水中胶粒本身可作为这些沉淀所形成的核心时， 凝聚剂最佳投加量与被除去物质的浓度成反比， 即胶粒越多，金属凝聚剂投加量越少。
四种混凝机理在水处理中往往可能是同时或 交叉发挥作用，只是在一定情况下以某种机 理为主而已。
水处理工程（一）
第二节 胶体的脱稳与凝聚
五、絮凝动力学简介
混凝速度不但取决于胶体的脱稳速度，而 且取决于胶粒间的接触碰撞率
用聚结成大颗粒絮体的过程； 混凝（coagulation-flocculation ）—包括凝
聚与絮凝两种过程
一、混凝剂
要求：混凝效果好，对人类健康无害，价廉 易得，使用方便
水处理工程（一）
第三节 混凝剂与助凝剂
1.硫酸铝
含有不同的结晶水，Al2(SO4)3·nH2O，其中n＝6、10、
14、16、18和27，常用的是18，比重1.61，外观为白
水处理工程（一）
第二节 胶体的脱稳与凝聚
一、压缩双电层机理
向溶液中投加电解质使溶液中离子浓度增高，则扩 散层的厚度将从图上的oa减小到ob
加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力 把原有部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层 厚度减小。
ob
a
水处理工程（一）
第二节 胶体的脱稳与凝聚
ζ电位降低，胶粒间的排斥力减少；扩散层减薄，
水处理工程（一）
硫酸铝在水中的化学反应（P30）
硫酸铝Al2（SO4）3·18H2O溶于水后，立即离 解出铝离子，通常是以[Al(H2O)6]3+存在，但接着 会发生水解与缩聚反应，形成不同的产物。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、氢氧化铝沉淀等。各种产物的 比例多少与水解条件（水温、pH、铝盐投加量） 有关。
第一节胶体的特性与结构
一、胶体的特性
光学性质
高度的分散性和多相不均匀性特征——丁达尔效应。
动力学性质
布郎运动—线度小于4×10-6m的粒子在分散介质中呈 现不停息的、无规则的热运动状态
既是不能自由沉淀原因，也是可能碰撞结成较大粒子 沉淀的原因
水处理工程（一）
第一节胶体的特性与结构
表面性能
比表面积大，强烈的吸附能力和水化作用
水处理工程（一）
第三章 混凝
◆胶体的特性与结构 ◆胶体的脱稳与凝聚 ◆混凝剂与助凝剂 ◆影响混凝效果的因素 ◆混凝设备
水处理工程（一）
兴趣是最好的老师
1、胶体颗粒为何带电？ 2、一个胶团由哪几部分组成？胶团公式的通式？ 3、什么是凝聚、絮凝和混凝？ 4、水的混凝机理有哪几类？ 5、高分子絮凝剂的絮凝过程特点？ 6、影响混凝效率的因素有哪些？ 7、混合过程要求对水进行快速搅拌，此时颗粒间的碰撞
{[Fe(OH)3]m
nH+,(n-x)Cl-}x+
胶核
电位形成离子，束缚反离子
吸附层 胶粒
x·Cl-
自由反离子
扩散层
胶团
水处理工程（一）
第二节 胶体的脱稳与凝聚
胶体保持稳定原因：
（1）同类胶体微粒电性相同，它们之间的静电排斥力阻止
微粒间彼此接近聚合成较大的颗粒 （2）带电荷的微粒和反离子都能与水分子发生水化作用，
胶粒相撞时距离减少。解释港湾处沉积现象 单纯静电现象来说明电解质对脱稳的作用，对重
新稳定现象无法解释。
✓三价铁盐或铝盐作混凝剂，投加过多时，凝聚 效果下降，甚至重新稳定。
✓胶粒与混凝剂、胶粒与水溶液、混凝剂与水溶 液三个方面的相互作用，一个综合现象
水处理工程（一）
第二节 胶体的脱稳与凝聚
二、吸附电中和机理
分粘连不着第二个胶粒，则这个伸展部分 迟早还会被原先的胶粒吸附在其它部位上， 这个聚合物起不到架桥作用了，胶粒又处 于稳定状态；(低浊废水效果不好原因）。
聚合物的二次吸附，不与另外颗粒表面上 的空位接触
脱稳颗粒
=
绒体颗粒
=
再稳定颗粒
水处理工程（一）
反应4：高分子絮凝剂投 加过量时，会使胶粒表面
饱和产生再稳现象；
水处理工程（一）
反应1：线型结构，具有能与胶粒表
面某些部位起作用的化学基团，当与 胶粒接触时，基团能与胶粒表面产生 特殊的反应而互相吸附，而高聚合物 分子的其余部分则伸展在溶液中2：其余部分可以与另一个
表面有空位的胶粒吸附；绒体的 形成
脱稳颗粒
反应3：胶粒较少时，上述聚合物伸展部
粒度大于100nm的称为悬浮液。 粒度在100nm以上的悬浮液可采用沉淀或过滤处理，粒
度在1 nm ～100μm间的部分悬浮液和胶体溶液可采用混 凝处理。
混凝—就是在废水中预先投加化学药剂来破坏胶体
的稳定性，使废水中的胶体和细小悬浮物聚集成具 有可分离性的絮凝体，再加以分离去除的过程。
水处理工程（一）
动电现象
在外加电位差的作用下而引起的胶体溶液系统内固 相与液相间产生的相对位移；
电泳—胶体微粒带电； 电渗—在多孔塞或毛细管中的水带有正电荷； 胶体微粒可能带负电也可能带正电，产生排斥力，
不能聚合的原因。天然水体中胶体多带负电。
水处理工程（一）
电泳和电渗现象
水处理工程（一）
第一节 胶体的特性与结构
单核络合物通OH-桥键缩聚成单核羟基络合物：
[Al(H2O)6]3+ +[Al (OH)(H2O)5]2+ = [Al2 (OH)(H2O)10]5++H2O 两个单羟基络合物可缩合成双羟基双核络合物：
2[Al (OH)(H2O)5]2+ = [Al2(OH )2(H2O)8]4+ + 2H2O
生成物[Al2(OH)2(OH)8]4+还可进一步缩合成[Al3(OH)4(H2O)10]5+ 缩合产 物同时也会发生水解反应：
胶粒的碰撞是以异向絮凝为主还是以同向絮凝为主，主要取决
于胶粒粒径和速度梯度，但粒径的影响要大得多。
就整个混凝过程而言，微小颗粒一般总是先进行异向絮凝（混 合阶段），待粒径增大后，随即进行同向絮凝（反应阶段）。
水处理工程（一）
第三节 混凝剂与助凝剂
区别凝聚、絮凝和混凝
凝聚—胶体被压缩双电层而脱稳的过程； 絮凝—胶体由于高分子聚合物的吸附架桥作
胶粒表面对异号离子、异号胶粒、链状离子或分 子带异号电荷的部分有强烈的吸附作用
解释上述现象：胶粒吸附了过多的反离子，使原 来的电荷变号，排斥力变大，发生再稳现象
三、吸附架桥机理
主要是指：链状高分子聚合物在静电引力、范德 华力和氢键力作用下，通过活性部位与胶粒和细 微悬浮物等发生吸附桥联的过程。
过量聚合物
＋=
颗粒
稳定颗粒 （无吸附空位）
反应5：已经架桥絮凝的胶 粒，如受到剧烈的长时间搅 拌，架桥聚合物可能从另一 胶粒表面脱开.
反应6：重又卷回原所在 胶粒表面，造成再稳定 状态
=
绒体颗粒
=
绒体碎片
绒体碎片 再稳绒体的碎片
水处理工程（一）
第二节 胶体的脱稳与凝聚
四、沉淀物网捕机理
硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作凝聚剂 时，投加量大得足以迅速沉淀金属氢氧化物 （Al(OH)3,Fe(OH)3)或带金属碳酸盐(CaCO3)时， 水中的胶粒和细微悬浮物可被这些沉淀物在形成 时作为晶核或吸附质所网捕。
色，光泽结晶。 易溶于水，溶液呈酸性，室温时溶解度大致是50%，
pH值在2.5以下。废水中溶解度提高到90%以上。 使用便利，混凝效果好，不会给处理后水质带来不良
影响。水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体松散。 投加方式：干式或湿式，湿式投加10%-20%浓度
pH值适应范围较窄，软水5.7-6.6；中等硬水6.6-7.2；硬度较高 的水7.2-7.8。
第一节 胶体的特性与结构
– 胶团的结构：
按照以上的描述胶体粒子的结构式可写为：
{[胶核] 电位形成离子，束缚反离子} 吸附层
胶粒 胶团
自由反离子 扩散层
水处理工程（一）
第一节 胶体的特性与结构
以氢氧化铁为例，氢氧化铁是由三氯化铁水解形成，故水 中的主要电解质为H＋和Cl-。
FeCl3+3H2O→Fe(OH)3+3HCl
吸附层边界 滑动面 扩散层
水处理工程（一）
第一节 胶体的特性与结构
➢胶核与溶液主体间由于表面电荷的存在所产生的
电位称为φ电位，
➢胶粒与溶液主体间由于胶粒剩余电荷的存在所产
生的电位称为ζ电位。 ζ电位通过电泳或电渗测出，
水处理中有重要意义。
双
电 层
电 位
与
φ
ζ
电
ξ
位
至胶核表面的距离
水处理工程（一）
水处理工程（一）
硫酸铝的混凝机理
不同pH条件下，铝盐可能产生的混凝机理不同。
何种作用机理为主，决定于铝盐的投加量、pH、温度 等。实际上，几种可能同时存在。
pH<3 简单的水合铝离子起压缩双电层作用；
pH=4~5 多核羟基络合物起吸附电性中和；
pH=6.5-7.5 氢氧化铝起吸附架桥；
pH>8
带负电荷的络合阴离子。
硫酸铝在凝聚过程中既有电中和压缩扩散层的作用， 也有吸附架桥的作用。
水处理工程（一）
第三节 混凝剂与助凝剂
2.聚合氯化铝---碱式氯化铝
聚合氯化铝化学式表示为[Al2(OH)nCl6-n]m，n 可取1-5整数，m为<10的整数
一种无机高分子混凝剂，20世纪60年代日本 首先使用。
我国1973年成都市召开全国新型混凝剂技术
二、胶体的结构
胶体的双电层理论：
➢粒子的中心是胶核，它由数百乃至数 胶
千个分散相固体物质分子组成。胶核表
核 表
面分子电离而带有电荷。静电吸引力的 面