉降迅速，在低溫時也有較好的處理效果。

（2）聚合硫酸鐵62（3）鐵鹽在水中的化學反應四個步驟：

A.水解生成單體，二聚體與三聚體；

B.低聚物與低分子量高分子的快速生成與溶解；

C.高分子量高分子聚合物的慢速形成；

D.沉淀的形成。（3）鐵鹽在水中的化學反應四個步驟：63（4）水解所需的堿度

鋁鹽、鐵鹽投入天然水體，將逐步水解產生H+，要使反應繼續進行，就必須要有堿度來中和H+。

一般加石灰，用量用下式計算：鋁鹽：[CaO]=0.5a-56x+ba—鋁鹽的投加量，mg/Lx—原水的堿度，mmol/Lb—使反應順利進行多加的劑量，mg/L，一般20mg/L（4）水解所需的堿度644、有機高分子混凝劑

高分子混凝劑的凝聚作用：·由于氫鍵、靜電、范德華力等作用對膠粒有較強的吸附結合力；·因為高聚合度的線型高分子在溶液中保持適當的伸展形狀，從而發揮吸附架橋作用。4、有機高分子混凝劑高分子混凝劑的凝聚作用：65

高分子混凝劑有無機和有機的兩種。聚合氯化鋁和聚合氯化鐵是目前國內外研制和使用比較廣泛的無機高分子混凝劑。

有機高分子混凝劑有天然的和人工合成的。這類混凝劑都具有巨大的線性分子。每一大分子有許多鏈節組成。鏈節間以共價鍵結合。我國當前使用較多的是人工合成的聚丙烯酰胺，分子結構為：

聚丙烯酰胺的聚合度可多達2×104—9×104，相應的分子量高達150×104～600×104。凡有機高分子混凝劑鏈節上含有的可離解基團離解后帶正電的稱為陽離子型，帶負電的稱為陰離子型；鏈節上不含可離解基團的稱非離子型。

665、助凝劑

可以參加混凝，也可不參加混凝，能促進混凝過程，產生大而結實的礬花。分類：

·酸堿類：調整水的pH，如石灰、硫酸等；

·加大礬花的粒度和結實性：如活化硅酸（SiO2

·nH2O）、骨膠、高分子絮凝劑；

·

氧化劑類：破壞干擾混凝的物質，如有機物。如投加Cl2、

O3等。5、助凝劑·氧化劑類：破壞干擾混凝的物質，如有機物。如投67·原水濁度高時-

先加PAM，后加其它混凝劑。讓PAM先在較高濁度水中充分發揮作用，吸附一部分膠粒，使濁度有所降低，其余膠粒由其它混凝劑脫穩，再由PAM吸附，這樣可以降低其它混凝劑用量。·原水濁度低時-

先加其它混凝劑，半分鐘后加PAM，使雜質顆粒先脫穩到一定程度，為PAM大分子的絮凝作用創造有利條件。PAM作為助凝劑常與其他混凝劑一起使用：·原水濁度高時-PAM作為助凝劑常與其他混凝劑一起使用：686、鋁鹽和鐵鹽的混凝機理

四種作用：

·Al3+或Fe3+

和低聚合度高電荷的多核配合離子的壓縮雙電層和吸附電中和的脫穩凝聚作用；

·高聚合度配合離子的橋連絮凝作用；

·氫氧化物沉淀形態存在時的網捕作用6、鋁鹽和鐵鹽的混凝機理69三、影響混凝的主要因素

1、水溫

·

低溫，混凝效果差，原因：

·無機鹽水解為吸熱，水溫低，水解慢；

·溫度降低,粘度升高―布朗運動減弱，絮凝體不易形成；

·水溫過高:易使高分子絮凝劑老化生成不溶性物質，降低混凝效果。

2、水的pH及堿度

視混凝劑品種而異。無機鹽水解，造成pH下降，影響水解產物形態。三、影響混凝的主要因素70

水的pH值對混凝的影響程度視混凝劑的品種而異。用硫酸鋁去除水中濁度時，最佳pH值范圍在6.5～7.5之間；用于除色時，pH值在4.5～5之間。用三價鐵鹽時，最佳pH值范圍在6.0—8.4之間，比硫酸鋁為寬。如用硫酸亞鐵，只有在pH>8.5．和水中有足夠溶解氧時，才能迅速形成Fe3+，這就使設備和操作較復雜。為此，常采用加氯氧化的方法，其反應為：高分子混凝劑尤其是有機高分子混凝劑，混凝的效果受pH值的影響較小。3．水中雜質的成分、性質和濃度水中雜質的成分、性質和濃度都對混凝效果有明顯的影響。例如，天然水中含粘土類雜質為主，需要投加的混凝劑的量較少；而污水中含有大量有機物時．需要投加較多的混凝劑才有混凝效果，其投量可達10—103mg/l。但影響的因素比較復雜，理論上只限于作些定性推斷和估計。水的pH值對混凝的影響程度視混凝劑的品種而異。用硫酸71·雜質濃度低，顆粒間碰撞機率下降，混凝效果差。

·水中存在二價以上的正離子，對天然水壓縮雙電層有利；

·顆粒雜質越單一、均勻、越細越不利，大小不一的顆粒有利于混凝；

低溫水與低濁水的混凝具有不利因素，成為專門研究的課題

·雜質濃度低，顆粒間碰撞機率下降，混凝效果差。·水中724．水力條件混凝過程中的水力條件對絮凝體的形成影響極大。整個混凝過程可以分為兩個階段：混合和反應。水力條件的配合對這兩個階段非常重要。

混合階段的要求是使藥劑迅速均勻地擴散到全部水中以創造良好的水解和聚合條件，使膠體脫穩并借顆粒的布朗運動和紊動水流進行凝聚。在此階段并不要求形成大的絮凝體。混合要求快速和劇烈攪拌，在幾秒鐘或一分鐘內完成。4．水力條件73（1）混合：作用：迅速、均勻地將藥劑分散到水中，形成細小礬花，完成凝聚過程要求：·時間短（一般幾十s，不超過2min)；

·攪拌強度大（2）絮凝：作用：使細小礬花逐漸長大成大顆粒（d=0.6-1.2mm

）而便于沉降要求：·水流有適當的紊流程度；

·適當的攪拌時間（1）混合：74

四、化學混凝的設備包括：混凝劑的配制和投加設備、混合設備和反應設備。1．混凝劑的配制和投加設備混凝藥劑投加到要處理的水中，可以用干投法和濕投法。干投法使用較少。濕投法是將混凝劑先溶解，再配制成一定濃度的溶液后定量地投加。(1)混凝劑的溶解和配制混凝劑是在溶解池中進行溶解。溶解池應有攪拌裝置，攪拌的目的是加速藥劑的溶解。

四、化學混凝的設備75水污染控制工程：第十六章1污水的化學處理1課件76(2)混凝劑溶液的投加藥劑投入原水中必須有計量及定量設備，并能隨時調節投加量。計量設備可以用轉子流量計，電磁流量計等。(2)混凝劑溶液的投加藥劑投入原水中必須有計量及定量設備772．混合設備常用的混合方式是水泵混合、隔板混合和機械混合。(1)水泵混合利用提升水泵進行混合是一種常用的方法。(2)隔板混合在混合池內設有數塊隔板，水流通過隔板孔道時產生急劇的收縮和擴散，形成渦流，使藥劑與原水充分混合。(3)機械混合用電動機帶動槳板或螺旋槳進行強烈攪拌是一種有效的混合方法。2．混合設備783．反應設備反應設備有水力攪拌和機械攪拌兩大類。(1)隔板反應池往復式隔板反應池如圖16—8所示。它是利用水流斷面上流速分布不均勻所造成的速度梯度，促進顆粒相互碰撞進行絮凝。為避免結成的絮凝體被打碎，隔板中的流速應逐漸減小。3．反應設備79(2)機械反應池機械攪拌反應池如圖16—9所示。圖中的轉動軸是垂直的，也可以用水平軸式。(2)機械反應池機械攪拌反應池如圖16—9所示。圖中的轉80第二節中和法

酸和堿是常用的工業原料。使用酸、堿的工廠往往有酸性廢水和堿性廢水因為天然水的堿度是重碳酸鹽(HCO3-)，有一定的緩沖作用。少量的酸、堿廢水混人大量的城市污水，不致使后者的