混凝劑和混凝技術

《混凝劑和混凝技術》共分9章，主要介紹了混凝的基本理論、無機混凝劑、合成有機高分子絮凝劑、天然高分子改性絮凝劑、混凝的工藝與設備，以及混凝技術在微污染原水、城市污水及工業廢水處理中的應用等方面的內容。全書力求做到理論與實踐有效結合，同時反映當前國內外的研究成果和發展趨勢，具有較強的技術性和實用性。

《混凝劑和混凝技術》可供環境科學與工程、市政工程、化學工程等領域的工程技術人員、科研人員和管理人員參考，也可供高等學校相關專業師生參閲。

第1章緒論1

1.1混凝劑的定義與分類1

1.1.1無機混凝劑1

1.1.2有機絮凝劑2

1.1.3微生物絮凝劑3

1.2混凝劑在水處理中的應用4

1.3混凝在國內外的發展概況4

1.3.1國內混凝沉澱技術的發展現狀4

1.3.2國外混凝沉澱技術的發展現狀5

參考文獻5

第2章混凝的基本理論7

2.1膠體的基本知識7

2.1.1膠體的性質7

2.1.2膠體的結構9

2.1.3膠體的穩定性與凝聚13

2.2混凝劑的作用機理17

2.2.1雙電層壓縮機理17

2.2.2吸附電中和作用機理18

2.2.3吸附架橋作用機理18

2.2.4卷掃（網鋪）機理19

2.3混凝動力學19

2.3.1異向凝聚動力學20

2.3.2同向凝聚動力學22

2.3.3絮體形成過程動力學27

2.4混凝效果的影響因素31

2.4.1絮凝劑的性質和結構31

2.4.2水温31

2.4.3pH值31

2.4.4水中雜質的成分性質和濃度31

2.4.5水力條件及混凝反應的時間32

參考文獻32

第3章無機混凝劑33

3.1概述33

3.1.1無機混凝劑發展歷程33

3.1.2鐵系和鋁系絮凝劑的絮凝特徵34

3.1.3鋁系混凝劑的優缺點34

3.1.4鐵系混凝劑的優缺點35

3.2鋁系無機混凝劑35

3.2.1硫酸鋁35

3.2.2三氯化鋁37

3.2.3鋁酸鈉39

3.2.4聚合氯化鋁40

3.2.5聚合硫酸鋁42

3.3鐵系混凝劑43

3.3.1硫酸亞鐵43

3.3.2三氯化鐵45

3.3.3高鐵酸鹽46

3.3.4聚合硫酸鐵49

3.3.5聚合三氯化鐵51

3.4無機複合型混凝劑的製備52

3.4.1聚硅鋁複合絮凝劑52

3.4.2聚硅酸鋁鐵54

3.4.3聚合硫酸鋁鐵55

3.4.4聚合氯化鋁鐵55

3.4.5聚合氯化硫酸鐵56

3.4.6聚磷硫酸鐵57

3.4.7聚磷氯化鋁58

3.4.8聚硅硫酸鐵58

參考文獻59

第4章合成有機高分子絮凝劑60

4.1概述60

4.2非離子型合成有機高分子絮凝劑的製備61

4.2.1聚合型絮凝劑62

4.2.2縮合型絮凝劑66

4.3陰離子型合成有機高分子絮凝劑的製備67

4.3.1聚合型絮凝劑67

4.3.2高分子反應型絮凝劑72

4.4陽離子型合成有機高分子絮凝劑的製備74

4.4.1聚合型絮凝劑74

4.4.2高分子反應型絮凝劑85

4.4.3縮合型絮凝劑89

4.5兩性型合成有機高分子絮凝劑的製備95

4.5.1聚合型絮凝劑95

4.5.2高分子反應型絮凝劑103

4.5.3縮合型絮凝劑106

4.6應用107

4.6.1非離子型合成有機高分子絮凝劑的應用107

4.6.2陰離子型合成有機高分子絮凝劑的應用110

4.6.3陽離子型合成有機高分子絮凝劑的應用114

4.6.4兩性型合成有機高分子絮凝劑的應用121

參考文獻125

第5章天然高分子改性絮凝劑130

5.1概述130

5.2非離子型天然有機高分子改性絮凝劑的製備131

5.2.1澱粉?丙烯酰胺接枝共聚物131

5.2.2β?環糊精改性產品133

5.2.3改性瓜爾膠產品134

5.2.4F691?丙烯酰胺接枝共聚物135

5.3陰離子型天然有機高分子改性絮凝劑的製備135

5.3.1改性澱粉類絮凝劑136

5.3.2黃原膠及其改性產品144

5.3.3改性纖維素類絮凝劑145

5.3.4海藻酸鈉149

5.3.5改性木質素類絮凝劑149

5.3.6植物單寧及其接枝共聚物152

5.3.7F691改性產品153

5.4陽離子型天然有機高分子改性絮凝劑的製備153

5.4.1改性澱粉類絮凝劑154

5.4.2改性木質素類絮凝劑164

5.4.3改性纖維素類絮凝劑167

5.4.4殼聚糖及其季銨化產品170

5.4.5F691改性產品172

5.5兩性型天然有機高分子改性絮凝劑的製備174

5.5.1改性澱粉類絮凝劑175

5.5.2改性木質素類絮凝劑184

5.5.3改性殼聚糖類絮凝劑185

5.5.4改性纖維素類絮凝劑187

5.5.5F691改性絮凝劑193

5.6應用193

5.6.1非離子型天然有機高分子改性絮凝劑的應用193

5.6.2陰離子型天然有機高分子改性絮凝劑的應用198

5.6.3陽離子型天然有機高分子改性絮凝劑的應用203

5.6.4兩性型天然有機高分子改性絮凝劑的應用219

參考文獻225

第6章混凝的工藝與設備229

6.1混凝劑的配置和投加229

6.1.1藥液的配製229

6.1.2藥液的計量230

6.1.3藥液的投加233

6.2混合與攪拌設備235

6.2.1水泵混合器235

6.2.2管道混合器236

6.2.3多孔隔板混合器236

6.2.4槳板式機械混合器237

6.2.5渦流式混合器237

6.2.6射流混合器237

6.3反應設備238

6.3.1水力式反應池238

6.3.2機械反應池241

6.4絮體固液分離設備242

6.4.1絮體固液分離設備242

6.4.2澄清器（池）245

6.4.3其他分離方法250

參考文獻251

第7章混凝技術在微污染原水處理中的應用253

7.1微污染原水水質概況253

7.1.1微污染原水的特徵253

7.1.2微污染原水的危害253

7.1.3微污染原水的處理技術253

7.2混凝與強化混凝256

7.2.1混凝與強化混凝機理256

7.2.2影響強化混凝的主要因素258

7.2.3強化混凝的主要方法259

7.3混凝技術在微污染原水處理中的應用261

參考文獻262

第8章混凝技術在城市污水處理中的應用265

8.1城市污水水質概況265

8.2城市污水處理工藝方法概述266

8.2.1城市污水處理方法266

8.2.2城市污水處理工藝267

8.2.3城市污水處理的典型流程269

8.3混凝技術在一級處理中的應用269

8.4混凝技術在二級處理中的應用271

8.5混凝技術在深度處理中的應用271

8.6混凝技術在污泥處理中的應用273

8.6.1污泥脱水劑（調理劑）的種類273

8.6.2選擇使用污泥調理劑應考慮的因素273

參考文獻275

第9章混凝技術在工業及工業廢水處理中的應用277

9.1混凝技術在工業中的應用277

9.1.1礦物加工277

9.1.2氧化鋁生產278

9.1.3造紙黑液分離木質素278

9.1.4製糖與中藥提純279

9.2混凝技術在工業廢水處理中的應用279

9.2.1造紙廢水279

9.2.2印染廢水281

9.2.3製革廢水284

參考文獻286

混凝劑在污水處理中的應用：顆粒中較大的粗粒懸浮物可以利用自然沉澱去除，但是更微小的懸浮物，甚至是某些有害的化學離子，特別是膠體粒子沉降得很慢，甚至能在水中長期保持分散的懸浮狀態而不能自然下沉，難以用自然沉澱的方法從水中分離除去。混凝劑的原理是破壞這些細小顆粒的穩定性，使其互相接觸而凝聚在一起，形成絮狀物，並下沉分離。

利用混凝劑治理污水綜合了混合、反應、凝聚、絮凝等九個過程。由於混凝劑投入水中，大多可以提供大量的正離子。正離子能把膠體顆粒表面所帶的負電中和掉，使其顆粒間排斥力減小，從而容易靠近並凝聚成絮狀細粒，實現了使水中細小膠體顆粒脱穩並凝聚成微小細粒的過程。微小的細粒通過吸附、卷帶和架橋形成更大的絮體沉澱下來，達到了可從水中分離出來的目的。

污水治理中常用的混凝劑大致可以分為三類：有機混凝劑、無機混凝劑和高分子混凝劑。有機混凝劑有陰陽離子型之分；無機混凝劑有無機類、鹼類、固體細粉類等區別；高分子混凝劑根據聚合度的不同可分為高聚合度混凝劑和低聚合度混凝劑，不同聚合度下又有陽離子型、陰離子型和非離子型，高分子混凝劑也有有機與無機類之分。選用混凝劑的品種、數量應根據處理對象，即不同的廢水的試驗資料和條件而定，必須從價廉、易得、投用量少、處理效率高且生成的絮狀物容易沉澱分離等方面考慮。當投加單個混凝劑處理效果不理想時，還可以投加助凝劑或者可以考慮兩種混凝劑按比例混合投加。

硫酸鋁含有不同數量的結晶水，Al2(SO4)3·18H2O，其中n=6、10、14、16，18和27，常用的是Al2(SO4)3·18H2O其分子量為666.41，比重1.61，外觀為白色，光澤結晶。

硫酸鋁易溶於水，水溶液呈酸性，室温時溶解度大致是50%，pH值在2.5以下。沸水中溶解度提高至90%以上。 硫酸鋁使用便利，混凝效果較好，不會給處理後的水質帶來不良影響。當水温低時硫酸鋁水解困難，形成的絮體較鬆散。

硫酸鋁在我國使用最為普遍，大都使用塊狀或粒狀硫酸鋁。根據其中不溶於水的物質的含量，可分為精製和粗製兩種。硫酸鋁易溶於水，可乾式或濕式投加。濕式投加時一般採用10—20%的濃度(按商品固體重量計算)。硫酸鋁使用時水的有效pH值範圍較窄，約在5.5—8之間，其有效pH值隨原水的硬度含量而異：對於軟水，pH值在5.7—6.6；中等硬度的水為6.6—7.2；硬度較高的水則為7.2—7.8。在控制硫酸鋁劑量時應考慮上述特性。有時加入過量硫酸鋁，會使水的pH值降至鋁鹽混凝有效pH值以下，既浪費了藥劑，又使處理後的水發混。

粗製硫酸鋁中有效氧化鋁含量基本與精製相同，主要是不溶於水的物質含量高，廢渣較多，最好用熱水並拌以攪拌，才能完全溶解，因含有遊離酸，酸度較高，腐蝕性強，溶解與投加設備應考慮防腐。 ^[2] 

三氯化鐵(FeCl3·6H2O)是一種常用的混凝劑，是黑褐色的結晶體，有強烈吸水性，極易溶於水，其溶解度隨温度上升而增加，形成的礬花，沉澱性能好，處理低温水或低濁水效果比鋁鹽好。我國供應的三氯化鐵有無水物、結晶水物和液體。液體、晶體物或受潮的無水物腐蝕性極大，調製和加藥設備必須考慮用耐腐蝕器材(不鏽鋼的泵軸運轉幾星期也即腐蝕，用鈦制泵軸有較好的耐腐性能)。三氯化鐵加入水後與天然水中鹼度起反應，形成氫氧化鐵膠體，當被處理水的鹼度低或其投加量較大時，在水中應先加適量的石灰。水處理中配製的三氯化鐵溶液濃度宜高，可達46%。

三氯化鐵的優點是形成的礬花比重大，易沉降，低温、低濁時仍有較好效果，適宜的pH值範圍也較寬，缺點是溶液具有強腐蝕性，處理後的水的色度比用鋁鹽高。 ^[1]