第三篇化學法第4章化學混凝法4.1膠體結構及其脫穩機理4.2混凝劑及其作用機理4.3混凝條件及混凝試驗4.4混凝設備

第4章化學混凝法10-1010-910-710-4粒度（m）真溶液膠體溶液懸浮液

混凝法沉淀法

混凝澄清法，是指在混凝劑的作用下，使廢水中的膠體和細微懸浮物凝聚為絮凝體，然后予以分離除去的水處理法。4.1膠體結構及其脫穩機理一、膠體的特性二、膠體的結構三、膠體的脫穩和凝聚機理4.1膠體結構及其脫穩機理1、光學性質2、力學性質3、表面性質4、動電現象一、膠體的特性二、膠體的結構及其ζ電位

q——膠體粒子的電動電荷密度，即膠粒表面與溶液主體間的電荷差

δ——擴散層厚度，cm；

ε——水的介電常數，其值隨水溫升高而減小。

4.1膠體結構及其脫穩機理三、膠體的脫穩和凝聚機理

膠體能保持穩定的原因：（1）同性膠體微粒之間的靜電斥力（2）擴散層中反粒子的的水化作用膠體因ζ電位降低或消除，從而失去穩定性的過程稱為脫穩。脫穩的膠粒相互聚集為微絮粒的過程稱為凝聚。

未經脫穩的膠體通過高分子架橋作用形成大的顆粒，稱為絮凝。混凝機理包括：壓縮雙電層吸附電中和吸附架橋沉淀物網捕4.1膠體結構及其脫穩機理三、膠體的脫穩和凝聚機理1、壓縮雙電層機理4.1膠體結構及其脫穩機理三、膠體的脫穩和凝聚機理1、壓縮雙電層機理4.1膠體結構及其脫穩機理三、膠體的脫穩和凝聚機理1、壓縮雙電層機理4.1膠體結構及其脫穩機理三、膠體的脫穩和凝聚機理2、吸附電中和3、吸附架橋4.1膠體結構及其脫穩機理4.2混凝劑及其作用機理一、常用混凝劑及其性能

二、混凝劑的作用機理三、助凝劑

一、常用混凝劑及其性能名稱代號分子式主要性能三氯化鐵FCFeCl.6H2O混凝效果不受水溫影響，最佳PH為6.0~8.4，但在4.0~11范圍內仍可使用。易溶解，絮體大而密實，沉降快，但腐蝕性大，在酸性水中易生成HCl氣體而污染空氣聚合硫酸鐵PFS[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m用量小，絮體生成快，大而密實。腐蝕性比FeCl3小，所需堿性助劑量小于PAC以外的鐵鋁鹽。適宜水溫10~50oC，PH5.0~8.5，但在4.0~11范圍內仍可使用精制硫酸鋁ASAl2(SO4).18H2O

含Al2(SO4)250~60%。適宜水溫20~40oC，PH6.0~8.5。水解緩慢，使用時需加堿性助劑，衛生條件好，但在廢水處理中應用較少，在循環水中易生成堅硬的鋁垢聚合氯化鋁PAC[Al2(OH)nCl6-n]m

對水溫、PH值和堿度的適應性強，絮體生成快且密實，使用時無需加堿性助劑，腐蝕性小。最佳PH值為6.0~8.5，使用時一般無需加堿性助劑聚合硫酸鋁PAS[Al2(OH)n(SO4)3-n/2]m

使用條件與硫酸鋁基本相同，但用量小，性能好。最佳PH值為6.0~8.5，使用時一般無需加堿性助劑聚硫氯化鋁PACS[Al4(OH)2nCl1-2n(SO4)]m系新型品種，絮體生成快，大而密實。對水質的適應性強，脫色效果優良。最佳PH為5.0~9.0，消耗水中堿度小于其他鐵鋁鹽，無需加堿性助劑一、常用混凝劑及其性能有機高分子絮凝劑

（1）人工合成的有機高分子絮凝劑

陰離子型含有-COOM(M為H+或金屬離子)或-SO3H的聚合物，如部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)和聚苯乙烯磺酸鈉(PSS)等。陽離子型含有-NH3+、-NH2+和-N+R4的聚合物，如聚二甲基氨甲菠丙烯酰胺(APAM)和聚乙烯吡啶鹽等非離子型所含基因不發生離解的聚合物，如聚丙烯酰胺(PAM)、甲叉基聚丙烯酰胺(MPAM)和聚氧化乙烯(PEO)等，其中以PAM應用最為普遍。

（2）天然高分子絮凝劑

常用的有淀粉、半乳甘露糖、纖維素衍生物、多糖和動物骨膠五大類。其它如海藻酸鈉、丹寧等

二、混凝劑的作用機理1、鋁鹽和鐵鹽混凝劑的作用機理（1）鋁鹽的水解過程在pH≤4時，Al3+以Al(H2O)63+的形式存在當pH升高，發生配位水分子離解，生成各種羥基合鋁離子，最終生成氫氧化鋁沉淀物。

實際上，在pH＞

4時，隨著溶液中的OH-濃度的提高，水解產物之間還發生羥基架橋聚合反應，生成不同聚合度的高電荷絡離子：

與此同時，生成的多核聚合物還會繼續水解

所以水解與縮聚兩種反應交錯進行，最終結果產生聚合度極大的中性氫氧化鋁。當其數量超過其溶解度時，即析出氫氧化鋁沉淀物。[A1(OH)(H2O)5]2+[A12(OH)2(H2O)8]4+[A1n(OH)2n-2(H2O)2n+4](n+2)+二、混凝劑的作用機理1、鋁鹽和鐵鹽混凝劑的作用機理（2）鋁鹽和鐵鹽在混凝中的作用由于上述聚合和水解反應交錯進行，因而其產物必然是多種形態的聚合鋁絡離子在一定條件下的混合平衡。略去配位H2O分子以后的具體形態可能有：[A16(OH)15]3+、[A17(OH)17]4+、[A18(OH)20]4+及[A113(OH)34]5+等。一般地，低pH值下的主要形態是低聚合度的高電荷絡離子；（壓縮雙電層和電荷中和作用）高pH值下的主要形態是高聚合度的低電荷絡離子。（吸附橋聯作用）pH值在7～8時，聚合度極大的中性[A1(OH)3(H2O)3]n占絕對優勢；（沉淀的網捕作用）當pH＞8.5時，則重新溶解為[A1(OH)4]-、[A16(OH)20]2-等負離子。（吸附橋聯作用）由上述情況可見，從投加混凝劑開始到反應結束，必然是從簡單到復雜的各種產物相繼出現并交叉發揮作用的過程。

二、混凝劑的作用機理2、有機高分子絮凝劑

離子型的絮凝效果更有效，原因是：（1）如為離子型，而且其電號與微粒電性相反，就能起降低ζ電位和吸附橋聯的雙重作用。（2）離子型絮凝劑所帶的同電號基團間的靜電斥力能使線性分于由卷曲形變為伸展形，捕捉范圍增大，活性基團也得到充分暴露，從而使絮凝劑分子與微粒之間發生吸附橋聯的機率增大。

三、助凝劑(1)pH調整劑在原水pH值不符合工藝要求，或在投加混凝劑后pH值發生較大型化時，就需要投加酸性或堿性物質子以調整。常用的pH調整劑有H2SO4、CO2和Ca(OH)2、NaOH、Na2CO3等。(2)絮體結構改良劑

其作用是加大絮體的粒徑、密度和機械強度。這類物質有水玻璃、活性硅酸和粉煤灰、粘土等。(3)氧化劑

當原水中的有機物含量較高時，容易形成泡沫，不僅使感觀性狀惡化，絮凝體也不易沉降。此時，應投加C12、Ca(C1O)2和NaClO等氧化劑來破壞有機物。當用FeSO4作混凝劑時，則常用O2和Cl2將Fe2+氧化為Fe3+，以提高混凝效果。4.3混凝條件及混凝試驗一、混凝工藝條件水溫

水溫一般以20～30℃為宜，水溫過低，混凝劑水解緩慢，生成的絮體細碎松散，不易沉降。

(2)pH值和堿度

每種混凝劑都有其適宜的pH值，這是因為pH值的高低不但直接影響著污染物存在的形態和表面性質，而且影響著混凝劑的水解平衡及產物的存在形態和存在時間。高分子絮凝劑除離解時產生H+和OH-者外，一般受pH值的影響很小。(3)混凝劑的種類和加量

種類的選擇主要取決于膠體和細微懸浮物的種類、性質和濃度。(4)攪拌強度和攪拌時間

混凝澄清的工藝過程可分為混合、反應和絮體分離三個階段。混合和反應階段都需要攪拌，此時，水中微粒通過速度梯度實現碰撞。4.3混凝條件及混凝試驗速度梯度的含義：

直徑分別為d1和d2的兩個微粒，二者在豎直方向上的中心距為dy，且dy≤(d1十d2)／2。如果兩微粒所在的兩相鄰水層之間有速度差du，且du＞0，那末兩水層在垂直水流方向上單位長度的相對速度變化率du／dy就稱為二者的平均速度梯度，以G表示，單位為s-1。

速梯度實質上反映了顆粒的碰撞機會。4.3混凝條件及混凝試驗攪拌強度和時間的控制根據流體力學原理，，兩水層間摩擦力F和接觸面積A間有如下關系：而單位體積液體攪拌所需功率為故有G和t的乘積Gt可間接表示在整個反應時間t內顆粒碰撞的總次數，可用來控制反應效果，一般Gt值應控制在104～

105之間。

在混合階段，為了達到混凝劑與原水的快速均勻混合，攪拌強

度要大，但時間要短，通常認為G應在500～

1000s-1，攪拌時間t應在10～

30s。在反應階段，既要為微細顆粒的接觸碰撞提供必要的紊流條件和絮體成長所需的足夠時間，又要防止已經生成的絮凝體被擊碎，因此攪拌強度要小，而反應時間要長，相應的G和t值分別為20～

70s-1和15～

30min。4.3混凝條件及混凝試驗混凝試驗混凝劑種類pH值最佳劑量4.4混凝設備

(1)水泵混合將混凝劑溶液在輸水泵的吸入管加入，利用葉輪旋轉產生的渦流達到混合。這種方式簡便易行，能耗低，且混合均勻。但水泵離反應器不能太遠，否則容易在輸水管內形成細碎絮凝體。一、混合器

一、混合器(2)管道混合將混凝劑溶液加入壓力管，利用管內紊流使藥劑擴散于水中。管內水速宜采用1.5～2.0m／s，投藥后的管內水頭損失不小于0.3～0.4m。管道混合無活動部件，結構簡單，安裝使用方便。一、混合器(3)機械攪拌混合槽由攪拌槳快速旋轉造成的紊流完成混合。

槽體有效容積按水力停留時間為10～30s計算。槳葉外緣線速度取1．5～3．0m／s。

二、反應設備

1、機械攪拌反應池

池體分2～4格，每格長寬比為1.0～1.2。葉輪半徑中點線速由第一格的0.5～

0.6m／

s依次遞減到最后一格的0.1～

0.2m／

s。有效池容按水力停留時間為15～30min計算；

采用水力攪拌時，單位體積水流所需功率P(kgf·m/s)為

Q——設計流量，m3/s

Υ

——水的密度，kg/m3h--水流過反應池的水頭損失，m；

V--反應池有效容積，m3

二、反應設備

1、機械攪拌反應池