混凝的主要对象是废水中的细小悬浮颗粒和胶体微粒，这些颗粒用自然沉降法很难从水中分离出去。

范围：1nm-0.1mm（有时认为在1mm）

混凝目的：投加混凝剂使胶体脱稳，相互凝聚生长成大矾花。

水处理中主要杂质：粘土（50nm-4 mm）、细菌（0.2mm-80mm）、病毒（10nm-300nm）、蛋白质（1nm-50nm）、腐殖酸。

可以用来降低废水的浊度和色度，去除多种高分子有机物、某些重金属和放射性物质。 

混凝法还能改善污泥的脱水性能。

粒子的中心，是由数百以至数千个分教相固体物质分子组成的胶核。在胶核表面，有一层带同号电荷的离子，称为电位离子层。电位离子层构成了双电层的内层。电位离子所带的电荷称为胶体粒子的表面电荷，其电性正负和数量多少决定了双电层总电位的符号和大小。胶体粒子就整体而言是呈电中性的。为了平衡电位离子所带的表面电荷，液相一侧必然存在众多电荷数与表面电荷相等而电性与电位离子相反的离子，称为反离子。反离子层构成了双电层的外层，其中紧靠电位离子的反离子被电位离子牢固吸引着，并随胶核一起运动，称为反离子吸附层。吸附层的厚度一般为几纳米，它和电位离子层一起构成胶体粒子的固定层。固定层外围的反离子由于受电位离子的引力较弱，受热运动和水合作用的影响较大，因而不随胶核一起运动，并趋于向溶液主体扩散，称为反离子扩散层。扩散层中，反离子浓度呈内浓外稀的递减分布，直至与溶液中的平均浓度相等。 

固定层与扩散层之间的交界面称为滑动面。当胶核与溶液发生相对运动时，肢体粒子就沿滑动面一分为二，滑动面以内的部分是一个作整体运动的动力单元，称为胶粒。由于其中的反离子所带电荷数少于表面电荷总数，所以胶粒总是带有剩余电荷。剩余电荷的电性与电位离子的电性相同，其数量等于表面电荷总数与吸附层反离子所带电荷之差。胶粒和扩散层一起构成电中性的胶体粒子(即胶团)。 　

胶核表面电荷的存在，使胶核与溶液主体之间产生电位，称为总电位或ψ电位。胶粒表面剩余电荷，使滑动面与溶液主体之间也产生电位，称为电动电位或ζ电位。图4-1中的曲线AC和BC段分别表示出ψ电位和ζ电位随与胶核距离的不同而变化的情况。ψ电位和ζ电位的区别是：对于特定的胶体，ψ电位是固定不变的，而ζ电位则随温度、pH值及溶液中的反离子强度等外部条件而变化，是表征胶体稳定性强弱和研究胶体凝聚条件的重要参数。

【压缩双电层】 

压缩双电层是指在胶体分散系中投加能产生高价反离子的活性电解质，通过增大溶液中的反离子强度来减小扩散层厚度，从而使ζ电位降低的过程。谈过程的实质是新增的反离子与扩散层内原有反离子之间的静电斥力把原有反离子程度不同地挤压到吸附层中，从而使扩散层减簿。 　

如果从胶粒间相互作用势能的角度进行分析，那末在胶粒间存在静电斥力的同时，总是存在着范德华引力，两种力的作用强度可分别用排斥势能和吸引势能来表述。肢体的视在稳定性就取决于上述两种势能中何者占主导地位。

【吸附-电性中和】

当投加的电解质为铁盐、铝盐时，它们能在一定条件下离解和水解，皮成各种络离子，如等。这些络离子不但能压绍双电层，甭且能够通过胶核外围的反离子层进入因液界面，并中和电位离子所带电荷，使ψ电位降低，ζ电位也随之减小，达到胶粒的脱稳和凝聚，这就是电性中和。显然，其结果与压缩双电层相同，但作用机理是不同的。

【吸附架桥】

如果投加的药剂是水溶性链状高分子聚合物并具有能与胶粒和细微悬浮物发生吸附的活性部位，那末它就能通过静电引力、范德华引力和氢键力等，将微粒搭桥联结为一个个絮凝体(俗称矾花)。这种作用就称为吸附桥联。聚合物的链状分子在其中起了桥梁和纽带的作用。

显然，在吸附桥联形成絮凝体的过程中，胶粒和细微悬浮物并不一定要脱稳，也无需直接接触，ζ电位的大小也不起决定作用。但聚合物的加入量及搅拌强度和搅拌时间必须严格控制，如果加入量过多，一开始微粒就被若干个高分子链包围，微粒再没有空白部位去吸附其它的高分子链，结果形成无吸附部位的稳定颗粒。如呆搅拌强度过大或时间过长，桥联就会断裂，絮凝体破碎，并形成二次吸附再稳颗粒。

【网捕或卷扫】

  网罗卷带也称网捕。当用铁、铝盐等高价金属盐类作混凝剂，而且其投加量和介质条件足以使它们迅速生成难溶性氢氧化物时，沉淀就能把胶粒或细微悬浮物作为晶核或吸附质而将其一起除去。

【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――ζ电位↓――脱稳――凝聚。

   特点：剧烈搅拌，瞬间完成

→→在混合设备中完成

【絮凝（flocculation）】

  高聚合物的吸附架桥

  脱稳胶粒――生长成大矾花d=0.6-1.2mm

  特点：需要一定时间，搅拌从强®弱

→→在絮凝中设备完成

【混凝剂】

【助凝剂】　

按其作用，助凝剂主要有以下三类： 　　

pH调整剂在原水pH值不符合工艺要求，或在投加混凝剂后pH值发生较大型化时，就需要投加酸性或碱性物质子以调整。常用的pH调整剂有等。

絮体结构改良剂 其作用是加大絮体的粒径、密度和机械强度。这类物质有水玻璃、活性硅酸和粉煤灰、粘土等。前二者主要作为骨架物质来强化低温和低碱度下的絮凝作用；后二者则作为絮体形成核心来加大絮体密度，改善其沉降性能和污泥的脱水性能。

氧化剂当原水中的有机物含量较高时，容易形成泡沫，不仅使感观性状恶化，絮凝体也不易沉降。此时，应投加等氧化剂来破坏有机物。当用作混凝剂时，则常用和将氧化为 ，以提高混凝效果。

由上述混凝机理可知，混凝过程是混凝剂与水及胶体和细微悬浮物之间相互作用的复杂物理化学过程。为了获得易于分离的絮凝体和尽可能低的出水浊度，就必须根据原水中胶体和细微悬浮物的性质、浓度和介质性状，正确控制过程的工艺条件。这些条件主要有水温、pH值、混凝剂的种类和用量，以及搅拌强度和搅拌时间。 

【水温】

水温一般以20～30℃为宜，水温过低，混凝剂水解缓慢，生成的絮体细碎枚散，不易沉降。为了弥补永温过低的不利影响，可采取废热加热、配合使用铁盐混凝剂、投加活性硅酸助凝剂和粉煤灰、粘土等絮体加重剂，以及适当提高介质碱度来增大水解平衡常数等措施。 

【pH值和碱度】

每种混凝剂都有其适宜的pH值，这是因为pH值的高低不但直接影响着污染物存在的形态和表面性质，而且影响着混凝剂的水解平衡及产物的存在形态和存在时间。高分子絮凝剂除离解时产生H'和OH-者外，一般受pH值的影响很小。 

【混凝剂的种类和加量】

种类的选择主要取决于胶体和细微悬浮 物的种类、性质和浓度。如果水中的污染物主要是细微悬浮物或次生化学沉淀物，可单独采用高分子絮凝剂；如果污染物主要呈胶体状态，且ζ电位较高，则应首先投加无机混凝剂使其脱稳凝聚，勿韶体细小，还需投加高分子絮凝剂或配合使用活性硅酸等助凝剂。在很多情况下，将无机混凝剂和絮凝剂并用，使混凝效果明显提高，应用范围扩大。 

高分子絮凝剂选用的基本原则是：阴离子和非离子型主要用于去除浓度较高的细微悬浮物，但前者更适于中性和碱性水质，后者更适于中性至酸性水质；阳离子型主要用于去除胶体状有机物，pH值为酸性至碱性均可；如果絮凝对象的E电位较高，则应优先选用电性相反的离子型絮凝剂；此外，还应考虑来源、成本利是否引入有害物质等因素。 

混凝剂的加入量除与水中微粒种类、性质和浓度有关外，还与 混凝剂的品种、投加方式及介质条件有关，应视具体情况而定。一般的剂量范围是：普通铁、铝盐为10-30mg／L，聚合盐则大体为普通盐的1／2-1／3；有机高分子絮凝剂通常只需l-5mg／L，且对剂量较为敏感，稍有过量，就容易造成肢体再稳。 

【搅拌强度和搅拌时间】

混凝澄清的工艺过程可分为混合、反应 和絮体分离三个阶段。混合和反应阶段都需要搅拌，此时，水中微粒通过速度梯度实现碰撞。  

在混合阶段，为了达到混凝剂与原水的快速均匀混分，搅拌强 度要大，但时间要短，通常认为G应在，搅拌时间t应在10-30s。在反应阶段，既要为微絮粗的接触碰撞提供必要的紊流条件和絮体成长所需的足够时间，又要防止已经生成的絮凝体被击碎，因此搅拌强度要小，但时间要长，相应的G和t值分别为和15-30min。G和t的乘积Gt可间接表示在时间t内颗粒碰撞的总次数。如Gt值在之间，则可认为符合混合和反应的要求。

混合反应器指完成混凝剂与原水混合和反应过程的混合槽和反应池；澄清设备是指完成水与絮凝体分离的沉降池或同时兼有以上三种功能的澄清池。

澄清池(clarifier)是用于混凝处理的另一种设备。在澄清池内，可以同时完成混合、反应、沉降分离等过程。

其优点是占地面积小，处理效果好，生产效率高，节省药剂用量.

缺点是对进水水质要求严格，设备结构复杂。

从基本原理上澄清池可分为两大类：

一类是悬浮泥渣型，有悬浮澄清池，脉冲澄清池；

另一类是泥渣循环型，有机械加速澄清池和水力循环加速澄清池

优点：设备简单，维护操作易于掌握，处理效果好，间歇或连续运行均可以。

缺点：由于不断向废水中投药，经常性运行费用较高，沉渣量大，且脱水较困难。

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