混凝及混凝劑

混凝工藝水處理中是必不可少的工藝路線3混凝技術的應用：除雜，尤其是水的凈化。水的凈化方面：飲用水、富營養化湖泊水、工業用水；各種廢水（石油、紡織印染、采礦、造紙、食品、化學等工業）制糖工業：各類糖漿、泥汁、混合汁、甜水和廢水的澄清脫色處理混凝技術在水處理中的應用功能

Functions技術Technologies一級處理（混凝、澄清）Coagulation-Clarification大型重力沉淀池

LargeSettlingTanks載體嵌合沉淀

BallastedSedimentation溶氣浮選

DissolvedAirFlotation二級處理（生物處理）

BiologicalTreatment氧化塘

Lagoons氧化溝

OxidationDitch活性污泥

ActivatedSludge移動床生物膜反應器

MBBR序批式活性污泥法

SBR膜-生物反應器

MBR三級處理（強化絮凝、過濾）Filtration強化絮凝膜技術微濾，超濾，納米濾，反滲析

Membranes

消毒

Disinfection氯

Chlorine紫外線

UltraViolet(UV)混凝在水處理中的應用混凝應用于給水處理典型工藝混凝應用于城市污水處理典型工藝混凝定義及混凝原理混凝技術定義混凝技術：利用混凝作用把溶液中的微小膠體、顆粒及懸浮物除去并分離的技術。混凝是若干個凝聚作用的結果，當顆粒聚集到一定程度（約100um）時，便會從溶液中沉淀出來。9膠體和懸浮物的性質分散體系性質粒徑(cm)穩定性溶解狀態擴散速度能否滲析能否透濾紙真溶液小于10-7很穩定溶解快能能膠體顆粒10-7~10-4較穩定膠體慢不能能懸浮顆粒10-4~10-2不穩定懸浮，易沉淀不擴散不能不能反滲透納濾超濾微濾顆粒過濾

離子和分子大分子微粒微米10-3納米富里酸腐殖酸似隱孢菌素卵母細胞

病毒細菌藻類

非揮發有機物色度消毒副產物致癌前軀物脊髓灰質炎病毒

粘土淤泥膠體乳化油小假單胞菌流感病毒合成有機化合物殺蟲劑、表面活性劑、染料、二堊英、生物及化學耗氧量

離子硝酸根、硫酸根氰化物、硬度、砷磷酸根、重金屬大腸桿菌蛋白質酶制品氨基酸小紅細胞膠體硅10-210-11110102103

水中污染物粒徑分布-以市政水雜質為例

絮凝膠體的結構

先有大量的分散相物質的分子或原子組成一個具有晶體結構的聚結體，稱為膠核；然后膠核選擇性的吸附穩定劑中的一種離子，形成緊密吸附層；由于正、負電荷相吸，在緊密層外形成反號離子的包圍圈，從而形成了帶與緊密層相同電性的膠粒；

膠粒與擴散層中的反號離子，形成一個電中性的膠團。膠核膠粒膠團膠粒的結構膠核吸附離子是有選擇性的，首先吸附與膠核中相同的某種離子，用同離子效應使膠核不易溶解。

若無相同離子，則首先吸附水化能力較弱的負離子，所以自然界中的膠粒大多帶負電，如泥漿水、豆漿等都是負溶膠。例1：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓

過量的KI作穩定劑膠團的結構表達式：{[AgI]mnI-(n-x)K+}x-xK+膠核膠粒膠團可滑動面(AgI)m膠核K+K+K+K+膠團I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-I-K+K+K+K+K+K+K+K+膠粒膠團構造示意圖例2：AgNO3+

KI→KNO3+AgI↓

過量的AgNO3

作穩定劑膠團的結構表達式：{[AgI]mnAg+(n-x)NO3-}x+xNO3-膠核膠粒膠團可滑動面(AgI)m膠核膠團構造示意圖膠團NO3-NO3-NO3-NO3-膠粒Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+Ag+NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-NO3-影響溶膠穩定性的因素2. 濃度的影響。

濃度增加，粒子碰撞機會增多。3. 溫度的影響。

溫度升高，粒子碰撞機會增多，碰撞強度增加。4. 膠體體系的相互作用。 帶不同電荷的膠粒互吸而聚沉。1. 外加電解質的影響。 這影響最大，主要影響膠粒的帶電情況，使

電位下降，促使膠粒聚結。膠體的穩定性和聚沉作用膠體的聚沉(1)電解質的聚沉作用

在溶膠中加入少量電解質，可以使膠粒吸附的離子增加，ζ電勢提高，增加溶膠的穩定性，稱為穩定劑。

當電解質的濃度足夠大,部分反粒子進入緊密層，而使ζ電勢降低,擴散層變薄,膠粒之間靜電斥力減小而導致聚沉，則稱為聚沉劑。(2)溶膠的相互聚沉作用

當兩種帶相反電荷的溶膠所帶電量相等時，相互混合也會發生聚沉。明礬凈水原理:水中含有泥沙等污物的負溶膠，加入KAl(SO4)2在水中水解生成Al(OH)3正溶膠。在適當量下，發生相互聚沉。

與加入電解質情況不同的是，當兩種溶膠的用量恰能使其所帶電荷的量相等時，才會完全聚沉，否則會不完全聚沉，甚至不聚沉。(3)高分子化合物的作用

在溶膠中加入少量高分子化合物可使溶膠聚沉，稱為敏化作用(絮凝作用)。

在溶膠中加入足夠多的高分子化合物，則會阻止溶膠的聚沉，稱為空間保護作用。混凝原理添加混凝劑混凝劑與污染物充分混合高嶺土為例形成絮體混凝劑水解并與污染物形成絮體重力沉淀絮體的重力沉降該工藝的重要性：藥劑廉價工藝簡單適用面廣目前無論是在給水或是排水處理中，混凝工藝均是必不可少的工藝路線混凝去除污染物過程電中作用橋聯作用___++++__凝聚過程絮凝過程凝聚：膠體及懸浮顆粒表面電荷被中和，靜電排斥力消失，顆粒脫穩定而形成細小凝聚體的過程絮凝：膠體和懸浮顆粒在絮凝劑作用下，橋聯成大的絮凝體的過程沉淀：當顆粒聚集到一定程度（約100um）時，便會從溶液中沉淀出來混凝劑：能起凝聚和絮凝作用的藥劑混凝去除污染物過程膠體和懸浮物的混凝機理（一）混凝的目的混凝是為了使膠體和懸浮物顆粒能夠通過碰撞而彼此聚集。為實現這一目的，就要消除或降低膠體顆粒的穩定因素，使其失去穩定性。

（二）膠體顆粒脫穩的機理膠體顆粒的脫穩可分為兩種情況：

1、通過混凝劑的作用，使膠體顆粒本身的雙電層結構發生變化，使ξ電位降低或消失，達到膠體穩定性破壞的目的。2、膠體顆粒的雙電層結構未發生多大變化，而主要是通過混凝劑的媒介作用，使顆粒彼此聚集。（三）當前流行描述水混凝現象的四種機理1、壓縮雙電層作用機理

2、吸附和電荷中和作用機理

3、吸附架橋作用機理

4、沉淀物網捕作用機理注：在水處理工程中，上述四種機理有時可能同時發揮作用，只是在特定情況下以某種機理為主。需具體情況具體分析。29絮凝作用機理：DLVO理論膠體顆粒間的吸引能和排斥能的相互作用決定了膠體的穩定性和產生絮凝沉淀的情況。1）顆粒凝集：顆粒布朗運動動能足夠大，達到顆粒間范德華力>顆粒間排斥力，顆粒出現脫穩定狀態。顆粒脫穩定狀態的三種情形：A.凝聚：顆粒水化膜有特殊粘滯力時，范德華力不足以完全排斥水化膜，顆粒雖能集結，但不能直接接觸。加入電解質，能中和顆粒表面電荷，減小擴散層厚度，降低排斥能，顆粒間以吸引力為主，出現凝聚現象。30B.凝結：顆粒間水化膜粘滯力較弱時，范徳華力大到足以排擠水化膜，顆粒間直接接觸。C.絮凝：凝聚和凝結所形成的細小凝聚體在絮凝劑的進一步僑聯作用下，形成更大的絮凝體，從水中分離出來。312）雙電層壓縮和電荷中和作用雙電層壓縮：膠體結構中的雙電層變薄時能降低排斥能，當排斥能降低到相當小時，顆粒能因相互吸引產生疏松的絮凝體。電解質能中和顆粒表面電荷而壓縮膠體中的雙電層。電荷的中和作用：膠體顆粒表面對相反電荷的吸附中和了膠粒部分電荷，使排斥能降低到顆粒足以克服排斥力障礙而產生絮凝沉淀。加入絮凝劑等化學試劑可以使膠體表面電荷被中和甚至帶上相反電荷。電荷中和常用試劑：過量表面活性劑；高分子絮凝劑（5～20萬可產生細小疏松絮凝體，200萬可完全絮凝，產生大的絮凝體）323）橋聯作用：膠體或懸浮物顆粒通過有機或無機高分子絮凝劑吸附，形成橋架式空間結構的絮凝體而沉淀的現象。絮凝劑以氫鍵、配位鍵或范徳華力等作用力與顆粒作用，形成環式、尾式、列車式等結構，以環式和尾式更易形成僑聯作用。4）沉淀物網捕機理金屬鹽、金屬氧化物和氫氧化物作絮凝劑時，可以形成金屬氫氧化物或金屬碳酸鹽沉淀，沉淀過程中會網捕水中膠粒。混凝劑34一.混凝劑的絮凝值：使膠體產生絮狀沉淀所需的最小電解質濃度。Fc=CD3(kT)5A2e6z6Fc----絮凝值C-----常數（依電解質而不同）D-----水的電解常數k------玻爾茲曼常數T-----絕對溫度A-----范徳華常數e------元電荷z------絮凝劑的化合價35由上式可知：Fc1:Fc2:Fc3＝1:0.0156:0.00137即：絮凝劑的化合價對絮凝值的影響至關重要。化合價越高絮凝作用越強。化合價相同的絮凝劑對三硫化二砷膠體的絮凝值見書P123水合離子半徑越小，布朗運動頻率越大，和膠體顆粒碰撞機會越多，絮凝作用越大，絮凝值越小。注意：有機高分子除電荷中和作用外還有僑聯作用，故不適合上述結論。混凝劑二、混凝劑的基本要求（一）混凝效果好；（二）對人體健康無害；（三）適應性強，使用方便；（四）貨源可靠，價格低廉。三、混凝劑的種類目前混凝劑種類很多，按化學成分可分為無機和有機兩大系列，見下表。無機鋁系硫酸鋁明礬聚合氯化鋁（PAC）聚合硫酸鋁（PAS）適宜pH：5.5~8

鐵系三氯化鐵硫酸亞鐵硫酸鐵（國內生產少）聚合硫酸鐵聚合氯化鐵適宜pH：5~11，但腐蝕性強有機人工合成陽離子型：含氨基、亞氨基的聚合物國外開始增多，國內尚少陰離子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM）非離子型：聚丙烯酰胺（PAM），聚氧化乙烯（PEO）兩性型：使用極少天然淀粉、動物膠、樹膠、甲殼素等微生物絮凝劑一些重要常見混凝劑（一）無機類混凝劑

1、無機鹽類（硫酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鐵）

2、無機高分子類（聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、活化硅酸）（二）有機類混凝劑分為天然高分子改性和化學合成兩大類。如聚丙烯酰胺（PAM）。（三）復合類混凝劑

1、復合型無機高分子混凝劑

2、無機-有機高分子混凝劑復合使用（四）助凝劑凡能提高或改善混凝劑作用效果的化學藥劑可稱為助凝劑。助凝劑可以參加混凝，也可不參加混凝。可分為三種類型：1、調整劑

2、絮體結構改良劑

3、氧化劑（五）微生物絮凝劑

1、微生物絮凝劑概念微生物絮凝劑是指由微生物的自身產生的、具有高效絮凝作用的天然高分子物質（如蛋白質、糖蛋白、多糖、DNA等）。

2、微生物絮凝劑絮凝能力的影響因素（1）絮凝劑的分子結構和分子量（2）絮凝劑的投加劑量（3）溫度（4）pH

（5）金屬離子

3、微生物絮凝劑的特點（1）高效（2）無毒（3）消除二次污染（4）絮凝廣泛

（5）價格較低4、微生物絮凝劑絮凝機理及應用前景絮凝機理還在不斷研究中。目前主要停留在高效微生物絮凝劑產生菌種的分離、篩選和培養上。三、影響混凝效果的主要因素（一）水溫；（二）pH值；（三）堿度；（四）懸浮物含量；（五）水力條件。43影響絮凝作用的因素1.pH值的影響：影響顆粒表面的帶電性。陽離子絮凝劑－酸、中性環境，陰離子絮凝劑－中、堿性環境，非離子型絮凝劑－從強酸到堿性環境使用。2.溫度的影響：20～30℃3.攪拌速度和時間的影響：40～80r/min和2～4min4.高分子絮凝劑的性質和結構的影響：線性高分子絮凝作用大于環狀或支鏈結構。過多或過少的電荷密度都不利于絮凝作用。5.有機高分子絮凝劑的相對分子量的影響：>3萬，最好25萬以上。越大絮凝作用越好。6.絮凝劑用量的影響：隨絮凝劑增多而增大，但過量會重新形成穩定膠體。最佳用量應以實驗確定。溫度對絮凝作用的影響較適宜的水溫：20～30℃水溫過低：水解速度慢，時間增加，影響處理水量；黏度增大，使絮凝體變細小，不易分離。水溫過高：反應速度太快，絮凝體細小，耗能攪拌速度和時間的影響適宜的攪拌速度：40～80r/min適宜的攪拌時間：2～4min攪拌速度過慢，時間過短，濃度不均，絮凝劑與膠體顆粒不能充分接觸，不利于捕捉膠體顆粒攪拌速度過快，時間過長，大顆粒攪碎成小顆粒，降低絮凝效果。混凝劑在藍藻水處理中的研究與應用

內容引言混凝劑的研究現狀及分析無機高分子絮凝劑的應用展望引言珊溪水庫藻類污染軍山湖藍藻事件武漢中山公園太湖藍藻事件湖泊原水的特點及治理

藍藻可在短時間內迅速繁殖，使水體透明度顯著下降。某些藻類本身含有藻毒素，通過食物鏈不斷富集，將加速人腦神經退化、肌肉萎縮，加大老人癡呆癥發病風險，其中微囊藻毒素毒性非常強，將嚴重損害人的肝臟，導致肝癌。

對于藍藻的快速處理，目前普遍認為用無毒絮凝劑沉降的物理方法是最佳選擇之一，特別是當藍藻大規模爆發時，絮凝除藻則更具有優勢，但是傳統的無機絮凝劑往往效果并不理想，這就要求我們對高效廉價的復合高分子無機絮凝劑進行研究。無機高分子絮凝劑的研究現狀及分析鐵系無機高分子絮凝劑鋁系無機高分子絮凝劑聚硅酸無機類絮凝劑鋁系無機高分子絮凝劑

20世紀初，在美國、德國等國就陸續有化學家研究鋁的堿式鹽，發現具有很高混凝能力。20世紀60年代開始我國開始研究聚合鋁，1964年進行了“堿式絡合鋁”的初步試驗研究。70年代初，開始應用于水處理領域。80年代以后聚合鋁在我國得到普遍的應用。90年代聚合鋁類絮凝劑的研究多以復合型聚合鋁為主。目前在國內，鋁鹽類混凝劑使用最普遍的是聚合氯化鋁（PAC）。發展簡史

鋁系無機高分子絮凝劑使用最普遍的還是PAC，易快速形成大的礬花，沉淀性能好。適宜的PH值范圍較寬，水溫低時，仍可保持穩定的沉淀效果，對設備侵蝕作用小。但是，鋁始終屬于低毒物質，經多種渠道進入人體累計后，會破壞機體的生理功能，出現鋁性腦病、鋁性貧血等疾病，對人體危害極大。研究成果及存在的問題聚合氯化鋁（PAC）鐵系無機高分子絮凝劑

學術界對鐵系絮凝劑的研究基本上與鋁系同時進行，該類絮凝劑基于廉價的三氯化鐵和硫酸鐵，因此倍受學者們的青睞。土壤科學家Matterson早在20世紀30年代的電泳研究中就已經指出鐵鹽水解產物具有混凝作用。目前，鐵鹽類混凝劑使用最普遍的是聚合硫酸鐵（PFS）。發展簡史

鐵系無機高分子絮凝劑使用最普遍的為PFS，它不僅安全無毒，可避免二次污染，而且具有混凝能力強、礬花大、沉降快、尤其在低溫條件下，鐵鹽的混凝效果明顯優于鋁鹽。但是其聚合時酸性強，對設備要求抗酸性，有時處理后的水帶橙黃色,存在色度問題，而且水解聚合速度極快而不易控制。研究成果及存在的問題聚合硫酸鐵（PFS）聚硅酸無機類絮凝劑聚硅酸絮凝劑含單種金屬離子的聚合硅酸鹽絮凝劑含兩種金屬離子的聚合硅酸鹽絮凝劑含多種金屬離子的聚合硅酸鹽絮凝劑聚硅酸絮凝劑

聚硅酸最早是作為助凝劑應用于水處理行業的，傳統的是聚合硅酸。20世紀30年代后期，自Baylis首先提出水玻璃經酸中和之后形成的聚硅酸具有絮凝作用以來。20世紀80年代后期，哈爾濱工業大學用透射法及膠體滴定技術對聚硅酸及其助凝效果進行了研究，發現高pH條件下聚合硅酸具有良好的絮凝效果。發展簡史

聚硅酸在聚合過程中分子量不斷的增大，相互交連形成網狀，吸附架橋能力增強，因此具有很好的絮凝效果。但是在聚合過程中容易發生自聚反應而析出膠凝，失去絮凝性能，所以由于其不穩定性，其應用性受到了極大的限制。研究成果及存在的問題聚硅酸（PS）含單種金屬離子的聚合硅酸鹽絮凝劑

聚硅酸鋁和聚硅酸硫酸鐵是上世紀80年代和90年代開始研制的無機高分子絮凝劑。為解決聚硅酸作助凝劑存在二次投加的問題，就出現了金屬鹽聚硅酸絮凝劑