水污染控制工程
第 8章 污水的化学处理
内蒙古科技大学
环境工程教研室
目录
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
第一节 化学混凝法
混凝过程具有两个作用,
● 第一个作用：使水中原有的离散微粒首先具有粘附在固体颗粒
上的性质 ——凝聚（ coagulation）
● 第二个作用：使这些具有粘附性的离散微粒能够粘结成絮
体 ——絮凝（ flocculation）
混凝（ coagulation-flocculation）
一、混凝原理
1.、胶体的稳定性
① 水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于 d<4μm），大部分细菌
（ 0.2~80nm），病毒（ 10~300nm），蛋白质。
② 稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质。
③ 胶体可分为憎水性胶体，亲水性胶体或介于两者之间。
④ 对憎水性胶体，其稳定性可用双电层结构来说明。对于亲水性
胶体，其稳定性主要由于它所吸附的大量水分子所构成的水壳来说
明。
2.（憎水性）胶体的双电层结构及其稳定性
2.1．颗粒表面电荷的产生
水中胶体表面都带有电荷，在一般水质中，粘土、细菌、病毒
等都是带负电的胶体。而氢氧化铝或氢氧化铁等微晶体都是带
正电的胶体，其表面电荷的产生有如下四个机理,
② 极难溶的离子型晶体与它溶解下来的离子产物之间有一平衡关
系，（这一平衡关系由溶度积来确定），这使得晶体表面有了一定
符号的电荷。铁、铝、氢、氧化物颗粒表面电荷可以是依此机理产
生的。由于金属氧化物或氢氧化物的溶解沉淀反应与溶液 pH值有
关，因此，这类颗粒的表面电荷和电势受 pH控制；
① 固相表面对水中某种离子的特异吸附；
以上四个机理不是截然可分的，不同情况下由其中一个或几个机理
起作用。
③ 颗粒表面离子化 能团的离解，特别是高分子有机物因其极性
能团的酸碱离解而使表面带上电荷；（受 pH控制）（如蛋白质,
COOH – R – NH2）
④ 某些离子型晶体（结晶物质）的 Schottky缺陷在晶体表面产生
过量的阳或阴离子，而在其表面呈带正电或负电。（粘土及其它铝
硅酸盐矿物晶体的表面电荷成因）
2.2．胶体的双电层结构
胶核荷电示意图
电位离子
反离子
扩散层
胶团边界
滑动面
胶粒
吸附层
胶核
ξ电位 Ψ电位
3.胶体的脱稳及凝聚（混凝原理）
? 压缩双电层作用,通过向水中投加电解质等混凝剂，消
除或降低胶粒的 ζ地位，使颗粒碰撞聚结，失去稳定性
（凝聚）。
?? ?? 243342 SO3Al2)SO(Al
??? ??? OH])OO H ) ( H[ A LOH])OH(Al[ 32522362 （
??? ??? OH]4)O(HOH)[ A LOH])OH(A l ( O H )[ 3222252 （
?? ???? OH])OH()OH(Al[OH])OH()OH(Al[ 33232422
? 吸附架桥作用：三价铝盐或铁盐以及其他高分子混凝剂
溶于水后，经水解和缩聚反应形成具有线性结构高分子
聚合物，当它一端吸附某一颗粒后，另一端又吸附另一
颗粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐
渐结大，形成肉眼可见的粗大絮凝体（絮凝）。
? 网捕作用：三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些
沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等
颗粒，使胶体粘结。
二、常用混凝剂和助凝剂
当 Al2(SO4)3配制为 10~20%溶液使用时,pH≈4，发生
下列离解反应,
?? ?? 243342 SO3Al2)SO(Al
当其投加到水中后，发生如下水解反应，水的 pH也随之改变,
??? ??? HA l ( O H )OHAl n3n23 nn
1.混凝剂,
（ 1）无机盐类混凝剂：铝盐（硫酸铝、明矾）、铁盐（三氯化
铁、硫酸亚铁、硫酸铁）。
（ 2) 高分子混凝剂：无机类（聚合氯化铝、聚合氯化铁）、有
机类（聚丙烯酰胺）。
同时，还在水解过程中产生许多聚合离子，这是由于
羟基架桥作用而产生。其最简单的形式是,
O2H]O)A l ( HAlO)[ ( HO H ]O)2 [ A l ( H 244242252 ??? ??
OH
OH
在水解过程中会形成无数的其它聚合离子，某些经研究认为存在
可能性极大而受到重视,
?53413 ( O H )Al ?4177 (O H )Al ?3187 (O H )Al
?4208 (O H )Al 等。
水处理中铝盐适用的 pH范围为 6~8.5,
以 Al2(SO4)3·14H2O计的投量为,
混凝 +过滤 10~100mg/L,
直接过滤 0.5~5mg/L。
铁盐与铝盐有相似的水解过程。适用 pH范围 6~8.5,
以 FeCl3计投量为,
混凝 +过滤 7~70mg/L,
直接过滤 0.5~5mg/L。
2.助凝剂：当单用助凝剂不能取得良好效果时，可投加 某些辅
助药剂 以提高絮凝效果。如调节碱度的石灰或重碳酸钠；氧化
剂氯气；增加吸附架桥作用的高分子助凝剂：聚丙烯酰胺、活
化龟胶、骨胶、海藻酸钠、红花树等。
三、影响混凝效果的主要因素
1.水温
因无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，水温低时（尤其低
于 5℃ ），水解速率非常缓慢。且水湿温低时，粘度大，
不利于脱稳胶粒相互絮凝，影响絮凝体的结大，进而影响
后续的陈岱年处理的效果。改善办法有投加助凝剂或采用
气浮法代替沉淀法作为后续处理。
2.PH
水的 PH值对混凝剂的影响程度视混凝剂的品种而异。
3.水中杂质的成分、性质和浓度
水中杂质的成分、性质和浓度对混凝效果有明显的影响。
如天然水中含粘土类杂质，需投加的混凝剂量较少；而污
水中含有大量有机物时，需投加的混凝剂量较多，约 10-
103mg/l。在生产实际中，主要靠混凝试验来选择合适的
混凝剂和最佳投药量。
4.水力条件
混凝过程可分为混合和反应两个阶段。混合阶段要求快速
和剧烈搅拌，在几秒钟或一分钟内完成。而反应阶段搅拌
强度或水流速度应随着絮凝体的结大而逐渐降低，以免打
碎结大的絮凝体。
四、化学混凝的设备
? 混凝剂的配置和投加设备：溶解池、溶液池、计量设备
（转子流量计，电磁流量计）、投加设备（泵前重力投
加、水射器投加、计量泵投加）。
化学混凝的设备包括：混凝剂的配置和投加设备、混合设
备和反应设备
? 混合设备：水泵混合、隔板混合、机械混合。
平均速度梯度 1s1 0 0 0~5 0 0 ??G t=10~30s
? 反应设备：隔板反应池和机械搅拌池
1s70~20 ??G t=15~30min 平均速度梯度
五、絮凝处理工艺
水处理中，常规的混凝处理工艺过程为（混合、反应、
分离）,
? ① 混凝 +沉淀
? ② 混凝 +沉淀 +过滤
? ③ 澄清池：是在该池中同时完成混合反应、絮体沉
降过程。包括：混合室、反应室、导流室、分离室
四个功能区。
第二节 中和法
? 酸性和碱性废水的处理常用中和法。
? 常用的碱性中和剂有石灰、电石渣和石灰石、
白云石。
? 常用的酸性中和剂有废酸、粗制酸和烟道气。
? 中和剂能配制成溶液或浆料时，可用投加法中
和。
? 中和剂为粒料或块料时，可用过滤法中和。
第三节 化学沉淀法
? 用易溶的化学药 (沉淀剂）使溶液中某种粒子以它
的一种难溶的盐或氢氧化物从溶液中析出，在化
学上称沉淀法（ chemical precipitation)。
? 废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中有害离
子，如阳离子 Hg2+,Cd2+,Pb2+,Cu2+,Zn2+、
Cr6+，阴离子 SO42-,PO43-,CrO42-。
第四节 氧化还原法
? 1.加氯氧化 CN-根
??? ???? OH2C N C lOHC l OCN 2
OHClC N OOH2C N C l 2???? ???
???? ????? 2322 COCl3NCOC l O3C N O
?? ???? 2 C lN2 C OC l O2 C N O 222
? 2.电解法
例如电解法处理含 CrO42-根的废水：电极是钢板
??? 2Fe2eFe
O4H3 F eCr8H3 F eC r O 233224 ????? ?????
???? 2H2e2H
O4HCr8H3eC r O 23-24 ???? ??
阳极反应,
阴极反应,
??? ?? 33 )OH(Cr3 O HCr电解槽中,
? 3.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，前者析出后者溶于水中。
如将铜屑制成粒状滤料，反应器制成滤柱，置
换废水中汞。
第 8章 污水的化学处理
内蒙古科技大学
环境工程教研室
目录
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
第一节 化学混凝法
混凝过程具有两个作用,
● 第一个作用：使水中原有的离散微粒首先具有粘附在固体颗粒
上的性质 ——凝聚（ coagulation）
● 第二个作用：使这些具有粘附性的离散微粒能够粘结成絮
体 ——絮凝（ flocculation）
混凝（ coagulation-flocculation）
一、混凝原理
1.、胶体的稳定性
① 水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于 d<4μm），大部分细菌
（ 0.2~80nm），病毒（ 10~300nm），蛋白质。
② 稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质。
③ 胶体可分为憎水性胶体，亲水性胶体或介于两者之间。
④ 对憎水性胶体，其稳定性可用双电层结构来说明。对于亲水性
胶体，其稳定性主要由于它所吸附的大量水分子所构成的水壳来说
明。
2.（憎水性）胶体的双电层结构及其稳定性
2.1．颗粒表面电荷的产生
水中胶体表面都带有电荷，在一般水质中，粘土、细菌、病毒
等都是带负电的胶体。而氢氧化铝或氢氧化铁等微晶体都是带
正电的胶体，其表面电荷的产生有如下四个机理,
② 极难溶的离子型晶体与它溶解下来的离子产物之间有一平衡关
系，（这一平衡关系由溶度积来确定），这使得晶体表面有了一定
符号的电荷。铁、铝、氢、氧化物颗粒表面电荷可以是依此机理产
生的。由于金属氧化物或氢氧化物的溶解沉淀反应与溶液 pH值有
关，因此，这类颗粒的表面电荷和电势受 pH控制；
① 固相表面对水中某种离子的特异吸附；
以上四个机理不是截然可分的，不同情况下由其中一个或几个机理
起作用。
③ 颗粒表面离子化 能团的离解，特别是高分子有机物因其极性
能团的酸碱离解而使表面带上电荷；（受 pH控制）（如蛋白质,
COOH – R – NH2）
④ 某些离子型晶体（结晶物质）的 Schottky缺陷在晶体表面产生
过量的阳或阴离子，而在其表面呈带正电或负电。（粘土及其它铝
硅酸盐矿物晶体的表面电荷成因）
2.2．胶体的双电层结构
胶核荷电示意图
电位离子
反离子
扩散层
胶团边界
滑动面
胶粒
吸附层
胶核
ξ电位 Ψ电位
3.胶体的脱稳及凝聚（混凝原理）
? 压缩双电层作用,通过向水中投加电解质等混凝剂，消
除或降低胶粒的 ζ地位，使颗粒碰撞聚结，失去稳定性
（凝聚）。
?? ?? 243342 SO3Al2)SO(Al
??? ??? OH])OO H ) ( H[ A LOH])OH(Al[ 32522362 （
??? ??? OH]4)O(HOH)[ A LOH])OH(A l ( O H )[ 3222252 （
?? ???? OH])OH()OH(Al[OH])OH()OH(Al[ 33232422
? 吸附架桥作用：三价铝盐或铁盐以及其他高分子混凝剂
溶于水后，经水解和缩聚反应形成具有线性结构高分子
聚合物，当它一端吸附某一颗粒后，另一端又吸附另一
颗粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐
渐结大，形成肉眼可见的粗大絮凝体（絮凝）。
? 网捕作用：三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些
沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等
颗粒，使胶体粘结。
二、常用混凝剂和助凝剂
当 Al2(SO4)3配制为 10~20%溶液使用时,pH≈4，发生
下列离解反应,
?? ?? 243342 SO3Al2)SO(Al
当其投加到水中后，发生如下水解反应，水的 pH也随之改变,
??? ??? HA l ( O H )OHAl n3n23 nn
1.混凝剂,
（ 1）无机盐类混凝剂：铝盐（硫酸铝、明矾）、铁盐（三氯化
铁、硫酸亚铁、硫酸铁）。
（ 2) 高分子混凝剂：无机类（聚合氯化铝、聚合氯化铁）、有
机类（聚丙烯酰胺）。
同时，还在水解过程中产生许多聚合离子，这是由于
羟基架桥作用而产生。其最简单的形式是,
O2H]O)A l ( HAlO)[ ( HO H ]O)2 [ A l ( H 244242252 ??? ??
OH
OH
在水解过程中会形成无数的其它聚合离子，某些经研究认为存在
可能性极大而受到重视,
?53413 ( O H )Al ?4177 (O H )Al ?3187 (O H )Al
?4208 (O H )Al 等。
水处理中铝盐适用的 pH范围为 6~8.5,
以 Al2(SO4)3·14H2O计的投量为,
混凝 +过滤 10~100mg/L,
直接过滤 0.5~5mg/L。
铁盐与铝盐有相似的水解过程。适用 pH范围 6~8.5,
以 FeCl3计投量为,
混凝 +过滤 7~70mg/L,
直接过滤 0.5~5mg/L。
2.助凝剂：当单用助凝剂不能取得良好效果时，可投加 某些辅
助药剂 以提高絮凝效果。如调节碱度的石灰或重碳酸钠；氧化
剂氯气；增加吸附架桥作用的高分子助凝剂：聚丙烯酰胺、活
化龟胶、骨胶、海藻酸钠、红花树等。
三、影响混凝效果的主要因素
1.水温
因无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，水温低时（尤其低
于 5℃ ），水解速率非常缓慢。且水湿温低时，粘度大，
不利于脱稳胶粒相互絮凝，影响絮凝体的结大，进而影响
后续的陈岱年处理的效果。改善办法有投加助凝剂或采用
气浮法代替沉淀法作为后续处理。
2.PH
水的 PH值对混凝剂的影响程度视混凝剂的品种而异。
3.水中杂质的成分、性质和浓度
水中杂质的成分、性质和浓度对混凝效果有明显的影响。
如天然水中含粘土类杂质，需投加的混凝剂量较少；而污
水中含有大量有机物时，需投加的混凝剂量较多，约 10-
103mg/l。在生产实际中，主要靠混凝试验来选择合适的
混凝剂和最佳投药量。
4.水力条件
混凝过程可分为混合和反应两个阶段。混合阶段要求快速
和剧烈搅拌，在几秒钟或一分钟内完成。而反应阶段搅拌
强度或水流速度应随着絮凝体的结大而逐渐降低，以免打
碎结大的絮凝体。
四、化学混凝的设备
? 混凝剂的配置和投加设备：溶解池、溶液池、计量设备
（转子流量计，电磁流量计）、投加设备（泵前重力投
加、水射器投加、计量泵投加）。
化学混凝的设备包括：混凝剂的配置和投加设备、混合设
备和反应设备
? 混合设备：水泵混合、隔板混合、机械混合。
平均速度梯度 1s1 0 0 0~5 0 0 ??G t=10~30s
? 反应设备：隔板反应池和机械搅拌池
1s70~20 ??G t=15~30min 平均速度梯度
五、絮凝处理工艺
水处理中，常规的混凝处理工艺过程为（混合、反应、
分离）,
? ① 混凝 +沉淀
? ② 混凝 +沉淀 +过滤
? ③ 澄清池：是在该池中同时完成混合反应、絮体沉
降过程。包括：混合室、反应室、导流室、分离室
四个功能区。
第二节 中和法
? 酸性和碱性废水的处理常用中和法。
? 常用的碱性中和剂有石灰、电石渣和石灰石、
白云石。
? 常用的酸性中和剂有废酸、粗制酸和烟道气。
? 中和剂能配制成溶液或浆料时，可用投加法中
和。
? 中和剂为粒料或块料时，可用过滤法中和。
第三节 化学沉淀法
? 用易溶的化学药 (沉淀剂）使溶液中某种粒子以它
的一种难溶的盐或氢氧化物从溶液中析出，在化
学上称沉淀法（ chemical precipitation)。
? 废水处理中，常用化学沉淀法去除废水中有害离
子，如阳离子 Hg2+,Cd2+,Pb2+,Cu2+,Zn2+、
Cr6+，阴离子 SO42-,PO43-,CrO42-。
第四节 氧化还原法
? 1.加氯氧化 CN-根
??? ???? OH2C N C lOHC l OCN 2
OHClC N OOH2C N C l 2???? ???
???? ????? 2322 COCl3NCOC l O3C N O
?? ???? 2 C lN2 C OC l O2 C N O 222
? 2.电解法
例如电解法处理含 CrO42-根的废水：电极是钢板
??? 2Fe2eFe
O4H3 F eCr8H3 F eC r O 233224 ????? ?????
???? 2H2e2H
O4HCr8H3eC r O 23-24 ???? ??
阳极反应,
阴极反应,
??? ?? 33 )OH(Cr3 O HCr电解槽中,
? 3.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，前者析出后者溶于水中。
如将铜屑制成粒状滤料，反应器制成滤柱，置
换废水中汞。
