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第四章第四章 污水化学处理污水化学处理混凝 中和 化学沉淀 化学氧化还原 电解第一节第一节 水的混凝水的混凝 Coagulation and Flocculation一、一、概述概述1 1、混凝的作用、混凝的作用 废水中的大颗粒可以通过重力沉淀法去除，废水中的大颗粒可以通过重力沉淀法去除，但微小粒径的悬浮物和胶体能在水中长期保持但微小粒径的悬浮物和胶体能在水中长期保持分散悬浮状态，即使静置数十个小时也不会自分散悬浮状态，即使静置数十个小时也不会自然沉降。然沉降。混凝所处理的对象，主要是水和废水中的微混凝所处理的对象，主要是水和废水中的微小悬浮物和胶体杂质。小悬浮物和胶体杂质。2 2、凝聚、絮凝和混凝、凝聚、絮凝和混凝 凝聚凝聚(coagulation)(coagulation)：投加混凝剂后水中的胶体失去稳定性，投加混凝剂后水中的胶体失去稳定性，胶体颗粒互相凝聚胶体颗粒互相凝聚，结果形成众多的结果形成众多的“小矾花小矾花”。絮凝絮凝(flocculation)(flocculation)：凝聚过程中形成的凝聚过程中形成的“小矾花小矾花”通过吸通过吸附、卷带、架桥等作用，形成颗粒较大絮凝体的过程。附、卷带、架桥等作用，形成颗粒较大絮凝体的过程。混凝：混凝：是凝聚、絮凝两各过程的总称。是水中胶体粒子及微小是凝聚、絮凝两各过程的总称。是水中胶体粒子及微小悬浮物的聚集过程。悬浮物的聚集过程。3 3、天然水中的胶体杂质、天然水中的胶体杂质 通常是负电荷胶体，如粘土、细菌、病毒、藻类、腐殖质等。通常是负电荷胶体，如粘土、细菌、病毒、藻类、腐殖质等。4 4、混凝的应用、混凝的应用 给水处理：给水处理：混凝混凝+沉淀，微絮凝沉淀，微絮凝+过滤过滤 废水处理：废水处理：5 5、混凝的特点、混凝的特点 优点：设备简单，操作方便；优点：设备简单，操作方便；便于间歇运行，效果好。便于间歇运行，效果好。缺点：运行费用高；缺点：运行费用高；沉渣量大，处置困难；沉渣量大，处置困难；二、胶体的特性二、胶体的特性二、胶体的特性二、胶体的特性1 1 1 1、胶体的基本特性、胶体的基本特性、胶体的基本特性、胶体的基本特性 胶体在水中形成长期分散稳定的体系。胶体在水中形成长期分散稳定的体系。胶体在水中形成长期分散稳定的体系。胶体在水中形成长期分散稳定的体系。l l常见的胶体：常见的胶体：常见的胶体：常见的胶体：Fe(OH)3Fe(OH)3胶体、胶体、胶体、胶体、Al(OH)3Al(OH)3胶体、硅酸胶体、淀粉胶体、蛋白质、血液、豆浆、墨水、胶体、硅酸胶体、淀粉胶体、蛋白质、血液、豆浆、墨水、胶体、硅酸胶体、淀粉胶体、蛋白质、血液、豆浆、墨水、胶体、硅酸胶体、淀粉胶体、蛋白质、血液、豆浆、墨水、涂料、肥皂水、涂料、肥皂水、涂料、肥皂水、涂料、肥皂水、AgIAgI、Ag2SAg2S、As2S3 As2S3 l l分类：按照分散剂状态不同分为：分类：按照分散剂状态不同分为：分类：按照分散剂状态不同分为：分类：按照分散剂状态不同分为：l l气溶胶气溶胶气溶胶气溶胶分散质、分散剂都是气态物质：如雾、云、烟分散质、分散剂都是气态物质：如雾、云、烟分散质、分散剂都是气态物质：如雾、云、烟分散质、分散剂都是气态物质：如雾、云、烟 l l液溶胶液溶胶液溶胶液溶胶分散质、分散剂都是液态物质：如分散质、分散剂都是液态物质：如分散质、分散剂都是液态物质：如分散质、分散剂都是液态物质：如Fe(OH)3Fe(OH)3胶体胶体胶体胶体 l l固溶胶固溶胶固溶胶固溶胶分散质、分散剂都是固态物质：如有色玻璃、合金分散质、分散剂都是固态物质：如有色玻璃、合金分散质、分散剂都是固态物质：如有色玻璃、合金分散质、分散剂都是固态物质：如有色玻璃、合金 一把泥土放到水中一把泥土放到水中一把泥土放到水中一把泥土放到水中,大粒的泥沙很快下沉大粒的泥沙很快下沉大粒的泥沙很快下沉大粒的泥沙很快下沉,浑浊的细小土粒因受重力的影响最后也沉降于容器底部浑浊的细小土粒因受重力的影响最后也沉降于容器底部浑浊的细小土粒因受重力的影响最后也沉降于容器底部浑浊的细小土粒因受重力的影响最后也沉降于容器底部,而土中的盐类则溶解成真溶液而土中的盐类则溶解成真溶液而土中的盐类则溶解成真溶液而土中的盐类则溶解成真溶液.但是但是但是但是,混杂在真溶液中还有一些极为微小的土壤粒子混杂在真溶液中还有一些极为微小的土壤粒子混杂在真溶液中还有一些极为微小的土壤粒子混杂在真溶液中还有一些极为微小的土壤粒子,它们既不下沉它们既不下沉它们既不下沉它们既不下沉,也不溶解也不溶解也不溶解也不溶解,人们把这些即使在显微镜下也观察不到的微小颗粒称为胶体颗粒人们把这些即使在显微镜下也观察不到的微小颗粒称为胶体颗粒人们把这些即使在显微镜下也观察不到的微小颗粒称为胶体颗粒人们把这些即使在显微镜下也观察不到的微小颗粒称为胶体颗粒,含有胶体颗粒的体系含有胶体颗粒的体系含有胶体颗粒的体系含有胶体颗粒的体系称为胶体体系称为胶体体系称为胶体体系称为胶体体系江河人海口处形成三角洲江河人海口处形成三角洲江河人海口处形成三角洲江河人海口处形成三角洲,其形成原理是海水中的电解质使江河泥沙所形成胶体发生聚沉其形成原理是海水中的电解质使江河泥沙所形成胶体发生聚沉其形成原理是海水中的电解质使江河泥沙所形成胶体发生聚沉其形成原理是海水中的电解质使江河泥沙所形成胶体发生聚沉.http:/ 。用超显微镜观用超显微镜观用超显微镜观用超显微镜观察胶体，可观察到胶体粒子也在作布朗运动。这是因为察胶体，可观察到胶体粒子也在作布朗运动。这是因为察胶体，可观察到胶体粒子也在作布朗运动。这是因为察胶体，可观察到胶体粒子也在作布朗运动。这是因为水分子（或分散剂分子）从各个方面撞击胶体粒子，而水分子（或分散剂分子）从各个方面撞击胶体粒子，而水分子（或分散剂分子）从各个方面撞击胶体粒子，而水分子（或分散剂分子）从各个方面撞击胶体粒子，而每一瞬间胶体粒子在不同方向受的力是不相同的，所以每一瞬间胶体粒子在不同方向受的力是不相同的，所以每一瞬间胶体粒子在不同方向受的力是不相同的，所以每一瞬间胶体粒子在不同方向受的力是不相同的，所以胶体运动的方向每一瞬间都在改变，因而形成不停的、胶体运动的方向每一瞬间都在改变，因而形成不停的、胶体运动的方向每一瞬间都在改变，因而形成不停的、胶体运动的方向每一瞬间都在改变，因而形成不停的、无秩序的运动。无秩序的运动。无秩序的运动。无秩序的运动。(3)(3)表面特性：表面特性：胶体为常见的分散体系之一。胶体为常见的分散体系之一。分散度越大，胶体颗粒的比表面积越大，具有分散度越大，胶体颗粒的比表面积越大，具有的表面自由能越大，使胶体看来产生特殊的吸的表面自由能越大，使胶体看来产生特殊的吸附能力和溶解现象。附能力和溶解现象。(4)(4)(4)(4)动电现象动电现象动电现象动电现象（电泳现象）：胶体的带电性（电泳现象）：胶体的带电性（电泳现象）：胶体的带电性（电泳现象）：胶体的带电性 胶体粒子吸附溶液中的离子而带电，当吸附了正离子时，胶体粒子荷正电，吸附了负离子则荷负电。不同情况下胶体粒子容易吸附何种离子，与被吸附离子的本性及胶体粒子表面结构有关。法扬斯规则表明：与胶体粒子有相同化学元素的离子优先被吸附。以AgI胶体为例，AgNO3与KI反应，生成AgI溶胶，若KI过量，则胶核AgI吸附过量的I-而带负电，若AgNO3过量，则AgI吸附过量的Ag+而带正电。胶粒带电的一般规律:带正电的胶粒：金属氧化物、金属氢氧化物 带负电的胶粒：金属硫化物、非金属氧化物 2 2、胶体的结构、胶体的结构 胶核胶核 胶粒胶粒 胶团胶团 吸附层吸附层 扩散层扩散层3 3、双电层理论、双电层理论 胶核的静电作用把溶液中的反离胶核的静电作用把溶液中的反离子吸附到其周围。受子吸附到其周围。受胶核电位离子的静电引力和和反离子热运动的扩散作用、溶液对反离子的水化作用，反离子的浓度随与固体表面距离增反离子的浓度随与固体表面距离增加浓度逐渐减少。加浓度逐渐减少。双电层：双电层：吸附层和扩散层吸附层和扩散层 电位离子和反离子形成的总电位。电位离子和反离子形成的总电位。滑动面上的电位。滑动面上的电位。4 4 4 4、胶体的类型、胶体的类型、胶体的类型、胶体的类型 (1)(1)(1)(1)疏水性胶体（憎水性胶体）疏水性胶体（憎水性胶体）疏水性胶体（憎水性胶体）疏水性胶体（憎水性胶体）吸附层中的离子直接与胶核接触，水分子不能直接接触胶核。吸附层中的离子直接与胶核接触，水分子不能直接接触胶核。吸附层中的离子直接与胶核接触，水分子不能直接接触胶核。吸附层中的离子直接与胶核接触，水分子不能直接接触胶核。如氢氧化铝、二氧化硅在水中形成的胶体。如氢氧化铝、二氧化硅在水中形成的胶体。如氢氧化铝、二氧化硅在水中形成的胶体。如氢氧化铝、二氧化硅在水中形成的胶体。(2)(2)(2)(2)亲水性胶体亲水性胶体亲水性胶体亲水性胶体 胶核表面存在某些极性基团和水分子亲和力很大，使水分子胶核表面存在某些极性基团和水分子亲和力很大，使水分子胶核表面存在某些极性基团和水分子亲和力很大，使水分子胶核表面存在某些极性基团和水分子亲和力很大，使水分子直接吸附到胶核表面而形成一层水膜的胶体。直接吸附到胶核表面而形成一层水膜的胶体。直接吸附到胶核表面而形成一层水膜的胶体。直接吸附到胶核表面而形成一层水膜的胶体。5 5、胶体的稳定性、胶体的稳定性 胶体的稳定性，指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态胶体的稳定性，指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。的特性。稳定因素稳定因素 静电斥力静电斥力 布朗运动布朗运动 水化作用水化作用 不稳定因素不稳定因素 范德华引力范德华引力 布朗运动布朗运动 重力作用重力作用 胶体的稳定性胶体的稳定性 （1 1 1 1）动力学稳定：）动力学稳定：）动力学稳定：）动力学稳定：是指颗粒是指颗粒是指颗粒是指颗粒布朗运动布朗运动布朗运动布朗运动对抗重力影对抗重力影对抗重力影对抗重力影响的能力。粒子越小，动力学稳定性越高。响的能力。粒子越小，动力学稳定性越高。响的能力。粒子越小，动力学稳定性越高。响的能力。粒子越小，动力学稳定性越高。（2 2 2 2）聚集稳定：）聚集稳定：）聚集稳定：）聚集稳定：指胶体粒子间不能相互聚集的特指胶体粒子间不能相互聚集的特指胶体粒子间不能相互聚集的特指胶体粒子间不能相互聚集的特性。胶体粒子小，比表面积大，故表面能大，在性。胶体粒子小，比表面积大，故表面能大，在性。胶体粒子小，比表面积大，故表面能大，在性。胶体粒子小，比表面积大，故表面能大，在布朗布朗布朗布朗运动作用运动作用运动作用运动作用下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子下，有自发地相互聚集的倾向，但由于粒子表面同性电荷的排斥力作用或水化膜表面同性电荷的排斥力作用或水化膜表面同性电荷的排斥力作用或水化膜表面同性电荷的排斥力作用或水化膜的阻碍使这种自的阻碍使这种自的阻碍使这种自的阻碍使这种自发聚集不能发生。发聚集不能发生。发聚集不能发生。发聚集不能发生。可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去可见胶体粒子表面电荷或水化膜消除，便失去聚集稳定性，聚集稳定性，聚集稳定性，聚集稳定性，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，小颗粒便可相互聚集成大的颗粒，从从从从而而而而动力学稳定性动力学稳定性动力学稳定性动力学稳定性也随之破坏，沉淀就会发生。因此，也随之破坏，沉淀就会发生。因此，也随之破坏，沉淀就会发生。因此，也随之破坏，沉淀就会发生。因此，胶体稳定性胶体稳定性胶体稳定性胶体稳定性关键在于聚集稳定性。关键在于聚集稳定性。关键在于聚集稳定性。关键在于聚集稳定性。混凝处理即是要破坏胶体的混凝处理即是要破坏胶体的混凝处理即是要破坏胶体的混凝处理即是要破坏胶体的聚集稳定性聚集稳定性聚集稳定性聚集稳定性。三、混凝原理三、混凝原理 根据胶体的特性，在水处理中，采取措施破坏胶体的稳定根据胶体的特性，在水处理中，采取措施破坏胶体的稳定性。采用的方法：性。采用的方法：投加电解质投加电解质 投加电荷不同或水化作用不同的胶体或产生此类胶体的电投加电荷不同或水化作用不同的胶体或产生此类胶体的电解质解质 投加高分子物质投加高分子物质 接触凝聚接触凝聚 上述投加的物质统称上述投加的物质统称混凝剂混凝剂 化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的水的pHpH值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。值、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。（一）双电层压缩机理（一）双电层压缩机理 （二）吸附电中和机理（二）吸附电中和机理 （三）吸附架桥机理（三）吸附架桥机理 （四）沉淀物网捕机理（四）沉淀物网捕机理 （一）（一）、双电层压缩、双电层压缩、双电层压缩、双电层压缩 以疏水性胶体（憎水性胶体）为例以疏水性胶体（憎水性胶体）为例以疏水性胶体（憎水性胶体）为例以疏水性胶体（憎水性胶体）为例 当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。当两个胶粒相互接近以至双电层发生重叠时，就产生静电斥力。向溶液中投加电解质，溶液中离子浓度增加，扩散层的厚度将减小。向溶液中投加电解质，溶液中离子浓度增加，扩散层的厚度将减小。向溶液中投加电解质，溶液中离子浓度增加，扩散层的厚度将减小。向溶液中投加电解质，溶液中离子浓度增加，扩散层的厚度将减小。原因：原因：原因：原因：加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反加入的反离子与扩散层原有反离子之间的静电斥力将部分反离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。离子挤压到吸附层中，从而使扩散层厚度减小。