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四川PAC混凝剂的混凝作用机理

来源:四川PAM作者:源正化工发布时间:2020-11-17 11:16:46点击:119次
[导语]:四川混凝剂作用是复杂的物理、化学过程。关于混凝机理,一般认为是凝聚和絮凝两个作用过程。凝聚(coagulation)是指胶体颗粒脱稳并形成细小的凝聚体的过程;絮凝(floccula-Lion)则指胶体脱稳后(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。凝聚是瞬时的,只需将化学药剂扩散到全部水中的时间即可;絮凝则与凝聚作用不同,
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  混凝作用是复杂的物理、化学过程。关于混凝机理,一般认为是凝聚和絮凝两个作用过程。凝聚(coagulation)是指胶体颗粒脱稳并形成细小的凝聚体的过程;絮凝(floccula-Lion)则指胶体脱稳后(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。凝聚是瞬时的,只需将化学药剂扩散到全部水中的时间即可;絮凝则与凝聚作用不同,

  它需耍一定的时间去完成,但一般情况下两者很难区分,因此把能起凝聚和絮凝作用的药剂统称为混凝剂。

  目前得到广泛认可的混凝剂的作用机理主要有如下4种。

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ζ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。由图2-6(a)可见,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oa的oa减小至ob。由于扩散层厚度的减小,ζ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。由图2-6(b)、(c)可见其排斥与吸引的合力由斥力为主变为以吸引力为主,胶粒得以迅速凝聚。

四川PAC混凝剂的混凝作用机理

  根据压缩双电层的机理,无论溶液中的电解质浓度有多高,其作用只是使扩散层厚度变薄而己,不会有超额的反离子进入扩散层,即不可能出现胶粒改变电性而使其重新稳定的情况。这是由于该理论单纯从静电作用和van der Waals引力作用来说明电解质对胶体的脱稳作用,没有考虑电解质尤其是高价金属离子的水解产物与颗粒间的其他专属作用,因此它不能解释混凝过程某些复杂的现象。例如,以三价铝盐或铁盐作混凝剂,当药剂投加量过多时,凝集效果反而下降,甚至重新稳定。向水溶液中投加混凝剂时胶粒脱稳的过程涉及胶粒-混凝剂、胶粒-水溶液、混凝剂-水溶液间三方面的相互综合作用。为此,又提出了其他几种混凝机理。

吸附电中和作用机理

  所谓“吸附电中和作用”,又称“特性吸附作用”,是指非静电性质的作用,包括化学键合、表面络合、疏水缔合、氢键作用甚至van der Waals作用等。当反离子能与胶粒表面发生“吸附电中和作用”时,会使粒子的表面电荷得到中和,同时引起ζ电位降低,通过吸附电中和作用造成表面电荷减少与通过压缩双电层使价电子减少的过程机理是不同的。

  在加入过量无机混凝剂电解质时,常常发生表面电荷变号的现象,这是吸附电中和作用最明显的证据。在吸附电中和作用发生的初期,静电吸引起了促进作用;但是当表面电荷变号后,异号离子的进一步吸附是在克服静电排斥下发生的,这证明存在着某种更强的特性吸附作用。

四川PAC混凝剂的混凝作用机理

  吸附电中和作用对胶体稳定性的影响实际上是通过对表面电荷的影响而发生的,当足够数量的异号离子由于吸附电中和作用而吸附在胶体或颗粒表面上时,可以使粒子电荷减少到某个临界值,这时静电斥力不足以阻止胶体与微粒间的接触,于是发生凝聚。异号离子的进一步吸附不但会使粒子表面电荷变号,并有可能使表面电位变得足够高,

  以致引起胶体的重新稳定。铝盐或铁盐投加量高时发生再稳现象以及带来电荷变号的现象用吸附电中和的机理解释是很合适的。

吸附架桥作用机理

  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离子脱稳的现象。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),每个结构单元长度为2.5A(1A=10^-10m),若聚合度为14000,则每个分子长度可达3.5μm,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。氢键键合是指当絮凝剂分子中的-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。上述3种键合作用在实际中具体以哪种方式为主,需视颗粒-聚合物体系的特性以及水溶液的性质而定。

  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。

  图2-7所示为高分子絮凝过程的模型,由于絮凝作用并未改变颗粒表面的电性质,胶粒并没有脱稳,故产生的絮团大而蓬松,其间含有大量的水分,整体重量增加,可发生整体沉降。另外,絮体且有一定强度,但受到长时间的强烈搅拌也会使其破碎,且碎后一般不再成团,即过程不可逆。

卷扫(网铺)机理

  向废水中投加含金属离子的化学凝聚剂[如Al2(SO4)3、石灰、FeCl3等高价金属盐类],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[如Al(OH)3、Fe(OH)3等]或金属碳酸盐沉淀(如CaCO3)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。

  在水处理中,以上4种混凝机理往往可能同时发挥作用,只是在特定情况下才以某种机理为主而已。


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