硫酸铝［Al23］水溶液的pH值为4.0～5.0，加入水中的反应原理与明矾相同。因其是强酸弱碱盐，故水解时会使水的酸度增加，而水解产物氢氧化铝是两性化合物，水的pH值太高或太低都会促使其溶解，结果使水中残留的铝离子增加。

当pH<5.5，氢氧化铝表现为明显的碱性。Al3+H+Al3++H2O

当pH≥7.5，氢氧化铝表现为酸性。开始有偏铝酸根生成。

Al3+OH-AlO2-+2H2O

当pH≥9，水中不再有氢氧化铝存在。

当pH在5.5~7.5间时，生成的氢氧化铝最多，因此，当使用Al23作为混凝剂经常用其他酸碱调节水的pH至6.5～7.5。

由于混凝过程不是单纯的化学反应，故用药量不是根据计算而是经验确定，采用Al23有效剂量为20～100mg/L，每投1mg/LAl23需加0.5mg/LCaO。

③碱式氯化铝

碱式氯化铝又称羟基氯化铝或聚合氯化铝，其分子式为［Al2nCl6-n］m。其中n＝1~5，m≤10。

碱式氯化铝，在水中由于羟基的架桥作用而和铝离子生成多核络合物，并带有大量正电荷，能有效地吸附水中带有负电荷的胶粒，电荷彼此被中和，因而与吸附的污物在一起形成大的聚体而沉淀除去。另外它还有较强的架桥吸附性能，不仅能除去水中悬浮物，还能使微生物吸附沉淀。

碱式氯化铝的一般用量0.005%～0.01%。

碱式氯化铝的优点有：

适宜pH值范围广，5～9之间，即使过量投入也不会造成水浑浊；

温度适宜性较强；

反应迅速，沉淀较快，投药量低；

对污染严重或高浊度、高色度的水可达到较好效果。

④铁盐

常用的是硫酸亚铁，俗称绿矾，另外也用氯化铁和硫酸铁。国内用于水处理的主要是前两种，铁盐在水中与碳酸氢钙发生反应产生了Fe3胶体，Fe3混凝作用及过程与铝盐相似。

绿矾作为混凝剂主要有以下特点：由绿矾生成的氢氧化铁胶体在碱性水中较稳定，故待处理水的pH值偏高时，对绿矾的混凝作用影响不大；氢氧化铁比同体积的氢氧化铝胶体重1.5倍，因此比氢氧化铝絮凝物的沉降速度快；水温对氢氧化铁影响不大。

由于Fe2氧化产生Fe3的反应在pH值＞8.0时才能完成，因此在水处理时需要加石灰去除水中的CO2。每投加1mg/LFeSO4，需要加0.37mg/L的CaO。用FeSO4·7H2O时有效剂量一般为0.1~0.5毫克当量/升，相当于14～70mg/L。

当pH值＞６时，铁离子与水中的腐植酸能生成不沉淀的有色化合物，所以对于含有机物多的水质进行处理时，铁盐是不适合的。

助凝剂

为了提高混凝的效果，经常需要加入一些辅助药剂，称助凝剂。助凝剂本身不起凝聚作用，仅帮助凝絮的形成，如用来调节pH值的碱、酸、石灰等。

常用的助滤剂有：活性硅酸、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、及化学合成的高分子助滤剂，包括聚丙烯胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯等。有时水中混浊程度不足，为了加速完成混凝过程，还可以投入黏土。

其中聚丙烯酰胺是一种较新型的助凝剂，它是线型的高分子聚合物，具有吸附架桥及电荷中和作用，主要靠氢键来吸附水中的混凝剂与杂质微粒所形成的絮凝团以及单独存在的杂质颗粒，相互缠绕交联，形成复杂的聚合体并沉淀下来。

近来发展的有机混凝剂，多为丙烯酸的化合物，有带正电荷和带负电荷的两种。

混凝条件的确定：在确定混凝条件时，需考虑以下因素，即原水的状况，包括水温、pH及其他物理性质、化学性质；混凝剂的性状及添加量；助凝剂的性状及添加量；混凝沉淀的装置；混凝沉淀的工艺。总之，水处理时，应先小试，以确定最佳的混凝沉淀条件。

2.过滤

过滤是一种净化水的有效而重要的处理工艺过程，并且即使已达到饮用水要求的自来水，在作饮料用水的处理中，过滤仍是一种必不可少的处理工艺过程。因为当今的过滤不再是仅仅只除去水中的悬浮杂质和胶体物质。采用最新的过滤技术，还能除去水中的异味、颜色、铁、锰及微生物等物质，从而获得品质优良的水。

在过滤过程中，当过滤材料不同，过滤结果也不一样，如细沙、无烟煤常在结合混凝、石灰软化和水消毒的综合水处理中作为初级过滤材料，而对原水水质基本满足软饮料用水要求的，可采用砂棒过滤器，为除去水中的色和味，可采用活性炭过滤器等，还有精滤、超滤和反渗透等。

通过过滤可以除去以自来水为原水中的悬浮杂质、氢氧化铁、残留氯及部分微生物。自来水中的杂质，对采用敞开式配水的绝大多数自来水厂来说，这些杂质主要是来自大气环境、蓄水池，还有一些是人为的因素。

过滤也可以除去以井水为原水中的悬浮杂质、铁、锰及部分细菌。一般的地下水都是很清澈洁净的。有时出现了为数不多的杂质，是在取水或输水过程中所带入。

含铁量偏高的地下水，可以过滤前采用曝气的方法，用空气氧化使二价铁变成高价的氢氧化铁沉淀，然后通过过滤加以除去。

当原水中含锰量达0.5mg/L时，水具有不良的味道，会影响饮料的口感，所以必须除去。除锰的方法很多：可以先用氯氧化，使锰以二氧化锰的形式沉淀；也可添加氧化剂使锰快速氧化，以二氧化锰的形式沉淀。如果水中的含锰量不太高，可采用在滤料上面覆盖一层一定厚度的锰砂的处理方法，能获得很好的除锰效果。

过滤原理

当原水通过粒状滤料层时，其中一些悬浮物质和胶体物质被截留在孔隙中或介质表面上，这种通过粒状介质层分离不溶性杂质的方法称为过滤，过滤过程包括阻力截留、重力沉降和接触凝聚等过程。

阻力截留：单层滤料层中粒状滤料的级配特点是上细下粗，也就是，上层孔隙小，下层孔隙大，当原水由上而下流过滤料层时，直径较大的悬浮杂质首先被截留在滤料层的孔隙间，从而使表面的滤料的孔隙越来越小，拦截住后来的颗粒，在滤层表面逐渐形成一层主要由截留的颗粒组成的薄膜，起到过滤作用。

重力沉降：当原水通过滤层时，众多的滤料颗粒提供了大量的沉降面积，。当原水经过滤料层时，只要速度适宜，其中的悬浮物就会向这些沉淀面沉淀。

接触凝聚：表面积巨大的滤料沙粒，由于与悬浮物的微小颗粒之间的吸附作用，因此使得砂粒在水中带负电荷，能吸附带正电的微粒，形成带正电荷的薄膜，因而能使带负电荷的胶体凝聚在沙粒上。

以上3种过滤作用在同一过滤系统中是同时发生的。上述阻力截留主要发生在滤料表层的过滤，而接触凝聚和重力沉淀则是发生在滤料深层的过滤。

滤料层及垫层

①滤料的选择滤料是完成过滤作用的基本介质，其结构和性能决定去除杂质的效果。

良好的滤料对其基本要求为：

足够的化学稳定性，不溶于水，不产生有害和有毒物质。

足够的机械强度。

适宜的级配和足够的孔隙率。

常用的过滤介质有沙、石英砂、石头、无烟煤、磁铁矿、石榴石等。

所谓级配，就是滤料粒径的范围及在此范围内各种粒径的数量比例。由于不同粒径的滤料要互相承托支撑，故相互间要有一定的数量比，通常用d10、d80和K作为控制指标。

K＝d80/d10

式中：K—不均匀系数.

d80—80%滤料通过的筛孔直径.

d10—10%滤料通过的筛孔直径.

Ｋ越大，则粗细颗粒差别越大。Ｋ过大，各种粒径滤料互相补充，降低了孔隙率，对过滤不利。另一方面反冲时，过大的颗粒可能冲不动，而过小的颗粒可能随水流失。一般快滤池Ｋ＝2~2.2。

滤层的孔隙率，是指滤料的孔隙体积和整个滤层体积之比例。

②滤料层结构

作为适宜的滤料层结构应满足下列要求：

含污能力大。

产水能力或高。

适合以上条件的过滤池才能保证处理水的质量。

在通常情况下，过滤时水流方向多采用从上到下，便于保持较大的过滤速度及较好的反冲效果。在下流条件下，有两种截然不同的滤料结构：一种是粒径上细下粗，另一种是上粗下细，前一种结构的特点是孔隙上小下大，悬浮物截留在表面，底层滤料未充分利用，滤层含污能力低，使用周期短。后一种的特点与之相反。由此可见理想的滤料层结构是粒径沿水流方向逐渐减小。

但是，就单一滤料而言，要达到使粒径上粗下细的结构，实际上是不可能的。因为在反冲洗时，整个滤层处于悬浮状态，粒径大者，悬浮于下层，粒径小者，悬浮于上层。反冲洗停止后，滤料自然形成上细下粗的分层结构。为了改善滤料的性能，设计了采用两种或多种滤料，造成具有孔隙上大下小特征的滤料层。例如沙滤层上铺一层比重轻而粒径大的无烟煤滤层，这种结构称双层滤池。

双层滤池中，无烟煤相对密度为1.4~1.7，粒径选用0.8~1.8mm；石英砂相对密度为2.55~2.65，粒径选用0.5~1.2mm。煤层厚0.3~0.4m，沙层厚0.4~0.5m。当无烟煤相对密度为1.5，沙粒相对密度为2.65时，最大的煤粒和最小的沙粒直径之比不应大于3.2。

滤层总厚度一般为60~70cm，滤池穿透度深度40cm，相应的保护层厚度为20~30cm。滤池的容积视处理水量而定，一般维持沙层上水深1m，以防水质、水量的过度波动。

此外，还有一种混合滤料滤池，即在双层滤池下再添加一层粒径更小、密度更大的其他滤料，如石榴石、磁铁矿等，这样允许悬浮物穿透的更深，增加滤层的吸附表面积，进一步发挥整个虑层的吸附能力。

③垫层

为了防止过滤时滤料进入配水系统，以及冲洗时能均匀布水，在滤料层和配水系统之间设置垫层。对其要求为：

在高速水流反冲洗的情况下应保持不被冲动；

能形成均匀的孔隙以保证冲洗水的均匀分布。

材料坚固，不溶于水。

一般垫层采用天然卵石或碎石。沙粒的最大粒径为1～2mm，作垫层的最小粒径应选2mm。根据反冲洗可能产生的最大冲击力，确定垫层的最大粒径为32mm。

过滤的工艺过程基本上由两个过程组成，即过滤和反冲洗两个循环过程。

当过滤进行到一定阶段后，由于滤层中所含污泥数量增多，可能出现两种情况：

一是由于沙层中所含污泥逐渐饱和，水中悬浮物将穿透沙层，水质降低。

二是滤层孔隙逐渐变小，水头损失增大，此时需进行反洗，即用一定强度的水流逆流通过滤池，使滤层在上升的水流中逐渐膨胀到一定高度，由高速水流产生的剪切力使滤料吸附的悬浮物脱落下来并排除。

反洗效果取决于冲洗强度，过小，达不到剥离杂质所需的力量，过大，滤料层膨胀过度，则会减少单位体积内滤料间碰撞的机会，对反洗亦不利。

过滤方法

①砂石过滤

以砂石、木炭作过滤层，过滤层的厚度依水的混浊度而定，一般滤池从上至下的填充料为小石、粗沙、木炭、细沙、中沙等。滤层总厚度为70cm～100cm。过滤速度一般为5m/h～10m/h。通过对原水的过滤处理，可除去原水中的悬浮物质、胶体物质、铁、锰、部分微生物和余氯。砂石过滤器属深层过滤，过滤包括阻力截留、重力沉降和接触凝聚等作用。

②砂棒过滤

当处理水量不大，原水中硬度、碱度指标基本符合要求，只含少量有机物、细菌及其他杂质时，可采用砂滤棒过滤器。

砂滤棒过滤器的主要部件是砂棒，又名砂芯，采用细微颗粒硅藻土和骨灰等可燃性物质，在高温下焙烧，使其溶化，可燃性物质变为气体逸散，形成μm级的小孔，待处理水在外压作用下，通过砂滤的微小孔隙时，水中存在的少量有机物及微生物被微孔吸附截留在砂滤棒表面。滤出的水，可达到基本无菌。