二、助凝剂（结合混凝实验自学）
(1) 酸碱类：如石灰、硫酸等 (2) 加 大 矾 花 粒 度 和 结 实 性 ： 如 活 化 硅 酸 （SiO2 nH2O）、骨胶、高分子絮凝剂 (3) 氧化剂类：破坏干扰混凝的物质，如有机 物。如投加Cl2、O3等
第二章 47
第4节 混凝剂与助凝剂 本节思考题
(1) 铝盐和铁盐混凝剂各自有何特点？对混凝pH有何 要求？ (2) 有机高分子混凝剂在混凝过程中起什么作用？ (3) 未来混凝剂的发展方向是什么？ (4) “助凝”的作用是什么？什么物质可以作为助凝剂？
第3节 水的混凝机理与过程
2. 缩聚反应 ： 两个相邻－OH－发生架桥，产生高价聚合离子
水中碱度不足时，投加石灰。 CaO + H2O Ca(OH)2 石灰投加量： [CaO]=3[a]-[x]+[] [CaO]：纯石灰投加量, mmol/L [a]：混凝剂投量，mmol/L [x]：原水碱度, mmol/L []：保证反应顺利进行的剩余碱度， 一般取0.25 ~ 0.5 mmol/L
第二章 44
第4节 混凝剂和助凝剂
3. 发展方向 无机复合聚合物混凝剂
聚合硫酸铝铁（PFAS） 聚合氯化铝铁（PFAC） 聚合硫酸氯化铁（PFSC） 聚合硫酸氯化铝（PASC） 聚合铝硅（PASi） 传统无机约占20%， 聚合铁硅（PFSi） 无机聚合物占70%， 聚合硅酸铝（PSA） 有机约占10%。 聚合硅酸铁（PSF）
混凝能去除什么物质？ 水中杂质有什么形态？
第二章
3
第二章
4
第1节 混凝去除的对象
•混凝去除对象：胶体及部分细小的悬浮物 •尺寸范围：1nm~0.1m（有时认为在1m） •水处理中主要杂质：粘土（50nm~4 m） 细菌（0.2m~80m） 病毒 (10nm~300nm) 蛋白质（1nm~50nm）
第二章 9 第二章 10
第2节 胶体的性质
3. 胶体类型： 憎水胶体：吸附层中离子直接与胶核接触，水 分子不直接接触胶核的胶体 亲水胶体：胶体微粒直接吸附水分子 极性集团：－OH，－COOH，－NH2
第二章 11
第2节 胶体的性质
二、胶体双电层结构 电位形成离子
吸附层 滑动面 扩散层
异号电荷 动电位
Emax（势垒） 布朗运动能量 Eb＝1.5kT<Emax
EA
x>oa 稳定 x>oc 二次凝聚 x<oa 一次凝聚
第二章 13
DLVO理论 只适用于憎水性胶体
第二章
14
第2节 胶体的性质
四、胶体的凝聚 降低静 电斥力 电位 势垒 脱 稳 凝 聚
第2节 胶体的性质 本节思考题
(1) 胶体为什么会稳定？ (2) 疏水性胶体和亲水性胶体在稳定性上有何特点？ (3) 胶体的电位对混凝工艺有何意义？
本章内容
第1节 混凝去除的对象
第二章 混凝
(Coagulation and Flocculation)
第2节 胶体的性质 第3节 水的混凝机理与过程 第4节 混凝剂与助凝剂 第5节 混凝动力学 第6节 混凝影响因素 第7节 混凝设备 第8节 混凝的应用
第二章 2
第1节 混凝去除的对象
第1节 混凝去除的对象
第二章
36
6
第4节 混凝剂和助凝剂
一、混凝剂(Coagulant) 1.无机混凝剂
第4节 混凝剂和助凝剂
聚合氯化铝 PAC：[Al2(OH)nCl6-n]m
m：聚合度，≤10 B （碱化度）＝[OH]/3[Al] ×100%（50 ~ 80%）
铝系
硫酸铝 明矾 聚合氯化铝(PAC) 聚合硫化铝(PAS)
第二章
29
第二章
30
5
第3节 水的混凝机理与过程
4.网捕或卷扫机理
金属氢氧化物沉淀物在形成过程中对胶粒的网捕。 小胶粒与大矾花发生接触凝聚 ―――澄清池中发生的现象
第3节 水的混凝机理与过程
5. 铝盐可能的混凝机理
pH<3 pH=4~5 简单水合铝离子压缩双电层 多核羟基络合物吸附电中和
pH=6.5~7.5 多核羟基络合物吸附电中和 氢氧化铝起吸附架桥、网捕
第二章 19
2[Al(OH)(H2O)5]2+ [(H2O)4Al OH Al(H2O)4]4++ 2H2O OH
…电荷升高，聚合度增大
第二章 20
第3节 水的混凝机理与过程
第3节 水的混凝机理与过程
3. 水解产物：
H2 O H2 O H2 O
H2O H2O
产物包括：未水解的水合铝离子 单核羟基络合物
腐殖酸
第二章 5
0,001 200
第二章
6
1
第1节 混凝去除的对象
混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚 生长成大矾花,以便在后续沉淀工艺中去除。 以地面水为水源的给水处理工艺： 原水 混凝 沉淀 过滤 消毒 饮用水
第1节 混凝去除的对象
1637年 我国开始使用明矾净水 1884年 西方才开始使用 1.胶体性质 混凝过程： 3.胶体与混凝 剂的相互作用 2.混凝剂在水中 溶解与形态
第二章 27
第3节 水的混凝机理与过程
2.吸附-电性中和作用机理
异号聚合离子
+ + 高分子物质
＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋
范德华力、氢 键及共价键力
胶粒
第二章 28
第3节 水的混凝机理与过程
第3节 水的混凝机理与过程
3.吸附架桥机理（链状高分子聚合物）
使小胶体变大 （絮凝） “胶体保护” 再稳现象
第二章 45
第4节 混凝剂和助凝剂
无机－有机复合：
聚合铝/铁-聚丙烯酰胺、 聚合铝/铁-甲壳素、 聚合铝/铁-天然有机高分子、 聚合铝/铁-其它合成有机高分子
高分子絮凝剂：
阳离子有机化合物 天然改性高分子：无毒易降解，如甲壳素等 多功能絮凝剂：絮凝、缓蚀阻垢、杀菌灭藻 微生物絮凝剂
第二章 46
第4节 混凝剂和助凝剂
2. 絮凝（flocculation） 高聚合物的吸附架桥 脱稳胶粒 生长成大矾花(Floc) （可以通过沉淀去除） d=0.6mm~1.2mm
特点：需要一定时间使矾花长大，搅拌从强弱 在絮凝设备中完成
胶体电位――胶体脱稳――脱稳胶体凝聚 ――生长成d=10的小矾花（Floc）
特点：剧烈搅拌，使混凝剂快速分散 在混合设备中完成
粘土=-15mV~-40mV 细菌=-30mV~-70mV
第二章 12
2
三、DLVO理论
静电斥力：ER－1/x2
第2节 胶体的性质
苏联（1938年）： 德加根（Derjaguin） 兰道（Landon） 荷兰（1941年）： 伏维（Verwey） 奥贝克（Overbeek）
ER E
范德华引力：EA－1/x6 （有些认为是1/x2或1/x3）
－ [ CH2－CH－ ]n CONH2
pH>10条件下水解 COO－ 阴离子型（HPAM） 水解度：30－40％ 聚合度：20000~90000 分子量：150万~600万 对胶体表面具有强烈吸附作用。
(2) 天然：
•淀粉、动物胶、树胶、甲壳素等 •微生物絮凝剂
第二章 43
有机高分子单体的毒性问题。 有些国家严格规定不得超过0.05%。
在实际水处理过程中，往往是几种机理综合作用。 目前仅限于定性描述，有关定量研究近年已开始关注。
第二章 31
天然水体一般pH=6.5~7.8
第二章 32
第3节 水的混凝机理与过程
三、混凝过程 1. 凝聚（coagulation）
带电荷的水解离子或高价离子压缩双电层或 吸附电中和
第3节 水的混凝机理与过程
×4
第二章
41
第二章
42
7
第4节 混凝剂和助凝剂
2.有机混凝剂 ------通常起絮凝剂作用
(1) 人工合成：
•阳离子型：含氨基、亚氨基的聚合物 •阴离子型：水解聚丙烯酰胺（HPAM） •非离子型：聚丙烯酰胺（PAM） 聚氧化乙烯（PEO） •两性型
第4节 混凝剂和助凝剂
非离ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ型：聚丙烯酰胺（PAM）
加入电解质 只适用于憎水性胶体
第二章 15
(4) 采用什么方法可以使胶体脱稳？
第二章
16
第3节 水的混凝机理与过程
第3节 水的混凝机理与过程
一、硫酸铝在水中的化学反应
一、硫酸铝在水中的化学反应 二、水的混凝机理 三、水的混凝过程
硫酸铝：历史最久的混凝剂，作用机理具有代表性。
硫酸铝 Al2(SO4)318H2O
理论上电位＝0，等电状态效果最好 实际只需电位 k Emax 0 临界电位 •很好地解释港湾处的沉积现象。 •叔采－哈代（Schulze-Hardy）法则: 凝聚能力离子价数6 该理论不能解释： (1) 混凝剂投加过多，混凝效果反而下降； (2) 与胶粒带同样电号的聚合物或高分子混凝效果好。
7 第二章 8
废水深度处理： 二级生物 处理出水 混凝沉淀 过滤
第二章
第2节 胶体的性质
第2节 胶体的性质
一、胶体的稳定性
一、胶体的稳定性 二、胶体双电层结构 三、DLVO理论 四、胶体的凝聚
1. 动力学稳定性：布朗运动对抗重力 2. 聚集稳定性： 胶体带电相斥（憎水性胶体） 水化膜的阻碍（亲水性胶体） 1 微米的颗粒沉淀10 厘米需要20小时。
Al
六聚体, 六元环模型
Al2 Al OH Al H2 O OH
Al3
Al6 Al6
第二章 39 第二章 40
第4节 混凝剂和助凝剂
第4节 混凝剂和助凝剂 AlO4Al12(OH)24(H2O)127+ 聚十三铝 Al13