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絮凝剂 聚合氯化铝PAC混凝虚絮凝原理

发布时间:2012-9-25 来源:华康水处理
絮凝剂 聚合氯化铝PAC混凝虚絮凝原理    
聚合氯化铝是目前最常用的絮凝剂,聚合氯化铝是一种无机高分子多加聚合电解质水处理药剂。那么什么叫混凝剂呢,它又有什么原理呢? 在水处理过程中,能使水中的胶体颗粒互相粘结和聚结的这类物质叫做混凝剂。 通过双电层作用而使交替颗粒互相聚集过河的凝聚,并且通过高分子物质的吸附架桥作用从而使胶体颗粒互相粘结过程的絮凝,这两者一起作用称为混凝。 所谓混凝过程:是指污水处理过程中,向污水中加入混凝药剂,使污水与水处理药剂混合,从而使水中胶体物质发生凝聚和絮凝过程,整个过程称为混凝过程。
     混凝机理:在水中加入水处理药剂后,产生电离和水解过程,形成了胶体颗粒,而且使水中其它胶体颗粒一起混凝产生吸附作用,变成大颗粒絮体,最后产生沉降等的水处理过程称为絮凝机理。
     1、混凝原理 化学混凝所处理的对象,主要是水中的微小悬浮物和胶体杂质。大颗的悬浮物由于受重力的作用而下沉,可以用沉淀等方法除去。但是,微小粒径的悬浮物和胶体,能在水中长期保持分散悬浮状态,即使静置数十小时以上,也不会自然沉降。这是由于胶体微粒及细微悬浮颗粒具有“稳定性”。 (1)、胶体的稳定性 根据研究,胶体微粒都带有电荷。天然水中的粘土类胶体微粒以及污水中的胶态蛋白质和淀粉微粒等都带有负电荷。它的中心称为胶桉。其表面选择性地吸附了一层带有同号电荷的离子,这些离子可以是胶校的组成物直接电离而产生的,也可以是从水中选择吸附H+或OH-离子而造成的。这层离子称为胶体微粒的电位离子,它决定了胶粒电荷的大小和符号。由于电位离子的静电引力,在其周围又吸附了大量的异号离子.形成了所谓“双电层”。这些异号离子,其中紧靠电位离子的部分被牢固地吸引着.当胶核运行时,它也随着一起运动,形成固定的离子层。而其他的异号离子,离电位离子较远,受到的引力较弱,不随胶核一起运动,并有向水中扩散的趋势.形成了扩散层。固定的离子层与扩散层之间的交界面称为滑动面。滑动面以内的部分称为胶粒,胶粒与扩散层之间,有一个电位差。此电位称为胶体的电动电位,常称为∫电位。而胶核表面的电位离子与溶液之间的电位差称为总电位或∮电位。 胶粒在水中受几方面的影响:①由于上述的胶粒带电现象,带相同电荷的胶粒产生静电斥力,而且∫电位愈高,胶粒间的静电斥力愈大;②受水分子热运动的撞击,使微粒在水中作不规则的运动,即“布朗运动;”③胶粒之间还存在着相互引力——范德华引力。范德华引力的大小与胶粒间距的2次方成反比,当间距较大时,此引力略去不计。 一般水中的胶粒∫电位较高。其互相间斥力不仅与∫电位有关,还与胶粒的间距有关,距离愈近,斥力愈大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推近到使范德华引力发挥作用的距离。因此,胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。 使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。由于胶粒带电,将极性水分子吸引到它的周围形成一层水化膜。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。但是,水化膜是伴随胶粒带电而产生的,如果胶粒的电位消除或减弱,水化膜也就随之消失或减弱。
    (2)混凝原理 化学混凝的机理至今仍未完全清楚。因为它涉及的因素很多,如水中杂质的成分和浓度、水温、水的pH值、碱度,以及混凝剂的性质和混凝条件等。但归结起来,可以认为主要是三方面的作用: 1)压缩双电层作用:如前所述,水中胶粒能维持稳定的分散悬浮状态,主要是由于胶粒的∫电位。如能消除或降低胶粒的∫电位,就有可能使微粒碰撞聚结,失去稳定性。在水中投加电解质——混凝剂可达此目的。例如天然水中带负电荷的粘土胶粒,在投入铁盐或铝盐等混凝剂后,混凝剂提供的大量正离子会涌入胶体扩散层甚至吸附层。因为胶核表面的总电位不变,增加扩散层及吸附层中的正离子浓度,就使扩散层减薄。当大量正离子涌入吸附层以致扩散层完全消失时,∫电位为零,称为等电状态。在等电状态下,胶粒间静电斥力消失,胶粒最易发生聚结。实际上,∫电位只要降至某一程度而使胶粒间排斥的能量小于胶粒布朗运动的动能时,胶粒就开始产生明显的聚结,这时的∫电位称为临界电位。胶粒因电位降低或消除以致失去稳定性的过程,称为胶粒脱稳。脱稳的胶粒相互聚结,称为凝聚。 压缩双电层作用是阐明胶体凝聚的一个重要理论。它特别适用于无机盐混凝剂所提供的简单离子的情况。但是,如仅用双电层作用原理来解释水中的混凝现象,会产生一些矛盾。例如,三价铝盐或铁盐棍凝剂投量过多时效果反而下降,水中的胶粒又会重新获得稳定。又如在等电状态下,混凝效果似应最好,但生产实践却表明,混凝效果最佳时的∫电位常大于零。于是提出了第二种作用。
     2)吸附架桥作用:三价铝盐或铁盐以及其他高分子棍凝剂溶于水后,经水解和缩聚反应形成高分子聚合物,具有线性结构。这类高分子物质可被胶体微粒所强烈吸附。因其线性长度较大.当它的一端吸附某一胶粒后,另一端又吸附另一胶粒,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。这种由高分子物质吸附架桥作用而使微粒相互粘结的过程,称为絮凝。 铝盐的水解过程 所有金属阳离子不论以何种药剂形态图投加,它们在水中都以三价铝[Al(Ⅲ)]和三价铁[Fe(Ⅲ)]的各种化合物存在。以铝盐为例,在水溶液中即使Al(Ⅲ)以单纯离子状态存在,也不是Al3+而是以Al(H2O)63+,水合铝络合离子状态存在。 当pH值<3时,在水中这种水合铝络离子将是主要形态,如pH升高,水合铝络离子就会发生配位水分子离解(即水解过程),生成各种羟基铝离子,pH值再升高,水解逐级进行,从单核单羟基水解成单核三羟基,最终将产生氢氧化铝化学沉淀物而析出。在整个反应中,像Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)3、Al(OH)4-等简单成分以及多种聚合离子,如[(Al(OH)14]4+、[A17(OH)17]4+、[Al8(OH)20]4+、[Al13(OH)34]5+等成分,都会同时出现,它们必然会对混凝过程起作用,共中高价的聚合正价离子对中和粘土胶粒的负电荷,以及压缩其双电层的能力都很大,促进了混凝。 当产生无机聚合物带有负价离子时,不可能靠电荷中和作用,而主要靠吸附架桥的作用使粘土胶粒脱稳。
      混凝剂和助凝剂 (1)、混凝剂 用于水处理中的混凝剂应符合如下要求:混凝效果良好,对人体健康无害,价廉易得,使用方便。混凝剂的种类较多,主要有以下两大类: 1)无机盐类混凝剂目前应用最广的是铝盐和铁盐。 2)高分子混凝剂高分子混凝剂有无机和有机的两种。聚合氯化铝和聚合氧化铁是目前国内外研制和使用比较广泛的无机高分子混凝剂。有机高分子混凝剂有天然的和人工合成的。我国当前使用较多的是人工合成的聚丙烯酰胺。 (2)、助凝剂 当单用混凝剂不能取得良好效果时,可投加某些辅助药剂以提高混凝效果,这种辅助药剂称为助凝剂。助凝剂可用以调节或改善混凝的条件,例如当原水的碱度不足时可投加石灰或重碳酸钠等;当采用硫酸亚铁作混凝剂时可加氧气将亚铁Fe2+氧化成三价铁离子Fe3+等。助凝剂也可用以改善絮凝体的结构,利用高分子助凝剂的强烈吸附架桥作用.使细小松散的絮凝体变得粗大而紧密,常用的有聚丙烯酰胺、活化硅酸、骨胶、海藻酸钠、红花树等。
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