混凝机理知识讲解

混凝的机理混凝是一种常用的水处理技术，广泛应用于污水处理、自来水处理、工业废水处理等领域。

混凝的目的是通过添加混凝剂使悬浮在水中的颗粒物聚集成较大的团簇，便于后续的沉淀或过滤，从而达到水的净化和澄清的目的。

本文将从混凝剂的种类、作用机理、影响因素等方面介绍混凝的机理。

一、混凝剂的种类混凝剂是混凝过程中最关键的因素之一，根据其化学成分和作用机理，可以将混凝剂分为以下几类：1. 无机混凝剂：主要包括铁盐、铝盐、钙盐等。

其作用机理是通过电化学反应或水解反应产生氢氧化物或氢氧根离子，使悬浮颗粒带有正电荷或负电荷，从而发生凝聚作用。

2. 有机混凝剂：主要包括聚合物、界面活性剂等。

其作用机理是通过分子间的吸引作用，使颗粒物和混凝剂形成复合物，从而发生凝聚作用。

3. 天然混凝剂：主要包括淀粉、蛋白质等。

其作用机理是通过分子间的吸引作用和空间位阻作用，使颗粒物和混凝剂形成复合物，从而发生凝聚作用。

二、混凝剂的作用机理混凝剂的作用机理可以归纳为以下几个方面：1. 电化学作用：无机混凝剂通过电化学反应或水解反应产生氢氧化物或氢氧根离子，使悬浮颗粒带有正电荷或负电荷，从而发生凝聚作用。

2. 吸附作用：有机混凝剂通过分子间的吸引作用，使颗粒物和混凝剂形成复合物，从而发生凝聚作用。

3. 空间位阻作用：天然混凝剂通过分子间的吸引作用和空间位阻作用，使颗粒物和混凝剂形成复合物，从而发生凝聚作用。

4. 铵基作用：有机混凝剂中的铵基可以与悬浮颗粒表面的负电荷形成离子对，从而发生凝聚作用。

5. 桥联作用：有机混凝剂中的分子可以同时与两个或多个颗粒物形成桥式结构，从而发生凝聚作用。

6. 溶胶-凝胶转变作用：混凝剂可以通过溶胶-凝胶转变作用，使悬浮颗粒形成较大的凝胶团簇，从而发生凝聚作用。

三、影响混凝效果的因素混凝过程中，除了混凝剂的种类和作用机理外，还受到以下因素的影响：1. pH值：pH值的变化会影响混凝剂的电荷状态和水解程度，从而影响混凝效果。

第二章、混凝第一节、混凝机理一、水中胶体稳定性常规处理工艺中主要去除对象是悬浮物和胶体，而重点是去除胶体。

水中的胶体颗粒可分成憎水的和亲水的两大类。

（1）憎水胶体指与水分子间缺乏亲和性的胶体。

如水中粘土以及投加的无机混凝剂所形成的胶体等无机物质。

（2）亲水胶体指与水分子能结合的胶体。

如蛋白质、淀粉、细菌、部分藻类及胶质等有机物质则属于亲水胶体。

亲水胶体靠它所特有的极性基团来吸附水分子，故能吸附大量的水分。

其实，水处理中的典型憎水胶体粘土颗粒表面也可能吸附了一层水分子，但比起亲水胶体所吸附的水分来则微不足道。

胶体颗粒在水中长时间保持分散状态的性质称为胶体的稳定性。

对于憎水的胶体，其稳定性可以通过它的双电层结构来说明；对于亲水胶体虽然也具有一种双电层结构但它的稳定主要由它所吸附的大量水分子所构成的水化膜来说明。

1、胶体的表面电性及双电层结构双电层结构是由于胶体颗粒具有巨大的比表面而产生的，巨大的比表面便产生了巨大的吸附能力，吸附了大量的离子就形成了所谓的双电层结构。

天然水中胶体杂质通常带负电荷，由于胶核表面吸附了水中与其电荷符号相反的离子（反离子）且电荷相等，故整个胶体（胶团）在水中表现为电中性。

其双电层结构如图2－1所示（以粘土为例）。

双电层一般包括内层和外层两部分，内层为Stern 吸附层，即紧靠胶核表面被吸附较紧密的一层反离子，厚度为δ；外层为离子扩散层，即吸附层外围的反离子层，厚度为d 。

吸附层与扩散层之间的分界面称为滑动面。

胶核表面电位为总电位，以0φ表示，胶体滑动面上的电位为动电位，即Zeta 电位，以ζ表示。

胶体在运动过程中表现出来的是ζ电位，而不是0φ电位。

各种杂质的ζ电位是不相同的，ζ电位可用电泳法来测定。

2、胶体稳定性胶体稳定性指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。

胶体稳定性分为：1）动力学稳定性，指胶粒由于布朗运动而无法下沉的特性；2）聚集稳定性，指由于静电斥力或水化作用所引起的使胶粒之间保持分散稳定状态的特性。

4种混凝机理
1.双电层压缩机理
当向溶液中投入加电解质，使溶液中离子浓度增高，则扩散层的厚度将减小。

当两个胶粒互相接近时，由于扩散层厚度减小，ζ电位降低，因此它们互相排斥的力就减小了，胶粒得以迅速凝聚。

2.吸附电中和作用机理
吸附电中和作用指胶粒表面对带异号电荷的部分有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了它的部分电荷，减少了静电斥力，因而容易与其他颗粒接近而互相吸附。

3.吸附架桥作用原理
吸附架桥作用主要是指高分子物质与胶粒相互吸附，但胶粒与胶粒本身并不直接接触，而使胶粒凝聚为大的絮凝体。

4.沉淀物网捕机理
当金属盐或金属氧化物和氢氧化物作混凝剂，投加量大得足以迅速形成金属氧化物或金属碳酸盐沉淀物时，水中的胶粒可被这些沉淀物在形成时所网捕。

当沉淀物带正电荷时，沉淀速度可因溶液中存在阳离子而加快，此外，水中胶粒本身可作为这些金属氢氧化物沉淀物形成的核心，所以混凝剂最佳投入量与被除去物质的浓度成反比，即胶粒越多，金属混凝剂投加量越少。

第三章混凝、沉淀和澄清第一节混凝机理水中悬浮杂质大都可以通过自然沉淀的方法去除，而胶体及微小悬浮物，沉速缓慢，须经混凝沉淀方可去除。

混凝：水中胶体及微小悬浮物的聚集过程。

包括凝聚和絮凝。

凝聚：水中胶体失去稳定性的过程。

絮凝：脱稳胶体相互聚结成大颗粒絮体的过程。

这两过程很难分开。

混凝用途：生活饮用水处理、工业废水处理、城市污水三级处理、污泥处理等。

一、胶体的稳定性指胶体colloid粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。

原因：（一）动力学稳定性（沉降稳定性）－布朗运动使胶体处于稳定状态不下沉。

布朗运动对抗重力的影响大。

（二）聚集（凝聚）稳定性指由于静电斥力（同性电荷）和水化膜作用不能接近相互聚集变大。

1．胶团的基本形态胶核（胶体分子聚合而成的胶体微粒），表面吸附了某种离子（电位形成离子）而带电，由于静电引力，势必吸引溶液中异号离子到微粒周围（反离子），这些反离子同时受到静电引力和热运动扩散力。

吸附层Stern layer（随胶核一起运动）――靠近胶核表面处，异号离子浓度大，结合紧密扩散层Diffuse layer（大部分运动时被甩掉，甩掉后剩下的面，叫滑动面）――离胶核远，反离子浓度小，结合松散。

结构式：胶核＋吸附层＋扩散层胶粒胶团2．ψ电位Potential：胶核表面上的离子和反离子之间形成的总电位ξ电位：胶体滑动面上的电位，称作动电位带负（正）电荷charge的胶核表面与扩散于溶液中的正（负）电荷离子正好电性中和，构成双电层结构The electrical double layer。

ξ越大，扩散层越厚，胶体颗粒斥力大，稳定性强。

3．颗粒间相互作用力有（1）静电斥力the force of repulsion－排斥势能（2）范德华力van der Waals force of attraction－吸引势能4.水化膜作用二、混凝机理1．压缩双电层2．吸附－电中和Adsorption-charge neutralization3．吸附架桥Polymer bridge formation4．沉淀物网捕或卷扫三、铝盐和铁盐的混凝特性（一）铝盐和铁盐的水解过程1.铝盐的水解过程Al 2(SO 4)318H 2O 溶于水中，立即离解出铝离子，且常以[Al(H 2O)6]3+水会形态存在。

混凝的基本原理与应用1. 混凝的定义混凝是一种常见的处理污水和工业废水的方法。

通过加入混凝剂，将悬浮在水中的颗粒物凝聚成较大的团簇，便于后续的沉淀和过滤处理。

2. 混凝的基本原理混凝的基本原理是利用混凝剂与水中的悬浮颗粒物发生化学反应或物理作用，使颗粒物凝聚成较大的团簇。

主要涉及以下几个过程：•中和：混凝剂中的聚合离子与水中的悬浮颗粒物带电颗粒相遇，通过中和反应中和带电颗粒的电荷。

•吸附：混凝剂通过静电吸引力或化学反应与悬浮颗粒物表面发生吸附作用，形成絮状物质。

•聚集：吸附在颗粒物表面的混凝剂之间发生相互作用，使颗粒物凝聚成较大的团簇。

•沉淀：凝聚后的团簇由于自身重力大于水中浮力而沉入底部，形成混凝污泥。

3. 混凝剂的选择与应用混凝剂的选择需要考虑水质、悬浮颗粒物的特性以及处理的目的。

以下是常用的混凝剂和其应用领域：•铝盐类混凝剂：如硫酸铝、聚合氯化铝等，适用于处理中性或碱性水质中含有较多的悬浮颗粒物的污水，例如污水处理厂。

•铁盐类混凝剂：如氯化亚铁、硫酸亚铁等，适用于处理酸性水质中含有较多的悬浮颗粒物的污水，例如酸性废水处理。

•有机混凝剂：如聚合硅酸铝、聚乙烯胺等，适用于处理高浊度水质或需要混凝剂具有较长沉淀时间的场合，例如工业废水处理。

4. 混凝与絮凝的区别混凝和絮凝是水处理过程中常用的两种技术，它们虽然有相似的作用，但在具体处理过程中有所不同：•混凝：是将悬浮在水中的颗粒物凝聚成较大的团簇，使其更容易沉淀和过滤。

主要通过混凝剂的化学反应或物理吸附使颗粒物凝聚。

•絮凝：是将混凝后的团簇进一步凝聚成更大的团块，通常采用化学絮凝剂或机械动力作用。

5. 混凝的应用领域混凝技术广泛应用于以下领域：•污水处理：混凝技术是污水处理过程中的重要一步，可以有效地减少悬浮颗粒物和有机物的浓度，提高后续处理工艺的效果。

•工业废水处理：许多工业过程中产生的废水中含有大量的悬浮颗粒物和有机物，通过混凝处理可以达到排放标准。