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水处理絮凝科学经历了长久的发展历史，不断从有关基础学科吸收新的观念和方法，加深认识和改进技术，已形成了一门系统的知识体系，但深入、完整、系统地介绍该领域知识的书籍尚不多见。本书注重该领域近年的新进展，进行了全面论述。
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| 內容簡介： |
本书主要以胶体化学和流体力学的基本原理为基础，对水处理中的絮凝问题从理论上做了深入全面的论述，同时对其应用技术也做了诸多详尽的介绍。本书主要内容包括絮凝的基本概念及作用、胶体的表面电化学与稳定性、高分子的稳定作用及絮凝作用、疏水作用力与疏水絮凝、絮凝动力学、絮凝剂及其效能、絮凝的实验方法、给水处理中的絮凝、废水处理中的絮凝、絮凝的传统工艺与设备、污泥的调理与脱水等。
本书可供环境科学、环境工程、给水排水、化学化工及胶体科学等领域的科研和工程技术人员参考，也可作为高等学校环境科学与工程等相关专业研究生或本科生的教材。
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| 目錄：
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第1章絮凝的基本概念及作用1
1.1分散体系与胶体分散体系1
1.2胶体的扩散与布朗运动2
1.3胶体的沉降速度与Stokes公式5
1.4沉降平衡与高度分布定律7
1.5沉降稳定性与聚结稳定性的破坏8
1.6水环境和水处理中的絮凝9
第2章胶体的表面电化学与稳定性11
2.1天然水胶体表面电荷的来源11
2.1.1铝硅酸盐矿的同晶代换11
2.1.2水合氧化物矿的电离与吸附12
2.1.3表面专属化学作用14
2.1.4腐殖质的电离与吸附14
2.1.5蛋白质的两性特征14
2.2电动现象15
2.2.1电泳15
2.2.2电渗16
2.2.3流动电位17
2.2.4沉降电位17
2.3双电层模型18
2.3.1Helmholtz平板电容器模型18
2.3.2Gouy-Chapman扩散双电层模型18
2.3.3Stern模型21
2.4动电现象的理论解释及实验研究27
2.4.1电渗的理论及实验27
2.4.2电泳的理论及实验29
2.4.3流动电位的理论及实验34
2.4.4沉降电位的理论及实验34
2.5胶体的稳定性与聚沉35
2.5.1微粒间的van der Waals吸引能35
2.5.2微粒双电层的排斥作用能36
2.5.3微粒间的总相互作用能38
2.5.4Schulze-Hardy规则39
2.5.5异体凝聚41
2.5.6亲液胶体的脱稳41
2.6絮体的分形与成长42
2.6.1絮体的分形结构42
2.6.2絮体分形维数的测定43
2.6.3絮体结构模型的发展44
2.6.4絮体分步成长模型45
2.6.5絮体的成长与破碎47
第3章高分子的稳定作用与絮凝作用50
3.1高分子吸附层对胶体的稳定作用50
3.1.1高分子吸附层对电相互作用的影响50
3.1.2高分子吸附层对van der Waals作用的影响51
3.1.3高分子吸附层的空间稳定效应52
3.2有机高分子絮凝剂对胶体的絮凝作用56
3.2.1高分子絮凝剂的架桥作用56
3.2.2高分子絮凝剂的电中和作用58
3.3高分子絮凝剂的吸附对絮凝效果的影响60
3.3.1同电荷高分子的吸附对絮凝效果的影响60
3.3.2异电荷高分子的吸附对絮凝效果的影响63
3.3.3阳离子型高分子与水中溶解性物质的反应64
第4章疏水作用力与疏水絮凝65
4.1疏水絮凝与水处理65
4.2疏水絮凝和疏水作用力的发现65
4.3疏水作用力产生的机理67
4.3.1热力学机理67
4.3.2空化作用机理68
4.3.3偶极相互作用机理70
4.4疏水作用力的特性及影响因素71
4.4.1疏水作用力的作用范围71
4.4.2疏水作用力的粒度界限73
4.4.3接触角对疏水作用力的影响74
4.4.4电解质对疏水作用力的影响75
4.4.5温度对疏水作用力的影响77
4.5水处理中的疏水絮凝79
4.5.1气浮法中的疏水絮凝79
4.5.2粗粒化法及隔油池中的疏水絮凝80
4.5.3疏水缔合型絮凝剂及其疏水絮凝机理80
第5章絮凝动力学82
5.1异向絮凝82
5.2同向絮凝85
5.2.1均匀切变场絮凝85
5.2.2非均匀切变场絮凝89
5.2.3微涡旋理论90
5.2.4关于GT值的讨论93
5.2.5湍流絮凝的扩散模型95
5.2.6同向絮凝速度与异向絮凝速度的比较95
5.3慢速絮凝动力学97
5.4高分子絮凝动力学99
5.5特殊形式絮凝的动力学101
5.5.1絮体毯絮凝101
5.5.2差速沉降絮凝101
5.5.3絮凝的多级串联102
5.5.4颗粒多分散性增强絮凝105
5.6各种水体的动力学条件及其絮凝沉淀效果107
第6章絮凝剂及其效能109
6.1无机盐类絮凝剂109
6.1.1无机盐絮凝作用机理109
6.1.2铝Ⅲ盐的水溶液化学及絮凝的设计操作图112
6.1.3铁Ⅲ盐的水溶液化学及絮凝的设计操作图120
6.1.4储备溶液的化学组成及其对絮凝效果的影响123
6.1.5铝Ⅲ盐和铁Ⅲ盐的性能比较124
6.1.6主要铝盐和铁盐絮凝剂的生产原理及检测方法125
6.1.7其他无机盐絮凝剂129
6.2无机高分子絮凝剂130
6.2.1聚合氯化铝及其优点130
6.2.2聚合氯化铝的组成和基本形态132
6.2.3聚合氯化铝的主要指标及物化性质139
6.2.4聚合氯化铝的制作方法142
6.2.5聚合氯化铝的质量标准和检测方法161
6.2.6聚合硫酸铁及其性能172
6.2.7聚合硫酸铁的制作方法173
6.2.8聚合硫酸铁的质量标准和检测方法178
6.2.9聚合氯化铁186
6.2.10聚硅酸及聚硅酸盐复合絮凝剂188
6.3有机高分子絮凝剂192
6.3.1有机高分子絮凝剂概况192
6.3.2天然有机高分子絮凝剂193
6.3.3人工合成的有机高分子絮凝剂195
6.3.4聚丙烯酰胺类有机高分子絮凝剂196
6.3.5聚丙烯酰胺的质量标准和检测方法203
6.3.6淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物絮凝剂215
6.3.7聚二甲基二烯丙基氯化铵类絮凝剂218
6.3.8聚乙烯亚胺絮凝剂220
6.3.9壳聚糖及其改性絮凝剂221
6.3.10两性高分子絮凝剂225
6.3.11其他人工合成的有机高分子絮凝剂226
6.3.12有机高分子絮凝剂与无机类絮凝剂的比较227
6.4微生物絮凝剂229
6.4.1微生物絮凝剂的絮凝机理229
6.4.2微生物絮凝剂的种类230
6.4.3微生物絮凝剂产生菌的筛选和微生物絮凝剂产品的提取230
6.4.4微生物絮凝剂的效能和应用举例231
第7章絮凝的实验方法233
7.1稀分散体系的实验方法233
7.1.1异向絮凝实验234
7.1.2同向絮凝实验234
7.1.3絮凝实验中的有关测定241
7.1.4絮体形成过程的光学在线监控及FI指数249
7.2浓分散体系的实验方法253
7.2.1高浓度分散体系的沉降实验254
7.2.2污泥调理及污泥性质的实验255
7.2.3絮体强度及其实验260
7.2.4沉降污泥的体积及脱水实验262
第8章给水处理中的絮凝266
8.1天然水中的胶体污染物266
8.2浊度的去除267
8.2.1胶体浓度的影响267
8.2.2pH值和碱度的影响269
8.2.3温度的影响270
8.2.4共存离子的影响271
8.2.5助凝剂的影响271
8.3有机物的去除272
8.3.1作用机理273
8.3.2影响因素274
8.3.3絮凝区域图278
8.3.4强化混凝281
8.4絮凝的卫生效益284
8.4.1致病微生物的去除284
8.4.2放射性物质的去除286
8.4.3地下水中砷的去除288
8.5直接过滤中的絮凝作用289
8.5.1直接过滤工艺的提出与发展289
8.5.2直接过滤的机理290
8.5.3直接过滤工艺的优缺点及应用291
8.6高浊度水絮凝291
8.6.1高浊度水的沉降特性292
8.6.2高浊度水的絮凝方法293
第9章废水处理中的絮凝298
9.1废水中的污染物298
9.2絮凝法去除废水中的有机物300
9.3絮凝法去除废水中的磷302
9.3.1概述302
9.3.2絮凝法去除磷的机理302
9.3.3絮凝法去除磷的工艺304
9.4絮凝法去除重金属306
9.4.1常见絮凝剂去除重金属306
9.4.2具有重金属捕集功能的高分子絮凝剂308
第10章絮凝的传统工艺与设备320
10.1药液的制备320
10.1.1絮凝剂投加量的计算320
10.1.2药液的浓度和溶液池的有效容积320
10.1.3搅拌装置321
10.2药剂的投加322
10.2.1计量泵投加322
10.2.2泵前投加323
10.2.3高位溶液池重力投加323
10.2.4水射器投加323
10.3絮凝剂投加量的控制324
10.3.1流动电流絮凝控制技术324
10.3.2浊度涨落法326
10.3.3现场模拟试验法327
10.3.4数学模型法327
10.4混合器的主要形式和参数328
10.4.1常见混合方式329
10.4.2射流混合332
10.5反应器的主要形式和参数336
10.5.1涡流式反应池336
10.5.2隔板反应池和折板反应器336
10.5.3旋流式反应池339
10.5.4机械搅拌反应池339
10.5.5栅条、网格式反应池340
10.5.6穿孔旋流反应池342
10.6澄清器池概述343
10.6.1循环泥渣型澄清池343
10.6.2悬浮泥渣型澄清池345
10.6.3其他类型的澄清池348
10.7电絮凝的原理与方法350
10.7.1电絮凝的原理350
10.7.2电絮凝水净化装置351
10.7.3电絮凝法在废水处理中的应用353
10.7.4电絮凝法与药剂絮凝法的比较354
10.8总体设计354
第11章污泥调理与脱水357
11.1污泥调理的作用和意义357
11.2污泥的特性359
11.3利用无机絮凝剂调理污泥359
11.4利用有机高分子絮凝剂调理污泥361
11.4.1污泥固体及胶体物质含量的影响361
11.4.2污泥含盐量的影响363
11.4.3聚合物性质的影响364
11.4.4聚合物投加及混合方式的影响367
11.5无机盐絮凝剂与有机高分子絮凝剂联合调理污泥367
结论与展望369
参考文献371
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| 內容試閱：
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液体中微小颗粒相互聚结形成足够大絮体，从而获得经沉淀和过滤能从介质中分离出来的性质，这是许多工业技术及水和废水处理中常见的单元操作，被称为凝聚、絮凝或混凝，本书将这种微小颗粒的聚结统一称为絮凝。絮凝现象普遍存在于自然界中，它对物质在环境中的传输、分布与迁移转化有重要的影响。学习和研究絮凝的原理及其在水处理和环境科学中的应用具有十分重要的科学意义和实际价值。
在水处理中，能够受到絮凝作用的颗粒物的尺度范围，可从纳米级的胶体颗粒，到微米级的颗粒，再到毫米级的可见颗粒物，其跨度达六个数量级。要使这些颗粒物发生絮凝，一方面需要向水中加入化学品以削弱颗粒间的静电排斥力，降低悬浊液的稳定性，或加入化学品（聚合物）将颗粒物连接起来从而使颗粒变大；另一方面还需输入能量以造成流体力学碰撞，或加入化学品生成颗粒物以增大碰撞频率，结果使胶体化学和流体力学均涉及其中，而工程师则必须借助于它们的作用以获得工艺和设备设计所需要的基础信息。
伴随着人类社会的进步和经济的发展，天然水环境和人类用水在水质水量上正面临着巨大的危机和严峻的挑战。近年来，由于我国可持续发展战略和环境保护政策的实施，以及国民经济各部门科学技术人员和广大人民群众的不断努力，絮凝法无论在给水处理中还是在废水处理中均得到了更加广泛的应用，其功能从传统的前处理环节扩展到了二级处理和三级处理的单元操作，因而受到了广大给水排水、环境工程、化学化工、石油、冶金、电力等许多领域的工程技术人员和科学研究人员的普遍关注，从而也获得了更为迅速的发展。在此形势下，适时且不断地总结絮凝科学的现状和近百年来的研究成果，使之更好地服务于水处理实践，是笔者编写本书的目的之一。
水处理絮凝科学经历了长久的发展历史，不断从有关基础学科吸收新的观念和方法，加深认识和改进技术，已形成了一门系统的知识体系，但深入、完整、系统地介绍该领域知识的书籍尚不多见。许多知识常散见于各种书刊和资料中，或作为水处理技术专著或胶体科学专著中的章节，往往阐述的深度、广度、角度和侧重点各不相同，因此，多方面综合絮凝科学的知识和成果，使之发展为一门独立的专业学科是笔者编写本书的目的之二。
以往的著作的作者往往是从各自的专业角度去介绍水处理絮凝方面的知识。化学家常侧重于胶体化学的理论及絮凝剂品种的合成方法，流体力学家常侧重于流体力学条件对絮凝反应速度的影响，工程师则侧重于水处理工艺及设备的开发。化学家和流体力学家可能由于不太熟悉水处理工程而无法使自己的理论更加符合实际，工程师则可能由于对胶体科学和流体力学的理解不够，而不能准确把握絮凝的作用、适用范围及应用方法，各自都有片面性。鉴于此，为二者提供一个结合点是笔者编写本书的目的之三。
笔者在多方面综合的基础上发现，虽然絮凝的科学技术已经历了悠久的发展历程，形成了一个较为完整系统的专门学科，但迄今为止在相当长的一段时间内，原创性进步尚不足。从20世纪60年代起，在絮凝的化学领域，聚合氯化铝类絮凝剂和聚丙烯酰胺类絮凝剂在市场上一直占主导地位，迄今尚未出现实质性的突破和进步；在絮凝的流体力学方面虽然发现了网格絮凝的高效性，但对其作用机理的理解尚不够清楚，迄今尚未发展形成更加有效的絮凝设备。所以笔者恳切地希望有志于絮凝科学的研究者们力戒浮躁，踏实攻关，争取在絮凝的科学与技术方面取得新的进步与创新。
四十多年前，汤鸿霄院士将笔者引入了絮凝的科学领域，并给予了许多悉心的指导和教诲。自此笔者便潜心致力于水处理絮凝科学的学习和研究，多年的积累为本书的完成奠定了基础。兰州交通大学环境与市政工程学院的同仁们，在四十多年的教学和科研中给予了笔者无私的帮助，谨此对汤院士及同仁们一并表示诚挚的谢意。本书的出版得到了国家自然科学基金项目（No21277065）的资助，笔者在此致以衷心的感谢。
笔者在理论及工程实际方面的知识和水平有限，书中所涉及的材料只是笔者见闻所及，不能周全，难免会有一些疏漏和不当之处，希望读者提出批评指正。
常青
2020年10月
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