第五章_混凝剂在水中的形态
化学药剂（混凝剂）
化学药剂（混凝剂）投加化学药剂（混凝剂）使得胶体分散体系脱稳和凝聚的过程称为化学混凝。
在混凝过程中，含有微小悬浮微粒和胶体杂质被聚集成较大的固体颗粒，使颗粒性的杂质与水分离的过程，称为混凝澄清处理。
1.混凝澄清处理的机理（1）胶体的稳定性和ξ电位胶体在水溶液中能持久地保持其悬浮的分散状态的特性叫做稳定性。
水中的胶体物质的自然沉降速度十分缓慢，不易沉降的原因是由于同类胶体带有相同的电荷（天然水和废水中胶体带负电），彼此之间存在着电性斥力，使之不能聚合，保持其原有颗粒的分散状态。
胶体颗粒保持其稳定性的另一个原因是，表面有一层水分子紧紧地包围着，称为水化层，它阻碍了胶体颗粒间的接触，使得胶体颗粒在热运动时不能彼此碰撞而粘合，从而使其颗粒保持悬浮状态。
使胶体失去稳定性的过程就称为脱稳。
胶体所带的电荷影响胶体的凝聚。
当胶体颗粒和流体之间呈相对运动时，剪切面（滑动面）上的电位，称之为ζ电位。
若ζ电位愈大，则胶体就愈稳定；若ζ电位等于零，胶体不带电荷，这时胶体极不稳定，易于彼此聚合成大块而沉降。
水中的胶体物质的自然沉降速度十分缓慢，不易沉降的原因是由于同类胶体带有相同的电荷（天然水和废水中胶体带负电），彼此之间存在着电性斥力。
另外，胶体表面总是有一层水分子包围着，它妨碍了胶体颗粒之间的接触粘合。
溶液主体与双电层滑动界面的电位差称为ξ电位。
（2）胶体的脱稳、凝聚和絮凝改变胶体颗粒的某些特性，使之失去稳定性称之为胶体的脱稳。
在布朗运动的作用下，相互凝聚成细小絮凝物的反应过程称为凝聚。
细小絮凝物在范德华引力的作用下或在絮凝剂的吸附架桥作用下，相互粘合成较大絮状物的过程称为絮凝。
向水中投加混凝剂后，经过混合、凝聚、絮凝等综合作用，可使胶体颗粒和其它微小颗粒聚合成较大的絮状物。
细小絮凝物在速度梯度？？的作用下或在絮凝剂的吸附架桥作用下，相互粘合成较大絮状物的过程称为絮凝。
凝聚和絮凝的全过程称为混凝。
a.胶体的脱稳凝聚向水中投加电解质，可起到压缩双电层使胶体脱稳的作用。
水质工程学(Ⅰ)例题、思考题、习题答案
水质工程学（Ⅰ）例题、思考题、习题第1章水质与水质标准1。
水中杂质按尺寸大小可分为几类？了解各类杂质主要来源、特点及一般去除方法.水中杂质按尺寸大小分为悬浮物、胶体、溶解物三类。
悬浮物：尺寸较大（1？m-1mm），可下沉或上浮（大颗粒的泥砂、矿碴下沉，大而轻的有机物上浮）。
主要是泥砂类无机物质和动植物生存过程中产生的物质或死亡后的腐败产物等有机物。
这类杂质由于尺寸较大,在水中不稳定,常常悬浮于水流中.当水静置时，相对密度小的会上浮与水面，相对密度大的会下沉,因此容易去除。
胶体：尺寸很小（10nm-100nm），具有稳定性，长时静置不沉。
主要是粘土、细菌和病毒、腐殖质和蛋白质等.胶体通常带负电荷，少量的带正电荷的金属氧化物胶体。
一般可通过加入混凝剂进去去除。
溶解物：主要是呈真溶液状态的离子和分子，如Ca2+、Mg2+、Cl—等离子，HCO3—、SO42-等酸根,O2、CO2、H2S、SO2、NH3等溶解气体分子.溶解物与水成均相,透明。
但可能产生色、臭、味.是某些工业用水的去除对象,需要特殊处理.有毒有害的无机溶解物和有机溶解物也是生活饮用水的去除对象。
2.各种典型水质特点.（数值可不记）江河水：易受自然条件影响,浊度高于地下水.江河水年内浊度变化大。
含盐量较低,一般在70~900mg/L之间。
硬度较低，通常在50～400mg/L(以CaCO3计）之间。
江河水易受工业废水和生活污水的污染，色、臭、味变化较大,水温不稳定。
湖泊及水库水：主要由河水补给,水质类似河水,但其流动性较小，浊度较低；湖水含藻类较多，易产生色、臭、味.湖水容易受污染。
含盐量和硬度比河水高。
湖泊、水库水的富营养化已成为严重的水污染问题。
海水：海水含盐量高，在7。
5~43。
0g/L之间，以氯化物含量最高，约占83。
7%，硫化物次之，再次为碳酸盐，其它盐类含量极少。
海水须淡化后才可饮用。
地下水：悬浮物、胶体杂质在土壤渗流中已大部分被去除，水质清澈，不易受外界污染和气温变化的影响，温度与水质都比较稳定，一般宜作生活饮用水和冷却水.含盐量通常高于地表水（海水除外），大部分地下水含盐量在100～5000mg/L，硬度通常在100～500mg/L(以CaCO3计），含铁量一般10mg/L以下，个别达30mg/L。
混凝剂
混凝剂在20世纪初，用混凝剂进行工作的快滤池进入给水处理的实践中，其运转经验表明，混凝剂具有很高的消毒能力。
从最早使用的天然混凝剂到初级合成 AIC13、FeS04-7H20或硅系列混凝剂，再到现今使用的高聚合类混凝剂（如聚合氯化铝PAC、聚合硫酸铁PFS、PASS、聚丙烯酰胺PAM等），以及即将到来的生物混凝剂，人类使用混凝剂的过程也会经历一个从天然到合成再到天然的循环。
混凝方法也由简单的搅拌发展到精确控制搅拌的各种边界条件、混凝剂最适应用环境，进而形成许多的混凝理论，在水的净化处理过程起着重要的指导作用。
1 混凝剂的定义与分类1.1 混凝剂的定义目前关于混凝剂的定义有两种方法：一种是根据胶体粒子聚集阶段的不同，即胶粒的表面改性及胶粒的粘连，将起胶粒表面改性作用的药品称为凝聚剂，使胶粒粘连的药品称为絮凝剂，兼有上述各种功能的药品为混凝剂；另外一种定义比较简单，将混凝剂与絮凝剂不加区分，因为从机理上区分凝聚与絮凝有时很困难。
1.2 混凝剂的分类目前，絮凝剂的品种繁多，按其化学成分可分为无机和有机两大类。
无机类的品种较少，主要是铝和铁的盐类及其水解聚合产物，但在水和废水处理中的用量很大；有机类的品种很多，主要是高分子化合物，又可分为天然的及人工合成的两部分，但用量不如无机类大。
2 混凝剂在我国的发展现状混凝剂剂的开发主要集中在无机高分子絮凝剂(IPF)的复合与混凝机理的研究方面，并提出了自己的某些理论，在指导新型混凝剂的开发方面起到了一定的作用。
如汤鸿霄在 A113结构模型方面所做的研究与李圭白在利用 KMnO4去除微污染水中的腐殖质方面的研究都在国际上有一定的影响。
目前，我国无机混凝剂的品种比较齐全，但天然与人工合成有机高分子絮凝剂相对国外而言品种较少。
例如，常用的聚合高分子主要是聚丙烯酰胺系列化合物，电荷基本局限于阴离子聚丙烯酰胺及非离子聚丙烯酰胺型，而一些发达国家无论在给水还是在废水处理中，阳离子型不同种类的聚合高分子的应用均明显超过阴离子型及非离子型聚合高分子。
给水工程((下册))各章节内容(考试复习重点)
（ 3） 溶解杂质 ：包括有机物和无机物两类 。
3.（ 1） 水质标准 是用水对象所要求的各项水质参数应达到的指标和限值 。
（2）水质参数 指能反映水的使用性质的量 ，但不涉及具体数值 。
4.生活饮用水卫生标准 （GB 5749-2006 ）
（1）感官性状和一般化学指标
（2）毒理学指标
（3）微生物指标
4.硫酸铝的混凝机理 ：
不同 pH 条件下 ，铝盐可能产生的混凝机理不同 。 何种作用机理为主 ，决定于铝盐的投
加量 、 pH、 温度等 。实际上 ，几种可能同时存在 ：
pH<3
简单的水合铝离子起压缩双电层作用 ；
pH=4-5
多核羟基络合物起吸附电性中和 ；
pH=6.5-7.5 氢氧化铝起吸附架桥 。
主 。同向絮凝效果不仅与
G
有8 关
，还与时间有关 32
。在絮凝阶段
，通常以
G 值和
GT 值作为
控
N0
dn
制指标 。 平均 G＝ 20 ～ 70s-115，时间为 15 ～ 20min ， GT＝ 1～ 104 －105 。
随着絮凝的进行 ，G 值应逐渐减小 。
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四 、影响混凝效果的主要因素
② 温度降低 ， 粘度升高 ―― 布朗运动减弱 ；
③ 水温低时 ， 胶体颗粒水化作用增强 ，妨碍凝聚 ；
④ 水温与水的 pH 值有关 。
克服水温低效果差的措施 ：
① 增加混凝剂的投量 ， 以改善颗粒之间的碰撞条件 。
② 投加助凝剂 （如活化硅酸 ） 或粘土以增加绒体重量和强度 ，提高沉速 。
3.水的 pH 和碱度影响
第五章_混凝剂在水中的形态
4.1 无机盐类絮凝剂
一、铝盐在水中的化学反应
硫酸铝絮凝剂使用历史悠久，较为广泛，其混凝机理具有相当的 代表性。
硫酸铝Al2（SO4）3· 2O溶于水后，立即离解出铝离子， 18H
通常是以[Al(H2O)6]3+存在，但接着会发生水解与缩聚反应，形成 不同的产物。各种水解聚合产物的在水处理混凝过程表现出不同 的混凝机理。
4.2 无机高分子絮凝剂
曾经提出并研究过的无极高分子絮凝剂主 要有：聚合氯化铝（PAC)、聚合氯化铁(PFC)、 聚合硫酸铝(PAS)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合磷 酸铝(PAP)、聚合磷酸铁(PFP)、聚硅酸(PSI)、 聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合硫酸铝铁(PAFS)、 聚合硅酸硫酸铝(PASS)及聚合硅酸硫酸铁 (PFSS)等絮凝剂。目前得到广泛用的主要是聚 合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PAS)、聚硅酸 (PSI)和聚合硅酸硫酸铝(PASS)。
由左图可以观察到，氢氧化铝大约在pH＝5左右即 开始出现，逐步增多，当pH值到7以上，它就成为铝 的主要形态，到pH＝8附近，氢氧化铝又重新溶解而 成为带负电的配合阴离子，在pH＞8．5时，这些阴离 子成为Al(Ⅲ)的主要形态。右图则反映了多核羟基络合 物的存在，当pH为4．5—5．o时， Al8(OH)204+成了 主要形态。实际情况是在每一pH值处都存在若干不同 的化合物形态，其中有些是量较多的主要存在形态， 另一些则是量较少的一般存在形态，它们之间按一定 的平衡关系分布、各占不同的数量比例，可以认为， pH值较低时，高电荷而低聚合度的多核配离子为主， pH值升高时，不断转化为低电荷而高聚合度的无机高 分子物质，并进一步发展成为电中性的聚合度极高的 难溶氢氧化铝沉淀。
水处理总复习题及参考答案
⽔处理总复习题及参考答案⽔处理总复习题及参考答案第⼀章锅炉补给⽔的预处理⼀、选择题根据题意，将正确答案的填⼊括号内。
1．为了保证良好的反洗效果，滤料的膨胀度和冲洗强度应保持适当，冲洗强度过⼩时，下部滤层浮不起来；冲洗强度过⼤时，滤料之间碰撞机率减⼩，细⼩滤料也易流失。
⼀般来讲，⽯英砂的反洗强度为（C）L/（m2·s）A、5～10B、10～15C、15～20D、20～252．超滤膜是分离膜技术中的⼀部分，它是介于微滤和纳滤之间的⼀种膜过程，笼统地讲，超滤膜孔径在（A）之间。
A、1nm～0.1µmB、0.1nm～0.1µmC、1nm～1µmD、0. 1nm～0.1µm3．常⽤中空纤维超滤膜材料有聚偏氟⼄烯、聚醚砜、聚砜等，其中聚醚砜英⽂代号（D）A、PSB、PVDFC、PSAD、PES4．部分回流加压溶⽓⽓浮澄清池，设计回流⽐控制在（C）之间。
A、5%～10%B、10%～20%C、20%～30%D、30%～40%5．活性炭⽤作吸附处理时，表征其理化性能的主要技术指标—碘吸附值的含义是指在浓度为0.1mmol/L的碘溶液50mL中，加⼊活性炭（B）g左右，震荡5min，测定剩余碘，计量单位为mg/g，即每克活性炭吸附碘的毫克数。
A、0.1B、0.5C、1.0D、2.06．当澄清池分离室泥渣层逐渐上升、出⽔⽔质变坏、反应室泥渣浓度增⾼、泥渣沉降⽐达到（C）以上时，应缩短排泥周期，加⼤排泥量。
A、5%B、10%D、50%7．（A）适⽤于处理有机物含量较⾼的原⽔或有机废⽔的处理，pH适⽤范围4.5～10。
A、聚合硫酸铁（PFS）B、碱式氯化铝（PAC）C、硫酸铝D、三氯化铁8．在电⼚⽔处理中，为了提⾼混凝处理效果，常常采⽤⽣⽔加热器对来⽔进⾏加热，也可增加投药量来改善混凝处理效果。
采⽤铝盐混凝剂时，⽔温（C）℃⽐较适宜。
A、0B、10C、20D、409．当原⽔浊度⼩于（A）FTU时，为了保证混凝效果，通常采⽤加⼊粘⼟增浊、泥渣循环、加⼊絮凝剂助凝等⽅法。
混凝剂
混凝剂在污水处理中的应用：颗粒中较大的粗粒悬浮物可以利用自然沉淀去除，但是更微小的悬浮物，甚至是某些有害的化学离子，特别是胶体粒子沉降得很慢，甚至能在水中长期保持分散的悬浮状态而不能自然下沉，难以用自然沉淀的方法从水中分离除去。
混凝剂的原理是破坏这些细小颗粒的稳定性，使其互相接触而凝聚在一起，形成絮状物，并下沉分离。
利用混凝剂治理污水综合了混合、反应、凝聚、絮凝等九个过程。
由于混凝剂投入水中，大多可以提供大量的正离子。
正离子能把胶体颗粒表面所带的负电中和掉，使其颗粒间排斥力减小，从而容易想和靠近并凝聚程絮状细粒，实现了使水中细小胶体颗粒脱稳并凝聚成微小细粒的过程。
微小的细粒通过吸附、卷带和架桥形成更大的絮体沉淀下来，达到了可从水中分离出来的目的。
污水治理中常用的混凝剂大致可以分为三类：有机混凝剂、无机混凝剂和高分子混凝剂。
有机混凝剂有阴阳离子型之分；无机混凝剂有无机类、碱类、固体细粉类等区别；高分子混凝剂根据聚合度的不同可分为高聚合度混凝剂和低聚合度混凝剂，不同聚合度下又有阳离子型、阴离子型和非离子型，高分子混凝剂也有有机与无机类之分。
选用混凝剂的品种、数量应根据处理对象，即不同的废水的试验资料和条件而定，必须从价廉、易得、投用量少、处理效率高且生成的絮状物容易沉淀分离等方面考虑。
当投加单个混凝剂处理效果不理想时，还可以投加助凝剂或者可以考虑两种混凝剂按比例混合投加。
一、混凝剂种类按无机和有机类可分成以下几种：1、硫酸铝硫酸铝含有不同数量的结晶水，Al2(SO4)3·18H2O，其中n=6、10、14、16，18和27，常用的是Al2(SO4)3·18H2O其分子量为666.41，比重1.61，外观为白色，光泽结晶。
硫酸铝易溶于水，水溶液呈酸性，室温时溶解度大致是50%，pH值在2.5以下。
沸水中溶解度提高至90%以上。
硫酸铝使用便利，混凝效果较好，不会给处理后的水质带来不良影响。
水处理混凝机理ppt课件
6.4.1 概述 影响混凝效果的因素比较复杂，主要包括： ①原水性质，包括水温、水化学特性、杂质性质和浓度等； ②投加的凝聚剂种类与数量； ③使用的絮凝设备及其相关水力参数。
6.4.2水温影响 水温低时，通常絮凝体形成缓慢，絮凝颗粒细小、松散，凝聚效果较差。其原因有： ①无机盐水解吸热； ②温度降低，粘度升高――布朗运动减弱； ③水温低时，胶体颗粒水化作用增强，妨碍凝聚； ④水温与水的pH值有关
6.4.4水中悬浮物浓度的影响
杂质浓度低，颗粒间碰撞机率下降，混凝效果差。可采取的对策有： ①加高分子助凝剂； ②加粘土 ③投加混凝剂后直接过滤 如果原水悬浮物含量过高，为减少混凝剂的用量，通常投加高分子助凝剂。如黄河高浊度水常需投加有机高分子絮凝剂作为助凝剂。
3．混凝控制指标 自药剂与水均匀混合起直至大颗粒絮凝体形成为止，工艺上总称混凝过程。相应设备有混合设备和絮凝设备。 混合（凝聚）过程：在混合阶段，对水流进行剧烈搅拌的目的主要是使药剂快速均匀分散以利于混凝剂快速水解、聚合、及颗粒脱稳。平均G＝700~1000s-1，时间通常在10～30s，一般<2min散药剂，此阶段，杂质颗粒微小，同时存在颗粒间异向絮凝。 絮凝过程 ：在絮凝阶段，主要靠机械或水力搅拌促使颗粒碰撞凝聚，故以同向絮凝为主。同向絮凝效果不仅与G有关，还与时间有关。在絮凝阶段，通常以G值和GT值作为控制指标。 平均G＝20－70s-1， GT＝1～104－105 随着絮凝的进行，G值应逐渐减小。
6.4.3水的pH和碱度影响 水的pH值对混凝效果的影响程度，与混凝剂种类有关。 混凝时最佳pH范围与原水水质、去除对象等密切有关。 当投加金属盐类凝聚剂时，其水解会生成H+，但水中碱度有缓冲作用，当碱度不够时需要投加石灰。 石灰投量按下式估算： [CaO]=3[a] – [x] + [δ] （6-13） 式中[CaO]：纯石灰CaO投量，mmol/L； [a]：混凝剂投量，mmol/L； [x]：原水碱度，按mmol/L，CaO计；[δ]：保证反应顺利进行的剩余碱度，一般取0.25~0.5mmol/L（CaO）。一般石灰投量通过试验决定。
水污染控制工程智慧树知到答案章节测试2023年黑龙江科技大学
绪论单元测试1.作为世界上最大的能源生产国和消费国，中国明确提出“双碳”政策，力争分别在哪年实现碳达峰和碳中和。
（）。
A:2030年2060年B:2030年2050年C:2030年2080年D:2030年2070年答案:A2.我国人口众多，人均水资源量约为世界人均水量的（）A:1/4B:1/3C:1/5D:1/2答案:A3.三大水环境问题包括水资源短缺、水环境污染和水生态破坏，已直接影响到人民的生活和社会的可持续发展。
A:对B:错答案:A第一章测试1.表示废水水质污染情况的重要指标有有毒物质、有机物微生物、悬浮物、温度、( )、颜色、油脂。
A:浊度B:重金属C:pH 值D:胶体答案:C2.水质标准可以分为（）。
A:用水水质标准B:水环境质量标准C:水污染质量标准D:水污染排放标准答案:ABD3.《城镇污水处理厂污染物排放标准》标准号为（）。
A:GB8978-1996B:GB8978-2002C:GB18918-2012D:GB18918-2002答案:D4.一般生活污水与的比值比较稳定，一般为（）。
A:0.6B:0.8C:0.5D:0.7答案:B5.依据处理过程对水中污染物的作用方式，可将水处理方法划分为（）、（）两大类。
A:转移处理B:转化处理C:分离处理D:过滤处理答案:BC6.水中固体污染物质的存在形态有悬浮态、溶解态两种。
（）A:对B:错答案:B7.在水质指标中以石油类和动植物油两项指标来表示油类污染物的污染程度。
（）A:对B:错答案:A8.水体自净的机理可分为物理净化、化学净化两种。
（）A:错B:对答案:A9.为明确区分、，国际标准化组织和我国规定，为化学需氧量。
（）A:错B:对答案:A10.总氮包括有机氮、氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮等全部氮的含量。
（）A:错B:对答案:B第二章测试1.筛网过滤器的类型有（）A:旋转式B:振动式C:转动式D:转鼓式答案:ABD2.在计算调节池时，要按（）的情况，即浓度和流量在高峰时区间来计算。
第5章 凝聚与絮凝
第5章凝聚与絮凝本章提要：介绍水中胶体的结构与稳定性，絮凝与凝聚的概念，混凝机理，混凝剂与助凝剂性质与投加方法，混凝构筑物的设计与计算，混凝过程的运行与管理等。
通过本章的学习，应掌握胶体的结构、稳定性及水的混凝过程，以及常用混凝剂的作用机理与投加方法。
能够运用相关水处理原理及公式进行水的混凝设施的设计与计算。
本章重点：胶体的结构、胶体稳定性、絮凝与凝聚机理、影响混凝效果的主要因素、混凝剂的特性，混凝构筑物的设计与计算。
本章难点：混凝机理、混凝动力学。
概述凝聚：水中胶体失去稳定（脱稳）并生成微小聚集体的过程。
絮凝：脱稳的胶体相互聚结成大的絮凝体的过程。
混凝：水中胶体粒子失去稳定并相互聚结成大的絮凝体的过程，它是通过向水中投加混凝剂实现的。
混凝是凝聚和絮凝的总称。
混凝去除对象:水中胶体粒子及微小悬浮物。
应用：广泛应用于给水处理，也可用于工业水处理及城市污水的三级处理和深度处理等。
另外，还可用于水的除油、脱色。
思考：水处理中，为什么需要进行混凝处理？5.1 水中胶体稳定性作为水中的胶体颗粒杂质，其粒子尺寸大约在1nm到1um之间，直接进行沉淀分离处理几乎是不可能。
因此从水处理的角度而言，认为胶体在水中是稳定的。
水中胶体稳定性：指胶体粒子在水中长期保持分散悬浮状态的特性。
原水现状: 胶体分散悬浮而稳定。
处理目标：通过适当的技术手段使均匀分散的稳定胶体颗粒失去稳定性，胶体相互碰撞聚结成大颗粒，达到沉降分离目的。
思考：为什么水中胶体具有稳定性？5.1.1 胶体的双电层结构胶体颗粒的最内层称为胶核，胶核表面因吸附电位形成离子而带电，胶核通过静电引力作用吸附溶液中的反离子到其周围，构成胶体的双电层结构。
见图5-1所示。
吸附层：胶核表面的电位形成离子和其吸附的束缚反离子合称为吸附层；扩散层：随着与胶核表面距离逐渐的增大，反离子浓度变小且有向溶液中扩散的趋势，故不随胶粒移动。
这层反离子称为自由反离子，构成扩散层。
胶粒: 胶核与吸附层合称胶粒。
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图所示为某聚合铝液体在不同碱化度和不同浓度时pH值的变化，
聚合铝液体的pH值在o—o．5范围内有急剧上升，而在o．5—2 范围内大致为‘定值。这时溶液中增加的oH—几乎全部都进入聚 合铝分子结构。当p＝2-2.5时，pH值又复急剧上升。在溶液的浓 度不同时，虽然变化规律基本相似，但具体数值并不相同，浓度 越大．pH值越低。
铝的水解聚合反应过程：
在水中，Al3+以Al(H2O)63+的形态存在，发生水解：
[Al(H2O)6]3+ ==[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+ （1）pH≤4时，水中以[Al(H2O)6]3+ 为主； （2） pH4～5时，以[Al (OH)(H2O)5]2+ 、[Al(OH )2(H2O)4]+ 及少量的
铝盐和铁盐都是传统的絮凝剂，无论从其水溶液化学 还是从其絮凝作用来讲，二者具有许多的共性，例如水 解、聚合、吸附脱稳、卷扫絮凝等。但是它们之间还存 在许多差异，这主要是因为铁(Ⅲ)离子和铝(Ⅲ)离子只有 不同的电子构型。铝(Ⅲ)离子为情气型，具有较高的电 荷和较小的体积，因而变形性小。按照软硬酸碱理论， 它属硬酸、与硬碱配体oH—生成电价型配合物。铁(Ⅲ） 离子也是硬酸、且与铝(Ⅲ)离子具有相等的电荷，但它 是过渡金属离子，届非情气型，具有3d5的外层电子结 构，因而变形性较显著，极化力较强，与配体发生较强 的相互极化，产生较牢固的结合。铁(Ⅲ)盐比铝(Ⅲ)盐具 有更好的水解、聚合及沉淀能力。
4.2 无机高分子絮凝剂
曾经提出并研究过的无极高分子絮凝剂主 要有：聚合氯化铝（PAC)、聚合氯化铁(PFC)、 聚合硫酸铝(PAS)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合磷 酸铝(PAP)、聚合磷酸铁(PFP)、聚硅酸(PSI)、 聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合硫酸铝铁(PAFS)、 聚合硅酸硫酸铝(PASS)及聚合硅酸硫酸铁 (PFSS)等絮凝剂。目前得到广泛用的主要是聚 合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PAS)、聚硅酸 (PSI)和聚合硅酸硫酸铝(PASS)。
一、聚合铝
（一）聚合铝絮凝剂的优点：
(1)对于低浊度水、高浊度水、有色水、严重污染水、若干种工业废
水都有优良效果。 (2)浊度越高效能越显著。对于低浊度水达到同样除浊效果，其用量 (按Al2O3计算)相当于硫酸铝的1／2。对于高浊度水，用量可减少到 1／3—3／4。 (3)投加后对原水碱度的降低程度较小、可以节省碱化药剂，并提高 水的稳定性。 (4)pH值适宜范围较宽。 (5)不易出现重新稳定的恶化现象。 (6)在低温时效果仍保持稳定，适用于冬季及寒冷地区。 (7)絮体形成速度非常快，可以缩短混合及反应时间。 (8)形成的絮体大而重，机械强度高，沉淀速度快，过滤水质好。 (9)适应各种条件的能力较强，一般可以单独使用而不需投加其它辅 助药剂。 (10)固体所含有效AI 203的成份高，用虽少，便于运输、贮存，液体 产品便于稀释，投加时容易控制。
(3)金属铝溶解于盐酸
把金属铝碎屑或者薄片溶于盐酸中，盐酸的 总当量数低于铝的总当量数，经过在一定温度 下(80一90℃)相当时间(数小时到十余小时)的 反应熟化而得到制成品。铝量和酸员的比例不 同。制品的碱化度也不同。以上是不足量酸溶 法。
(4)金属铝溶解于铝盐溶液
在氯化铝溶液中加入较纯的铝箔，进行数小 时到若干日的长时间静置溶解．把过剩的铝箔 分离出来，溶液即为制成品。 (5)金属铝溶解于氯化物溶液 把铝箔里放于SnCl4，CuCl2等的乙醇溶液 中进行混合反应和熟化后可得到制成品。
[Al(OH )3(H2O)3]；
（3）pH7～8时，水中以[Al(OH )3(H2O)3]为主。 （4）pH>9时，水中以Al(OH )4－为主
单核络合物通OH-桥键缩聚成双羟基双核络合物：
OH
2[Al (OH)(H2O)5]2+ = [(H2O)4Al Al(H2O)4]4+ + 2H2O
OH
（三）聚合氯化铝的碱化度和pH值 1.盐基度（碱化度）
根据铝(Ⅲ)盐水解聚合的观点，聚合氯化 铝可以看作是Cl逐步被OH所代换的各种产物， 也就是铝盐逐步羧基化或者碱化的各种产物。 聚合氯化铝某种形态中的羟基化程度或碱化的 程度称为碱化度或盐基度。
聚合铝的碱化度表示方法： （1）羟铝当量比。一般用百分数表示，即
由左图可以观察到，氢氧化铝大约在pH＝5左右即 开始出现，逐步增多，当pH值到7以上，它就成为铝 的主要形态，到pH＝8附近，氢氧化铝又重新溶解而 成为带负电的配合阴离子，在pH＞8．5时，这些阴离 子成为Al(Ⅲ)的主要形态。右图则反映了多核羟基络合 物的存在，当pH为4．5—5．o时， Al8(OH)204+成了 主要形态。实际情况是在每一pH值处都存在若干不同 的化合物形态，其中有些是量较多的主要存在形态， 另一些则是量较少的一般存在形态，它们之间按一定 的平衡关系分布、各占不同的数量比例，可以认为， pH值较低时，高电荷而低聚合度的多核配离子为主， pH值升高时，不断转化为低电荷而高聚合度的无机高 分子物质，并进一步发展成为电中性的聚合度极高的 难溶氢氧化铝沉淀。
事实上，铝盐水解聚合过程中由于羟基架桥作用， 还产生许多聚合离子，并且在水处理絮凝中已经引起重视。
以上这些反应中生成的这些复杂产物可以看作是 Al(Ⅲ)离子在水中经水解转化为氢氧化铝沉淀的过程中 出现的一系列动力学中间产物。这一过程可以看作是 由水解和聚合两个反应交替进行而构成的。水解反应 的结果可降低水解形态的电荷，增多其羟基。因而为 进一步聚合创造条件，而聚合的结果使离子电荷增大， 静电斥力阻碍进一步聚合，因而有待于发生进一步水 解，如此交替进行，最后可得到难溶的氢氧化铝沉淀。
第五章 混凝剂在水中的形态 及其效能
4.1 无机盐类絮凝剂
一、铝盐在水中的化学反应
硫酸铝絮凝剂使用历史悠久，较为广泛，其混凝机理具有相当的 代表性。
硫酸铝Al2（SO4）3· 2O溶于水后，立即离解出铝离子， 18H
通常是以[的产物。各种水解聚合产物的在水处理混凝过程表现出不同 的混凝机理。
以铝灰为原料，将盐酸和烧碱分别与铝灰反 应，制备三氯化铝和铝酸钠，在氯化铝的浓溶 液(含Al2O3 3—15％)中加入铝酸钠(Na2Oo／ Al2O3为 1．o一2．5)浓溶液，充分搅拌混合， 若有少量氢氧化铝生成，则需要在短时间内加 热溶解。达到一定的碱化度后，在一定温度下 经相当时间反应热化后，得到制成品。本法亦 称为中和法。
铝经各种途径进入人体后，通过蓄积和参与许多生物化 学反应，能将体内必需的营养元素和微量元素置换流失或沉 积，干扰破坏各部位的生理功能，导致人体出现诸如铝性骨 病、铝性贫血等。
降低水中铝的含量，可采用如下方法：
1.开发和采用能减少铝投加量的无机高分子混凝
剂。例如聚合氯化铝。 2.通过添加无毒的有机高分子絮凝剂降低铝含量。 3.以新型的无铝絮凝剂代替单铝盐、复铝盐或聚 铝盐。聚合硅酸铁。 4.改进絮凝技术。选择适宜的搅拌时间和搅拌速 度，促进絮体长大，通过强化絮凝降低水中残留 铝的量。
（四）聚合氯化铝的制作方法
(1)加碱于铝盐溶液
在铝的强酸盐如氯化铝，硝酸铝的浓溶液 (0．1一1．oM)中，按照预定的碱化度徐徐加 入浓碱液(4M)，充分搅拌，不使生成氢氧化铝 沉淀物。然后在一定温度下进行相当时间(数小 时)的聚合反应，使其熟化后得到制成品。
(2)加铝酸钠于铝盐溶液
（2）羟铝摩尔比。即
（3）铝氯当量比。即
2.pH值
聚合铝液体的pH值也是一项重要指标，它同碱化度有密切 构中结合的羟基数量，而pH值则表达溶液中游离状态的oH数量。
关系和类似之处，但不能把二者混淆起来。碱化度表达聚合铝结
聚合铝制成液的pH值一般随碱化度的升高而增大，但对于不同
缺点：是产生的絮体较脆弱，在水中受到扰 动时容易破碎，并且沉降速度较小，产生的污 泥难于进行浓缩和缩水，因而污泥处理的给用 比较高。
毒性：铝(Ⅲ)盐絮凝剂在使用个潜在的问题是其对生物体的
影响。已经发现，水中铝含量高于o．2-o．5mg／Ｌ，即可 使鲑鱼致死；铝对鲑鱼鱼苗的毒性可能主要来自铝的无机态 化合物，用柠檬酸与铝放反应能大大地降低铝的毒性；在碱 性条件下(pH值8—9)，水中铝酸根离于浓度高于2-o．5mg ／Ｌ时(以铝计)也可使鲑鱼致死，少量铝酸根能使鲑鱼慢性 中毒．产生鳃增生症状。但在未受污染的水中加状能迅速消 除。新鲜沉淀的氢氧化铝不会使鲑鱼急性中毒。
配合物，式中n=2~5
（3）碱式氯化铝Aln(OH)mCl3n-m ，这种化学式中没有限定n=2的形
态，所以可以认为它反映了复杂的多核配合物的概念。
（4）聚合氯化铝[Al2(OH)nCl6-n]m ，这种化学式把铝化合物看成是
聚合的高分子化合物，提出式中n=1~5，m＜10。虽然把铝的基本 数目定为2，实际上是把轻基配合物Al2(OH)nCl6-n看成是高分子化合 物的单体，而m为其聚合度。这种方式既考虑了A1数目为2的基本 结构，又考虑了高分子聚合物的发展形态。
关于聚合氯化铝的基本化学式先后曾提出过许多形式，有代表 性的主要有以下几种：
（1）铝溶胶xAl (OH)3· AlCl3 ， 这种化学式代表对铝化合物最简单
的理解，即把它看作是
Al (OH)3和AlCl3的复合物。式中x=2~5. （2）羟基氯化铝Al2(OH)nCl6-n ，这种化学式把铝化台物看成经基