第四章 凝聚和絮凝

水质工程学1 XX大学 环境工程学院XX教研室水质工程学1第四章 凝聚与絮凝混凝机理02混凝剂的配置与投加06混凝动力学04胶体结构01影响因素05混凝剂与助凝剂03教学内容及要求1)理解胶体的结构及稳定性；2)掌握混凝机理以及混凝效果影响因素；3)掌握混凝剂种类及其选用原则；4)掌握混凝动力学原理；5)掌握混凝过程的特征及要求；6)理解混凝设施的类型及特点，掌握其设计计算方法。

7)了解混凝设施的运行与管理。

对象：水和废水中常常不能用自然沉降法除去的悬浮微粒和胶体污染物。

办法：1、首先投加化学药剂来破坏胶体和悬浮微粒在水中形成的稳定分散系，使其聚集为具有明显沉降性能的絮凝体；2、再用重力沉降法予以分离。

混凝的定义：包括凝聚和絮凝两个步骤，凝聚是指使胶体脱稳并聚集为微絮粒的过程，而絮凝则指微絮粒通过吸附、卷带和桥连而成长为更大的絮体的过程。

混凝过程涉及：①水中胶体的性质；②混凝剂在水中的水解；③胶体与混凝剂的相互作用。

水处理中主要杂质：◆粘土（50nm-4 μm）◆细菌（0.2μm-80μm）◆病毒（10nm-300nm）◆蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸4.1胶体的稳定性和胶体结构A:胶体的稳定性B:胶体的双电层结构C:DLVO理论4.1胶体的稳定性和胶体结构 A:胶体的稳定性（1）胶体在水中作布朗运动在水分子热运动的撞击下作不规则运动，即布朗运动。

这是胶体在水中保持稳定的因素之一。

（2）运动中的胶体带电荷电泳现象可以说明胶体微粒是带电的。

带正电的微粒：氢氧化铁、氢氧化铝等；带负电的微粒：碱性条件下的氢氧化铝和蛋白质等。

同种胶体微粒带同号电荷，静电斥力相互作用，不易凝聚。

4.1胶体的稳定性和胶体结构胶体稳定性分：“动力学稳定性”和“聚集稳定”两种。

1）动力学稳定性：是指胶体粒子的布朗运动对抗重力影响的能力。

胶体粒子的布朗运动足以抵抗重力影响，故而长悬，称动力学稳定。

为什么不聚集下沉呢？2）聚集稳定性：指胶体粒子间不能相互聚集的特性。

4.1.1 胶体的双电层结构 胶体表面带电的原因： 1）胶体颗粒结晶中的晶格取代使胶体表面带电。（同晶置换）， 与分散介质水无关 2）胶体颗粒表面某些化学基团在水中电离使胶体带电。蛋白质既 有羧酸基又有胺基，是两性物质。
酸性介质中 碱性介质中
NH2 H 2 O NH3 OH 带正电

Ku DE
式中： K —— 与胶粒颗粒形状有关的常数，球形颗粒为6，棒形颗粒为4； η —— 液体的粘滞系数（绝对粘度）； u —— 相对于液体的胶粒移动速度，cm/s； D —— 液体的介电常数； E —— 电场，V/m。 一些常见胶体粒子的ξ电位： 粘土胶粒：-15mv~-40mv；细菌：-30mv~-70mv； 藻类：-10mv~-15mv。
4.1.3 胶体的稳定性 胶体的稳定性是指胶体颗粒在水中长期保持分散状态的特性。 原因：①胶体的动力学稳定性 布朗运动的影响大于重力 布朗运动的动能： 重力作用的动能： 1 mv 2 2 ②胶体的带电稳定性 两个带同号电荷的胶粒之间存在静电斥力。如果静电斥力大于范德 华引力，则胶粒保持分散状态而稳定。 ③胶体的溶剂化作用稳定性 水化膜或水化层中德水分子被挤压而产生反弹力。 ② 和③ 也称聚集稳定性（指胶体粒子之间不能相互聚集的特性）。 对于憎水胶体，一般带电稳定性和动力稳定性起主要作用，混凝作 用主要决定于胶粒表面的电位。对于亲水胶体，其水化作用稳定性 占主导地位。 以上概念具有相对性，例如1μm的粘土悬浮粒子沉降10cm，需要20 小时，认为是稳定的。
4 凝聚和絮凝
4.1 胶体的稳定性 4.2 混凝机理
4.3 混凝剂
4.4 混凝动力学 4.5 混凝过程 4.6 混凝设施 4.7 混凝试验
4.8 混凝的应用
混凝去除的对象：水和废水中常常不能用自然沉降法除去的悬浮微粒和 胶体污染物。 拟采用的方法： 1、首先投加化学药剂来破坏胶体和悬浮微粒在水中形成的稳定分散 系，使其聚集为具有明显沉降性能的絮凝体； 2、再利用重力沉降法予以分离。 凝聚（aggregation）和絮凝（flocculation）是指通过某种方法使 水中胶体粒子和微小悬浮物聚集的过程，统称为混凝（coagulation）。 凝聚：指胶体脱稳并生成微小聚集体的过程 絮凝：主要指脱稳的胶体或微小悬浮物聚结成大的絮凝体的过程。 混凝主要涉及三个方面的问题： ①.水中胶体粒子的性质 ②.混凝剂在水中的水解物种 ③.胶体粒子与混凝剂之间的作用

阳离子对带负电荷的胶粒凝聚能力的次序为： Al3+>Fe3+>H+>Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Li+
絮凝是指使用絮凝剂（通常是天然或合成的大分子量电解质），在悬浮粒子之间产 生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程
絮凝
絮凝剂具有长链线状的结构，易溶于水，其分子量可高达数万至一千万以上，在长的链上含有相当 多的活性功能团
当往胶体悬液中加入絮凝剂时，胶粒可强烈地吸附在絮凝剂表面的活性功能团上，而且一个高分子 聚合物的许多链节分别吸附在不同的颗粒的表面上，产生架桥联接，形成粗大的絮凝团沉淀出来， 有助于过滤，这一过程称为絮凝作用
影响絮凝效果的因素 絮凝剂的分子量 絮凝剂用量 溶液pH 搅拌速度 时间等
影响絮凝剂絮凝效果的因素
2 凝聚和絮凝
凝聚和絮凝预处理对象
细小菌体或细胞（分泌胞外产物）、细胞的碎片以及蛋白质等胶体粒子的去除
培养中的细胞、菌体或蛋白质等胶体颗粒的表面一般都带有电荷，带电原因很多，主要是吸附溶液 中的离子或自身基团的电离 胶粒能保持分散状态的原因是带有相同电荷，一旦布朗运动使离子间距离缩小到它们的扩散层而部 分重叠时，即产生排斥作用，使两个离子分开，从而阻止了粒子的聚集 胶体能稳定存在的另一个原因是其表面的水化作用，即形成了离子周围的水化层，阻碍胶粒间的直 接聚集
镁离子：去除也可用草酸，但草酸镁溶解度较大，故沉淀不完全，也可采
用磷酸盐，使生成磷酸钙盐和磷酸镁盐沉淀而除去
铁离子：可采用黄血盐，形成普鲁士兰(亚铁氰化铁)沉淀
业上常用的凝聚剂大多为阳离子型，分为无机盐类、金属氧化物类
在这种分散体系中，粒子叫分散质(或分散相)，介质叫分散剂(或分散介质)

凝聚剂和絮凝剂的作用
嘿，您知道不？这凝聚剂和絮凝剂啊，作用可大着呢！
我跟您说啊，咱先讲讲这凝聚剂。

就好比是一群调皮捣蛋的小家伙，原本到处乱跑，凝聚剂一来，嘿，它们就像是被施了魔法，开始往一块儿凑。

比如说那污水里的小颗粒，之前那叫一个分散，让人心烦。

可凝聚剂一进去，它们就变得乖乖的，慢慢聚在一起啦。

再说说这絮凝剂，那更是厉害角色。

它一出现，就像是个超级指挥家，让那些已经有点聚集意思的小颗粒们，更加紧密地抱成一团，形成大大的絮团。

这絮团大了，就容易从水里分离出来。

我有一回在工厂里，亲眼看着那加了絮凝剂的污水，一会儿的功夫，就变得清清爽爽的。

那场面，真让人忍不住叫好！
您想想，要是没有这凝聚剂和絮凝剂，处理污水得多费劲啊！这俩东西，可真是帮了大忙喽！。