混凝

自然沉降不能去除所有的懸浮物和膠體(ti) 。混凝即是通過投加化學藥劑來破壞膠體(ti) 和懸浮物在水中形成的穩定體(ti) 係，使其聚集為(wei) 具有明顯沉降性能的絮凝體(ti) ，然後用重力沉降法予以分離。

混凝過程包括凝聚和絮凝兩(liang) 個(ge) 步驟，凝聚是指使膠體(ti) 脫穩並聚集成微絮粒的過程；絮凝是指微絮粒通過吸附、卷帶和橋連而成長為(wei) 更大的絮體(ti) 的過程。凝聚和絮凝統稱為(wei) 混凝。

一、膠體(ti) 的穩定性和膠體(ti) 結構

1．膠體(ti) 的穩定性

水中的同種膠體(ti) 微粒帶有同號電荷，在靜電斥力的作用下，不易相互聚集，具有一定的穩定性。

2．膠體(ti) 的結構

a. 膠核：由數十個(ge) 至數千個(ge) 不溶於(yu) 水的分散相

物質分子組成的。

b. 膠粒的電位離子：膠核的表麵上選擇性地吸

附了—層帶同號電荷的離子；其來源於(yu) 膠核

表層分子電離，或膠核從(cong) 水中吸附來的。

---決(jue) 定了膠粒的帶電符號和電荷多少，構

成雙電層的內(nei) 層。

c. 反離子：電位離子層通過靜電作用而吸引的水

中相反電荷的離子，構成雙電層的外層。

d. 反離子吸附層：反離子與(yu) 電位離子之間。當膠

核運動時，它也隨著一起運動。構成膠團的固定層。

e. 反離子擴散層：固定層以外。電位離子對其引力較弱，不隨膠核一起運動，並有向水中擴散的趨勢。

f. 膠粒：固定層和擴散層之間的交接麵稱為(wei) 滑動麵，滑動麵以內(nei) 的部分稱為(wei) 膠粒。

g. 膠團：膠粒與(yu) 擴散層一起構成了電中性的膠團。

h. 膠體(ti) 的電動電位（ξ電位）

      當膠粒運動時，擴散層中的大部分反離子就會(hui) 脫離膠團，向溶液主體(ti) 擴散。其結果必然使膠粒產(chan) 生剩餘(yu) 電荷，使膠粒與(yu) 擴散層之間形成一個(ge) 電位差，其可反映膠粒帶電的多少，衡量膠體(ti) 穩定性的大小。ξ愈高，穩定性愈高。

I.總電位（Ψ電位）

     膠核表麵的電位離子與(yu) 溶液主體(ti) 之間的電位差。--- Ψ電位一定時，擴散層愈厚，ξ愈高。

二、機理

不同的化學藥劑能使膠體(ti) 以不同的方式脫穩，其機理可歸結為(wei) 四種：

（1）壓縮雙電層

膠體(ti) 的穩定性取決(jue) 於(yu) 兩(liang) 種力何者占主導地位。

當距離很近時，範得華力占優(you) 勢，合力為(wei) 吸引力，兩(liang) 個(ge) 顆粒可以相互吸住，膠體(ti) 脫穩；

當距離較遠時，庫侖(lun) 斥力占優(you) 勢，合力為(wei) 斥力，兩(liang) 個(ge) 顆粒相互排斥，膠體(ti) 將保持穩定。

當膠體(ti) 顆粒間距離大於(yu) 3nm時，顆粒總處於(yu) 相斥狀態

對憎水膠體(ti) 顆粒而言，其膠核表麵間隔著兩(liang) 個(ge) 滑動麵內(nei) 的離子層厚度，使其總處於(yu) 相斥的狀態，這就是憎水膠體(ti) 保持穩定的根源；

對親(qin) 水膠體(ti) 顆粒而言，因其吸附大量的水分子而構成水殼，使它們(men) 不能靠近而保持穩定。

投加電解質後，水中與(yu) 膠粒上反離子具有相同電荷的離子濃度增加了。這些離子可與(yu) 吸附的反離子發生交換或擠入吸附層，使膠粒帶電荷減少，降低ξ電位，並使擴散層厚度縮小。--------壓縮雙電層

各種電解質壓縮能力是不同的。在濃度相同的條件下，破壞能力隨離子價(jia) 的增高而加大。

Schulze-Hardy法則：

    能力與(yu) 離子價(jia) 的2-6次方成正比。

    對同一膠體(ti) 體(ti) 係，要獲得相同的壓縮雙電層效果時，用一價(jia) 離子的濃度需要25～150mmol/L;二價(jia) 離子需要0.5～2mmol/L；三價(jia) 離子需要0.01～0.1mmol/L。

            在電解質作用下膠團雙電層的變化                吸附電中和

（2）吸附電中和

膠體(ti) 表麵對異號離子、異號膠粒或鏈狀高分子帶異號電荷的部位有強烈的吸附作用。

由於(yu) 這種吸附作用中和了它的部分或全部電荷，減少了靜電斥力，因而容易與(yu) 其它顆粒接近而相互吸附。

（3）吸附架橋作用

若藥劑是具有能吸附膠粒的鏈狀高分子聚合物，或者兩(liang) 個(ge) 同號膠粒吸附在同一個(ge) 異號膠粒上，膠粒間就能連結、團聚成絮體(ti) 而被除去。

高分子聚合物的吸附架橋作用

（4）卷掃作用（網捕作用）

若藥劑含金屬離子，由於(yu) 金屬離子的水解和聚合，會(hui) 以水中的膠粒為(wei) 晶核形成膠體(ti) 狀沉澱物，或者在這種沉澱物從(cong) 水中析出的過程中，會(hui) 吸附和網捕膠粒而共同沉降下來。

沉澱物卷掃作用

1-原水中懸浮微粒；2-絮狀沉澱物；3-殘留懸浮微粒

三、影響的因素

1、水溫

無機劑溶於(yu) 水時是放吸反應，水溫低時不利於(yu) 劑的水解。

水溫低時，水的黏度大，膠粒的布朗運動強度減弱，彼此間碰撞機會(hui) 減少，不易凝聚。

水的黏度大時，水流阻力增大，使絮凝體(ti) 的形成長大受到阻礙，從(cong) 而影響效果。

2、 pH 和 堿度

無機鹽劑對水的pH值都有一定的要求。如，鋁鹽：5.5～8.5；鐵鹽：＞8.5

堿度對pH有緩衝(chong) 作用。以保證鋁、鐵鹽在水解時引起pH變化而效果下降。

3、水質

當水的濁度較低，顆粒細小而均一，投加的劑又少，僅(jin) 靠劑與(yu) 懸浮微粒之間相互接觸，很難達到預期目的，可以加大劑用量。

當水中濁度較高時，用量要控製適當，防止過量而引起膠粒再穩。

對高濁度水，劑主要起吸附架橋作用，用量隨捉度的增加而增大。

水中的有機物質會(hui) 降低效果。

四、劑

1. 無機金屬鹽類劑

如硫酸鋁、氯化鋁、氯化鐵、硫酸亞(ya) 鐵、硫酸鐵等；•鋁鹽的水解

（1）當 pH≤4，Al3+以六水合鋁離子[Al(H2O)6]6+為(wei) 主要存在形態，pH升高，發生水解：

           [Al(H2O)6]6+==[Al(OH)(H2O)5]2+ +H+

       [Al(OH)(H2O)5]2+==[Al(OH)2(H2O)4]+ + H+

[Al(OH)2(H2O)4]+== Al(OH)3(H2O)3↓ +H+

（2）當pH≥4時，羥基合鋁離子增加，各離子的羥基之間還可能發生架橋連接（羥基架橋），產(chan) 生多核羥基配合物，繼續水解。水解與(yu) 縮聚交錯進行，生成聚合度極大的中性氫氧化鋁，終沉澱。

                                          OH

2[Al(OH)(H₂O)₅]³⁺ ==[(H₂O)₄Al        Al(H₂O)₄]⁴⁺ +2H₂O

                                          OH

在鋁鹽的水溶液中，存在著：

①簡單成分：Al3+、AlOH2+、Al(OH)2+、Al(OH)3、Al(OH)4-等；

②聚合成分：[Al6(OH)14]4+、[Al7(OH)17]4+、[Al8(OH)20]4+、[Al13(OH)34]5+等。

均發揮作用，其中以高價(jia) 的聚合正離子作用尤為(wei) 重要。

下圖是水中無其它複雜離子幹擾時，濃度為(wei) 10-4mol/L的鋁鹽在達到化學平衡時，個(ge) 種水解產(chan) 物的濃度與(yu) 水的pH值間的關(guan) 係。