水污染控制工程第十六章
水污染控制工程
水污染控制工程水污染控制工程是指为了保护水资源、全面减少和防治水污染、维护人民健康和促进可持续发展，对水环境进行治理和管理的一项综合性工程。
下文将从水污染的来源、治理方式、技术和政策等方面进行介绍。
水污染的来源水污染的主要来源包括工业废水、农业农村污染、城市生活污水、畜禽养殖废水等。
这些污染源大量排放的污染物，直接或间接地对水资源和生态系统造成不可逆转的破坏和损害。
因此，必须采取有效的治理措施来减少和防治水污染。
水污染的治理方式水污染的治理方式多种多样，包括传统的机械物理法、化学法和生物法，以及近年来发展的新型水污染治理技术，如反渗透、超滤、电化学等。
在实际中，根据水污染物的种类、含量、来源以及特殊要求等不同因素，以及治理措施的可行性和经济性等实际情况的考虑，选择合适的治理方式。
水污染治理技术机械物理法物理方法是利用物理原理和力学方法，将污染物与水体分离，从而达到净化水体的目的。
常用的物理方法有：格栅、沉淀池、曝气池、吸附、纤维毡过滤等。
其中，格栅、沉淀池等是少污水量、污染物浓度较低、污染物易沉淀等情况下的最佳选择。
化学法化学方法是利用化学物质与水中污染物发生化学反应，使污染物发生物化变化并沉淀下来，达到净化水体的目的。
如氯化铁、氯化铝、聚合氯化铝等常用药剂能有效处理工业废水、城市污水和畜禽养殖废水。
生物法生物方法是利用微生物代谢，分解和吸收污染物质，从而达到净化水体的目的。
常用的微生物有好氧微生物、厌氧微生物等。
大多数生物法是以微生物滤池为基础的，如活性污泥法、生物匀浆池法、接触氧化法等。
新型治理技术反渗透技术是应用了渗透压与半透膜分离技术，对水进行膜分离、过滤等处理，达到高效净化水体的目的。
超滤技术也是以半透膜为中心，把分子量在100至1，000纳米之间的物质和水分离，处理剩下来的水体具有水质高、污染物的去除率高等特点。
电化学技术主要是利用电化学反应从水体中去除重金属、污染物、细菌等，这种技术能达到一定的去除率且不会产生二次污染。
水污染控制工程的本书目录
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第九章污水水质和污水出路
第一节污水性质与污染指标
一、污水的类型与特征
二、污水的性质与污染指标
第二节污染物在水体环境中的迁移与转化
一、水体的自净作用
二、污染物在水体中的迁移转化
第三节污水出路与排放标准
一、污水出路
二、污水排放标准
思考题与习题
参考文献
第十章污水的物理处理
第一节格栅和筛网
一、格栅的作用
二、格栅的种类
三、格栅的设计与计算
四、筛网
五、破碎机
第二节沉淀的基础理论
一、概述
二、沉淀类型
三、自由沉淀与絮凝沉淀分析
四、沉淀池的工作原理
第三节沉砂池
一、平流式沉砂池
二、曝气沉砂池
三、旋流沉砂池
第四节沉淀池
一、沉淀池概况
二、沉淀池的一般设计原则及设计参数
三、平流式沉淀池
四、竖流式沉淀池
五、辐流式沉淀池
六、斜板（管）沉淀池
七、提高沉淀池沉淀效果的有效途径第五节隔油池
一、含油废水的来源与危害
二、隔油池
三、乳化油及破乳方法
第六节气浮池
一、气浮法的类型
二、加压溶气气浮法的基本原理
三、压力溶气气浮法系统的组成及设计
思考题与习题
参考文献
第十一章污水生物处理的基本概念和生化反应动力学基础第十二章活性污泥法
第十三章生物膜法
第十四章稳定塘和污水的土地处理
第十五章污水的厌氧生物处理
第十六章污水的化学与物理化学处理
第十七章城市污水回用
第十八章污泥的处理与处置
第十九章污水处理厂设计。
水污染控制工程
Water Pollution Control Engineering
目录
第一章 绪论 第二章 物理法
第一章 绪论
第三章 废水生物处理概念和生化反应动力学基础第二章 污水的好氧活性污泥法 第四章 好氧生物处理——活性污泥法
第五章 好氧生物处理——生物膜法
第三章 污水的好氧生物膜法
第六章 污水的其他好氧生物处理 第七章 厌氧生物处理
第一章 绪论
1.1 水资源及其循环 1.2 水污染的来源及其危害 1.3 污水水质与水污染控制标准 1.4 水体自净与水环境容量 1.5 水污染控制的原则与方法
1.1 水资源及其循环
1.1.1 水资源
a) 全球水资源
地球上的总水量约为 13.6×108km3
海洋水占97.212％； 淡水占不足3％； 对人类生活和生产活动关系密切
1.3 污水水质与水污染控制标
准
1.3.2 水污染控制标准
标准编号
标准名称
备注
GB/T14848— 1993
地下水质量标准
CJ/T206—2005
城市供水水质标准
CJ 3020—93
生活饮用水水源水质标准
GB50282—1998
城市给水工程规划规范
GB/T50102— 2003
工业循环冷却水处理设计规范
如采矿和冶炼是重金属的最主要的污染源。
1.3 污水水质与水污染控制标准
➢生物性指标
细菌总数：反映了水体受细菌污染的程度。 大肠杆菌：大肠菌群作为最基本的粪便污染指示菌群。
细菌总数不能说明细菌的来源，必须结合大肠菌群数 来判断水体污染的来源和安全程度。 大肠菌群的值可表明水样被粪便污染的程度，间接反 应有肠道病菌 (伤寒、痢疾、霍乱等)存在的可能性。
水污染控制工程》第十六章 污水的化学与物理化学处理-中和法
1.3 过滤法
过滤中和法： 石灰石或白云石作中和剂时常呈粗粒状，可作滤 料，故用过滤法。 碱性滤料：主要有石灰石、大理石和白云石等。 中和滤池：有普通中和滤池、升流式中和滤池和喷淋塔三种。 优点：操作简单，出水pH值较稳定，沉渣量少。 缺点：废水中硫酸浓度不能太高，因为中和过程中生成的钙盐 沉淀在水中溶解度很小，易在滤料表面形成覆盖层，阻碍滤料 和酸的接触反应，需定期倒床，劳动强度较高。
只有当废水无回收及综合利用的价值时，才采用中和法处理。
酸碱废水的来源： 酸性废水：化工，化纤，电镀，电子，金属加工 碱性废水：印染，金属加工，炼油，造纸
酸碱废水的危害： 破坏水体水质，影响水生动植物生存 排水管道、设施腐蚀破坏 影响污水处理效果（混凝，生物）
选择中和方法时应考虑的因素： 酸、碱废水所含污染物的性质、浓度、水量变化规律以及中和
后水质要求 当地酸性或碱性废料来源 当地中和药剂和滤料的供应情况 受纳水体的性质、城市下水道能容纳废水的条件，后续处理对
pH的要求等
酸性废水的中和方法主要有：与碱性废水互相中和、药 剂中和及过滤中和。 碱性废水的中和方法主要有：与酸性废水互相中和、药 剂中和以及烟道气中和。
投加方法： 湿投法：中和剂能制成溶液或浆料时。 过滤法：中和剂为粒料或块料时。 塔式反应器：烟气中和碱性废水。
石灰量多时，可用生石灰。
为了防止产生沉淀，石灰乳槽均装有搅拌设备。
小型中和装置
仪器配置合理，实现了小型化
带有多项功能的数字式pH调节仪
电磁式定量泵
1.2 湿投加法——特点
优点：可中和任何性质、任何浓度的酸性废水。
缺点：劳动卫生条件差，操作管理复杂，制备溶液、投配药剂需 要较多的机械设备。采用石灰质药剂时，其明显的缺点是质量难 于保证，灰渣较多，沉渣体积大，且不易脱水。
高廷耀《水污染控制工程》第4版下册课后习题(污水的化学与物理化学处理)【圣才出品】
高廷耀《水污染控制工程》第4版下册课后习题第十六章污水的化学与物理化学处理1．化学处理的对象主要是水中的哪类杂质？它与生物处理相比有什么特点（成本、运行管理、占地、污泥等）？答：（1）化学处理的对象化学处理的对象主要是水中的无机的或有机的（难于生物降解的）溶解物质或胶体物质。
（2）特点与生物处理相比，化学处理成本较高，运行管理较容易，占地面积小，污泥较难脱水处理。
2．化学处理所产生的污泥，与生物处理相比，在数量（质量及体积）上，最后处理、处置上有什么不同？答：化学处理与生物处理所产生的污泥区别如下：（1）在数量（质量及体积）上化学处理产生的污泥较多，为各种有机无机物质，体积较小；生物处理产生的污泥较少，主要为微生物、N、P等，体积较大。
（2）在最后的处理处置上化学处理产生的污泥处理过程较复杂，处理流程为储存、浓缩、调理、脱水和最终处置；生物处理产生的污泥处理过程较简单，处理流程为储存、调理、脱水浓缩和最终处置。
3．化学混凝法的原理和适用条件是什么？城镇污水的处理是否可用化学混凝法，为什么？答：（1）原理化学混凝法的原理是向废水中投加混凝剂，破坏或减小胶体粒子间的斥力，使胶体脱稳，并相互凝聚成较大的絮凝物后，从水中分离出来，以达到去除水中悬浮小颗粒污染物的目的。
（2）适用条件化学混凝法的适用条件是含有微小悬浮固体和胶体杂质的废水。
（3）城镇污水的处理城市污水处理不适合用化学混凝法，因为需要不断向废水中投药剂，经常性运行费用较高，沉渣量大，且脱水较困难。
4．化学混凝剂在投加时为什么必须立即与处理水充分混合、剧烈搅拌？答：化学混凝剂投加后立即与处理水充分混合并剧烈搅拌可以为药剂在全部水体中创造良好的水解和聚合条件，是胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。
当混凝剂投放了一段时间之后开始形成较大的絮凝体时，搅拌强度就要逐渐降低，以免结大的絮凝体被打碎。
5．化学沉淀法与化学混凝法在原理上有何不同？使用的药剂有何不同？答：（1）化学沉淀法的原理是向废水中投加某种化学物质，使与废水中的一些离子发生反应，生成难溶的沉淀物而从水中析出，以达到降低水中溶解污染物的目的。
水污染控制工程第十六章
第一节 化学混凝法
2021/5/14
一、混凝原理 化学混凝
处理的对象主 要是水中的微 小悬浮物和胶 体杂质。
1. 胶体的稳定性
2021/5/14
胶体所 受影响
由于上述的胶体带电现象，带相同电 荷的胶粒产生静电斥力，而且ξ电位越高， 胶粒间的静电斥力越大
受水分子热运动的撞击，使微粒在水 中作不规则的运动，即“布朗运动”
第十六章 污水的化学处理
第一节 化学混凝法 第二节 中和法 第三节 化学沉淀法 第四节 氧化还原法
2021/5/14
污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除 水中的杂质。
处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生 物降解的)溶解物质或胶体物质。
常用的化学处理方法有化学混凝、中和法、化 学沉淀法和氧化还原法。
两个单羟基络合物通过羟基桥联可缩合成双羟基 双核络合物：
2[A2 O l3 ] ( 2 ) O [A 2 H (O l 2 ) (2 ( H H O H 8 ]4 ) 22 O H
2021/5/14
从上述反应可以看出，三价铝盐发挥混凝作用的 是各种形态的水解聚合物。
带有正电的水解聚合物，同时起到压缩双电层的 脱稳和吸附架桥的作用。
二、混凝剂和助凝剂
1. 混凝剂 要求
混凝剂效果良好 对人体健康无害
价廉易得 使用方便
2021/5/14
(1) 无机盐类混凝剂 铁盐和铝盐
(2) 高分子混凝剂
有机和无机
2. 助凝剂
三、 影响混凝效果的主要因素
1. 水温 2. pH 3. 水中杂质的成分、性质和浓度 4. 水力条件
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[A 2 O 6 ] 3 l[ ) (A H 2 O l 5 ] 2 ( ) O [A 2 O H 5 O l) ( A )H H ( 2 O 5 H l ] 5 ( H ) 2 H O
高廷耀《水污染控制工程》（第4版）（下册）考研真题精选-第十六章污水的化学与物理化学处理【圣才出品
高廷耀《水污染控制工程》（第4版）（下册）考研真题精选-第十六章污水的化学与物理化学处理【圣才出品第十六章污水的化学与物理化学处理一、选择题1．絮凝剂的投配方式为（）时，絮凝剂的溶解应按照药量大小、絮凝剂性质，选用水力、机械或压缩空气等搅拌方式。
[中国地质大学（武汉）2011年研] A．人工投加B．自动投加C．干投D．湿投【答案】D【解析】将混凝药剂投加到待处理的水中，可以用干投法和湿投法。
干投法是将固体药剂（如硫酸铝）破碎成粉末后定量地投加，这种方法现在使用较少。
目前常用的湿投法是将混凝剂先溶解，再配制成一定浓度的溶液后定量地投加。
药剂投入原水中必须有计量及定量设备，并能随时调节投加量。
若不注意药量大小、絮凝剂性质等选择搅拌方式，絮凝效果会受影响。
2．混合设备的设计应根据所采用的凝聚剂品种，使药剂与水进行恰当的（）、充分混合。
[中国地质大学（武汉）2011年研] A．急剧B．均匀C．长时间D．全面【答案】A【解析】混合阶段的要求是使药剂迅速均匀地扩散到全部水中以创造良好的水解和混合调节，使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。
在此阶段并不要求形成大的絮凝体。
混合要求快速和剧烈搅拌，在几秒钟或1min内完成。
二、填空题1．混凝原理有______、______、______。
[中国地质大学（武汉）2011年研]【答案】压缩双电层作用；吸附架桥作用；网捕作用【解析】化学混凝机理涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pH、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件，归结起来主要是三方面的作用：①压缩双电层作用；②吸附架桥作用；③网捕作用。
2．膜分离法有______、______和______。
[中国地质大学（武汉）2009年研]【答案】扩散渗析法；电渗析法；反渗透法【解析】膜分离法是指以天然或人工合成的高分子薄膜为介质，以外界能量或化学位差为推动力，对双组分或多组分溶质和溶剂进行分离、提纯和浓缩的方法。
水污染控制工程 1-5 (16)
含磷化合物
磷也是有机物中的一种主要元素，是仅次于氮的微生物生 长的重要元素。 磷主要来自：人体排泄物以及合成洗涤剂、牲畜饲养场及 含磷工业废水。 危害：促进藻类等浮游生物的繁殖，破坏水体耗氧和复氧 平衡；使水质迅速恶化，危害水产资源。
有机磷 含磷化合物 无机磷
有机磷包括磷酸甘油酸、磷肌酸等
磷酸盐:正磷酸盐(PO43-)、磷酸氢盐(HPO42-) 、 磷酸二氢盐（H2PO4- ) 、偏磷酸盐(PO3-) 聚合磷酸盐:焦磷酸盐(P2O74－) 、三磷酸盐(P3O105-) 、 三磷酸氢盐(HP3O92-)
无 机 性
pH和碱度
指
标
重金属
含氮化合物
氮是有机物中除碳以外的一种主要元素，也是微生物生 长的重要元素。 污水中的氮有四种，即有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮和硝 酸盐氮。 危害：消耗水体中溶解氧；促进藻类等浮游生物的繁殖， 形成水华、赤潮；引起鱼类死亡，导致水质迅速恶化。 关于氮的几个指标： 凯 有机氮：主要指蛋白质和尿素。 氏 氮 氨氮：有机氮化合物的分解，或直接来自含氮工业废水。 TN：一切含氮化合物以N计量的总称。 TKN： TN中的有机氮和氨氮，不包括亚硝酸盐氮、硝酸 盐氮。 NOx-N：亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。
河流一维稳态模式的适用条件：
①河流充分混合段；
②非持久性污染物； ③河流恒定流动；
④废水连续稳定排放
河断面达到充分混合后，污染物浓度受到纵向分散作用和 污染物的自身分解作用不断减小。根据质量守恒原理，其变化 过程可用下式描述：
式中：u——河水流速； x——初始点至下游x断面处的距离； Mx——纵向分散系数； K——污染物分解速度常数； c0——初始点的污染物浓度； c——x断面处的污染物浓度。
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5
H 2O
或
[Al(H 2 O) 6 ]
[Al(OH)(H
O) 5 ] 2
2
[Al(OH)(H
O) 10 ] 2
5
H 2O
两个单羟基络合物通过羟基桥联可缩合成双羟基 双核络合物：
2[Al(OH)(H O) 3 ] 2
2
[Al 2 (OH) 2 (H 2 O) 8 ]
4
2H 2 O
二、混凝剂和助凝剂
1. 混凝剂 混凝剂效果良好 对人体健康无害 要求 价廉易得
使用方便
(1) 无机盐类混凝剂
(2) 高分子混凝剂 2. 助凝剂
铁盐和铝盐 有机和无机
三、 影响混凝效果的主要因素
1. 水温
2. pH
3. 水中杂质的成分、性质和浓度 4. 水力条件
四、 化学混凝的设备 1. 混凝剂的配制和投加设备 (1) 混凝剂的溶液和配制
从上述反应可以看出，三价铝盐发挥混凝作用的 是各种形态的水解聚合物。 带有正电的水解聚合物，同时起到压缩双电层的 脱稳和吸附架桥的作用。 为使硫酸铝达到优异的混凝效果，应尽量使胶体 脱稳和吸附架桥作用都得到充分发挥。
当混凝剂投放水中后，应立即进行剧烈搅拌，使 带电聚合物迅速均匀地与全部胶体杂质接触，使胶体 脱稳，随后，脱稳胶体在相互凝聚的同时，靠聚合度 不断增大的高聚物的吸附架桥作用，形成大的絮凝体， 使混凝过程很好完成。
第四节 氧化还原法
一、 加氯氧化CN-根
电镀废水往往含有CN-,可加氯氧化为N2和CO2。 二、 电解法
直流电通过电解质溶液时，在两个电极上引起 的化学变化称电解。
可用于处理含CrO42-、Hg的废水。 三、 置换法 电动序中电位较高的金属能取代水溶液中电位 较低的金属的离子，前者析出而后者溶入水中。
(2) 机械反应池
第二节
中 和 法
一、 投加法
常用药剂是石灰、电石渣、石灰石等，有时也采 用苛性钠和碳酸钠。 中和药剂的投加量，可按化学反应式进行估算。 石灰常使用熟石灰，配制成石灰乳液，浓度在10 ％左右，反应在池中进行。 石灰量多时，可用生石灰。 为了防止产生沉淀，石灰乳槽均装有搅拌设备。
n——每天配置次数，一般为2~6次。
溶解池的容积：
W 2 ( 0 . 2 ~ 0 . 3 )W 1
(2) 混凝剂溶液的投加
转子 流量 计 电磁 流量 计
计 量 设 备
投 加 方 式
泵前重 力投加
水射器 投加
2. 混合设备
(1) 水泵混合 (2) 隔板混合
(3) 机械混合
3. 反应设备
(1) 隔板反应池 利用水流断面 上流速分布不均所 造成的速度梯度， 促进颗粒相互碰撞 进行絮凝。 为避免结成的 絮凝体被打碎，隔 板中的流速应逐渐 减小。
二、过滤法
石灰石或白云石作中和剂时常呈粗粒状，可作 滤料，故用过滤法。
第三节 化学沉淀法
用易溶的化学药剂(可称沉淀剂)使溶液中某种 离子以它的一种难溶的盐和氢氧化物形式从溶液中 析出，在化学上称沉淀法，在化学沉淀法去除废水中的有 害离子，阳离子如Hg2+、Cd2+、Pb2+、Cu2+、Zn2+、 Cr6+，阴离子如SO42-、PO43-。 难溶盐和难溶氢氧化物在溶液中的离子的浓度 之积(称溶度积Ks)是常数，当能结合成难溶盐的两 种离子的浓度之积超过这盐的溶度积时，该盐将析 出，而这两种离子的浓度将下降，需要去除的离子 就与水分离。
第十六章 污水的化学处理
第一节 化学混凝法 第二节 中和法 第三节 化学沉淀法 第四节 氧化还原法
污水的化学处理是利用化学反应的作用以去除 水中的杂质。
处理对象主要是污水中无机的或有机的(难于生 物降解的)溶解物质或胶体物质。
常用的化学处理方法有化学混凝、中和法、化 学沉淀法和氧化还原法。
第一节 化学混凝法
混凝剂在溶解池中进行溶解:
搅拌 加速药 剂溶解 机械搅拌 压缩空气搅拌
水泵搅拌
药剂溶解完全后，将浓药液送入溶液池，用清 水稀释到一定的浓度备用。
溶液池的容积可按下式计算：
W1 24 100 Aq
V
1000 1000 cn
Aq
V
417 cn
式中: W1——溶液池容积，m3；
qv——处理地水量，m3/h; A——混凝剂地最大投加量，mg/L; c——溶液浓度，％；
水合铝离子进一步水解，形成单羟基单核络合 物：
[Al(H 2 O) 6 ]
3
H 2 O [Al(OH)(H
O) 5 ] 2
2
H 3O
单羟基单核络合物又进一步水解：
[Al(OH)(H O) 5 ] 2
2
H 2 O [Al(OH)
(H 2 O) 4 ] H 3 O 2
一、混凝原理 化学混凝 处理的对象主 要是水中的微 小悬浮物和胶 体杂质。
1. 胶体的稳定性
胶体所 受影响
由于上述的胶体带电现象，带相同电 荷的胶粒产生静电斥力，而且ξ电位越高， 胶粒间的静电斥力越大 受水分子热运动的撞击，使微粒在水 中作不规则的运动，即“布朗运动” 胶粒之间还存在着相互引力——范徳 华引力
因为初步水解产物中的羟基OH-具有桥键性质。
在由[Al(H2O)6]3+转向[Al(OH)3(H2O)3]的中间过 程中，羟基可将单核络合物通过桥键缩聚成多核络合 物：
[Al(H 2 O) 6 ]
3
[Al(OH)(H
3
2
O) 5 ]
2
[Al(H 2 O) 5 OH Al(H 2 O) 5 ]
胶粒因ξ电位电位降低或消除以至失去稳定性的 过程，称为胶体脱稳。脱稳的胶粒相互聚结，称为 凝聚。
(2) 吸附架桥作用 由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的 过程。 (3) 网捕作用
沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的 胶体等微粒，使胶体粘结。 以硫酸铝为例讨论混凝过程
硫酸铝Al2(SO4)3· 2O溶于水后，离解出Al3+， 18H 并结合有6个配位水分子，成为水合铝离子 [Al(H2O)6]3+。
胶体间的相互斥力不仅与ξ电位有关，还与胶粒的 间距有关，距离越近，斥力越大。而布朗运动的动能 不足以将两颗胶粒推进到使范徳华引力发挥作用的距 离。因此，胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的 分散状态。 水化作用也使胶体不能相互聚结。
2. 混凝原理
(1) 压缩双电层作用
混凝剂提供大量正离子会涌入胶体扩散层甚至 吸附层, 使ξ电位降低。当ξ电位为零时, 称为等电状 态。此时胶体间斥力消失, 胶粒最易发生聚结。 实际上，ξ电位电位只要降至某一程度而使胶粒 间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时，胶粒就 开始产生明显的聚结，这时的ξ电位称为临界电位。
[Al(OH)
(H 2 O) 4 ] H 2 O [Al(OH) 2
(H 2 O) 3 ] H 3 O 3
上述反应中，降低水中H+(或H3O+)浓度或提高 pH，使反应趋向右方，水合羟基络合物的电荷逐渐 降低，最终生成中性氢氧化铝难溶沉淀物。
当pH<4时，水解受到抑制，水中存在的主要是 [Al(H2O)3]3+ 。 当pH＝4~5时，水中有[Al(OH)(H2O)5]2+、 [Al(OH)2(H2O)4]+及少量[Al(OH)3(H2O)3]。 当pH＝7~8时，水中主要是[Al(OH)3(H2O)3]沉淀 物。 但在某一特定pH时，水解产物还有许多复杂的 高聚物和络合物同时共存。