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混凝剂的作用机理详解

日期:2018-6-20 15:17:28 来源:澳门新葡萄京所有网站

聚丙烯酰胺.jpg混凝作用是复杂的物理、化学过程,一般认为混凝作用是凝聚和絮凝两个作用过程。凝聚是指胶体颗粒脱稳并形成细小的凝聚体的过程;絮凝是指胶体脱稳后(或由于高分子物质的吸附架桥作用)聚结成大颗粒絮体的过程。在水处理过程中,通过向水中投加混凝剂或絮凝剂以破坏溶胶的稳定性,使水中的胶体和悬浮物颗粒絮凝成较大的絮凝体而从水中分离出来,以达到水质净化的目的,这种方法称之为混凝沉淀法。

聚丙烯酰胺.jpg根据混凝剂的化学成分和性质,混凝剂还可分为无机混凝剂、有机混凝剂和微生物絮凝剂三大类。无机混凝剂有无机小分子混凝剂(阳离子混凝剂、阴离子混凝剂)和无机高分子混凝剂(铝盐无机高分子混凝剂、铁盐无机高分子混凝剂、硅酸金属盐及各种复合混凝剂),有机絮凝剂有合成高分子絮凝剂(阳离子型絮凝剂、阴离子型絮凝剂、非离子型絮凝剂)和天然高分子改性絮凝剂。

目前得到广泛认可的混凝剂的作用机理主要有四种:双电层压缩机理、吸附电中和作用机理、吸附架桥作用机理和卷扫(网铺)机理。

聚丙烯酰胺.jpg双电层压缩机理:

所谓压缩双电层是指向胶体分散系中投加可产生高价反离子的电解质,通过增大溶液中反离子浓度,降低扩散层厚度,使胶体粒子的ξ电位降低的过程。胶体结构中,胶粒表面的反离子浓度由里向外逐渐降低,直至与溶液中的离子浓度相平衡。当向溶液中投加无机混凝剂时,溶液中离子浓度增大,扩散层的厚度将由图上的oa减小至ob。由于扩散层厚度的减小,ξ电位相应降低,胶粒间的相互排斥力相应减小,并且由于距离靠近使得吸引力增加,此时吸引力占优势,总势能下降为负值。根据压缩双电层的机理,无论溶液中的电解质步吸附可能使粒子表面电位变得足够高,引起胶体的重新稳定。例如铝盐或铁盐投加量高时发生再稳现象。

聚丙烯酰胺.jpg吸附架桥机理:

吸附架桥也叫吸附桥联,是指在悬浮液中加入链状高分子化合物,由于其架桥作用而使悬浮液中的胶体粒子脱稳的现象。高分子化合物一般都具有很长的分子链,如常用的聚丙烯酰胺(PAM),每个分子长度可达3.5um,且链上有很多能够通过静电键合、氢键键合和共价键键合作用在颗粒表面进行吸附的活性基团。一条高分子链能同时吸附两个或两个以上胶粒,把胶粒像架桥一样连接起来形成絮团。无论悬浮液中胶粒的表面荷电状况如何、势垒多大,只要添加的絮凝剂分子具有可在颗粒表面产生吸附作用的官能团或吸附活性,便可实现吸附架桥絮凝。絮凝剂与胶粒的静电键合主要由双电层的静电作用引起。例如胶粒表面带正电荷,阴离子型高分子絮凝剂可进入双电层取代原有的反离子,使两者紧密地吸附。氢键键合是指絮凝剂分子中的-NH2和-OH基团与胶粒表面电负性较强的氧键合而成,通常单纯氧键键合的作用,该键合常可在颗粒表面生成难溶的表面化合物或稳定的络合物,导致絮凝剂的选择性吸附。大量试验表明,絮凝剂的用量过大,会将颗粒几乎完全包括,因而不利于絮凝剂同时与其他颗粒作用,使絮凝作用削弱,产生再稳现象;而用量过小,又起不到架桥作用。

聚丙烯酰胺.jpg卷扫(网铺)机理:

向废水中投加含金属离子的化学凝聚剂,当药剂投加量和溶液介质的条件足以使金属离子迅速生成金属氢氧化物沉淀或金属碳酸盐沉淀时,所生成的难溶分子就会以胶粒或细微悬浮物作为晶核形成沉淀物,或是对其产生吸附作用,从而实现对水中胶粒或细微悬浮物的网铺。

聚丙烯酰胺.jpg在混凝处理中,主要通过压缩双电层机理起作用的低分子电解质添加剂常称为凝聚剂;主要通过吸附桥联机理起作用的高分子药剂则称为絮凝剂;同时兼有以上功能的统称为混凝剂。当用混凝剂不能取得良好效果时,可投加某类辅助药剂来提高混凝效果,这种辅助药剂称为助凝剂。

聚丙烯酰胺.jpg按照所加药剂在混凝过程中所起的作用,混凝剂可分为凝聚剂和絮凝剂两类,分别起胶粒脱稳和结成絮体的作用。硫酸铝、三氯化铁等传统混凝剂,实际上属于凝聚剂,采用这类凝聚剂时,在混凝的絮凝阶段往往自动出现尺寸足够大、容易沉淀的絮体,因而不需另加絮凝剂。有些混凝剂,特别是合成聚合物,它们往往不只起絮凝剂的作用,而是起凝聚剂和絮凝剂的双重作用。

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