常規(guī)絮凝劑的工作原理

     河南浩輝環(huán)�？萍加邢薰�司根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了常規(guī)絮凝劑的工作原理，供大家參考：現(xiàn)在的水處理中絮（混）凝劑的應(yīng)用很普遍了，但是很多同行對(duì)絮（混）凝劑的作用機(jī)理普遍不是太了解或者了解的比較片面，這篇文章會(huì)全面解析絮（混）凝劑的作用機(jī)理——混凝是凝聚和絮凝的總稱，這里分開(kāi)介紹兩種的作用機(jī)理！

     1、絮凝劑的作用機(jī)理

     1、凝聚

     凝聚：主要是指膠體脫穩(wěn)并生成微小聚集體的過(guò)程。凝聚的作用機(jī)理一般有：壓縮雙電子層、吸附—電性中和、吸附架橋作用、網(wǎng)捕—卷掃作用四種解釋。

     1. 壓縮雙電層作用

     根據(jù)DLVO理論，加入含有高價(jià)態(tài)正電荷離子的電解質(zhì)時(shí)，高價(jià)態(tài)正離子通過(guò)靜電引力進(jìn)入到膠體顆粒表面，置換出原來(lái)的低價(jià)正離子，這樣雙電層仍然保持電中性，但正離子的數(shù)量卻減少了，也就是雙電層的厚度變薄，膠體顆�；瑒�(dòng)面上的ξ電位降低。

當(dāng)ξ電位降至0時(shí)，稱為等電狀態(tài)，此時(shí)排斥勢(shì)壘完全消失。ξ電位降至某一數(shù)值使膠體顆�？倓�(shì)能曲線上的勢(shì)壘Emax=0，膠體顆粒即發(fā)生聚集作用，此時(shí)的ξ電位稱為臨界電位ξk。

     2. 吸附—電性中和

膠體顆粒表面吸附異號(hào)離子、異號(hào)膠體顆�；驇М愄�(hào)電荷的高分子，從而中和了膠體顆粒本身所帶部分電荷，減少了膠粒間的靜電引力，使膠體顆粒更易于聚沉。驅(qū)動(dòng)力包括靜電引力、氫鍵、配位鍵和范德華力等�？梢越忉屗�處理中膠體顆粒的再穩(wěn)定現(xiàn)象。

     3. 吸附架橋作用

     分散體系中德膠體顆粒通過(guò)吸附有機(jī)物或無(wú)機(jī)高分子物質(zhì)架橋連接，凝集為大的聚集體而脫穩(wěn)聚沉。分為1、長(zhǎng)鏈高分子架橋；2、短距離架橋。

     三種類型：

     ①膠粒與不帶電荷的高分子物質(zhì)發(fā)生架橋，涉及范德華力、氫鍵、配位鍵等吸附力。②膠粒與帶異號(hào)電荷的高分子物質(zhì)發(fā)生架橋，除范德華力、氫鍵、配位鍵外，還有電中和作用。③膠粒與帶同號(hào)電荷的高分子物質(zhì)發(fā)生架橋，“靜電斑”作用

     4. 網(wǎng)捕—卷掃作用

投加到水中的鋁鹽、鐵鹽等混凝劑水解后形成較大量的具有三維立體結(jié)構(gòu)的水合金屬氧化物沉淀，當(dāng)這些水合金屬氧化物體積收縮沉降時(shí)，象篩網(wǎng)一樣將水中膠體顆粒和懸濁質(zhì)顆粒捕獲卷掃下來(lái)。

網(wǎng)捕—卷掃作用主要是一種機(jī)械作用。

     2、絮凝

     絮凝：絮凝主要是指脫穩(wěn)的膠體或微小懸浮物聚集成大的絮凝體的過(guò)程。

     1、異向絮凝（Perikinetic flocculation）：由布朗運(yùn)動(dòng)所引起的膠體顆粒碰撞聚集。布朗運(yùn)動(dòng)隨著顆粒粒徑增長(zhǎng)而逐漸減弱，當(dāng)粒徑增長(zhǎng)到一定尺寸，布朗運(yùn)動(dòng)不再起作用。

     2、同向絮凝（orthokinetic flocculation）：由外力（攪拌）推動(dòng)所引起的膠體顆粒碰撞聚集。膠體顆粒在外力作用下向某一方向運(yùn)動(dòng)，由于不同膠粒存在速度差，依此完成顆粒的碰撞聚集。

     3、混凝

     混凝：既有凝聚作用（膠體脫穩(wěn)）又有絮凝作用（脫穩(wěn)的膠體或微小懸浮物聚集）的。是凝聚、絮凝兩個(gè)過(guò)程的總稱。是水中膠體粒子及微小懸浮物的聚集過(guò)程。也就是說(shuō)“混凝”包含了從原水投藥到水混合、藥反應(yīng)（脫穩(wěn)、絮凝）再到形成大顆粒的絮凝物的整個(gè)過(guò)程。而絮凝是指膠體顆粒脫穩(wěn)后，從形成微小絮凝物形成大絮體的階段。

    2、常用絮凝劑的分類

     絮凝劑是能夠降低或消除水中分散微粒的沉淀穩(wěn)定性和聚合穩(wěn)定性，使分散微粒凝聚、絮凝成聚集體而除去的一類物質(zhì)。按照化學(xué)成分，絮凝劑可分為無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑以及微生物絮凝劑三大類。

     下面主要介紹一下最常用的無(wú)機(jī)、有機(jī)絮凝劑：

     1、無(wú)機(jī)高分子絮凝劑最常用的有PAC(聚合氯化鋁)、PFS（聚合硫酸鐵）；易容于水，具有一定的腐蝕性�？梢砸匀芤盒问酵都�，也可以以顆粒形式投加。

     2、有機(jī)高分子絮凝劑最常用的為PAM(聚丙烯酰胺)；可溶于水，但溶解速度很慢，一般先配制成溶液后投加。分為陰離子型和陽(yáng)離子型。陰離子型一般用于污水絮凝劑，陽(yáng)離子型一般用于污泥脫水。PAM易吸水潮解成塊，保存地點(diǎn)必須干燥。

     3、影響絮凝劑使用的因素

     (1)水的pH值

     水的pH值對(duì)無(wú)機(jī)絮凝劑的使用效果影響很大，pH值的大小關(guān)系到選用絮凝劑的種類、投加量和混凝沉淀效果。水中的H+和OH-參與絮凝劑的水解反應(yīng)，因此，pH值強(qiáng)烈影響絮凝劑的水解速度、水解產(chǎn)物的存在形態(tài)和性能。以通過(guò)生成Al(OH)3帶電膠體實(shí)現(xiàn)混凝作用的鋁鹽為例，當(dāng)pH值﹤4時(shí)，Al3+不能大量水解成Al(OH)3，主要以Al3+離子的形式存在，混凝效果極差。pH值在6.5～7.5之間時(shí)，Al3+水解聚合成聚合度很大的Al(OH)3中性膠體，混凝效果較好。pH值﹥8后，Al3+水解成AlO2-，混凝效果又變得很差。水的堿度對(duì)pH值有緩沖作用，當(dāng)堿度不夠時(shí)，應(yīng)添加石灰等藥劑予以補(bǔ)充。當(dāng)水的pH值偏高時(shí)，則需要加酸調(diào)整pH值到中性。相比之下，高分子絮凝劑受pH值的影響較小。

     (2)水溫

     水溫影響絮凝劑的水解速度和礬花形成的速度及結(jié)構(gòu)。混凝的水解多是吸熱反應(yīng)，水溫較低時(shí)，水解速度慢且不完全。低溫情況下，水的粘度大，布朗運(yùn)動(dòng)減弱，絮凝劑膠體顆粒與水中雜質(zhì)顆粒的碰撞次數(shù)減少，同時(shí)水的剪切力增大，阻礙混凝絮體的相互粘合;因此，盡管增加了絮凝劑的投加量，絮體的形成還是很緩慢，而且結(jié)構(gòu)松散、顆粒細(xì)小，難以去除。低溫對(duì)高分子絮凝劑的影響較小。但要注意的是，使用有機(jī)高分子絮凝劑時(shí)，水溫不能過(guò)高，高溫容易使有機(jī)高分子絮凝劑老化甚至分解生成不溶性物質(zhì)，從而降低混凝效果。

     (3)水中雜質(zhì)成分

     水中雜質(zhì)顆粒大小參差不齊對(duì)混凝有利，細(xì)小而均勻會(huì)導(dǎo)致混凝效果很差。雜質(zhì)顆粒濃度過(guò)低往往對(duì)混凝不利，此時(shí)回流沉淀物或投加助凝劑可提高混凝效果。水中雜質(zhì)顆粒含有大量有機(jī)物時(shí)，混凝效果會(huì)變差，需要增加投藥量或投加氧化劑等起助凝作用的藥劑。水中的鈣鎂離子、硫化物、磷化物一般對(duì)混凝有利，而某些陰離子、表面活性物質(zhì)對(duì)混凝有不利影響。

     (4)絮凝劑種類

     絮凝劑的選擇主要取決于水中膠體和懸浮物的性質(zhì)及濃度。如果水中污染物主要呈膠體狀態(tài)，則應(yīng)首選無(wú)機(jī)絮凝劑使其脫穩(wěn)凝聚，如果絮體細(xì)小，則需要投加高分子絮凝劑或配合使用活化硅膠等助凝劑。很多情況下，將無(wú)機(jī)絮凝劑與高分子絮凝劑聯(lián)合使用，可明顯提高混凝效果，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。對(duì)于高分子而言，鏈狀分子上所帶電荷量越大，電荷密度越高，鏈越能充分伸展，吸附架橋的作用范圍也就越大，混凝效果會(huì)越好。

     (5)絮凝劑投加量

     使用混凝法處理任何廢水，都存在最佳絮凝劑和最佳投藥量，通常都要通過(guò)試驗(yàn)確定，投加量過(guò)大可能造成膠體的再穩(wěn)定。一般普通鐵鹽、鋁鹽的投加范圍是10～100mg/L，聚合鹽為普通鹽投加量的1/2～1/3，有機(jī)高分子絮凝劑的投加范圍是1～5mg/L。

     (6)絮凝劑投加順序

     當(dāng)使用多種絮凝劑時(shí)，需要通過(guò)試驗(yàn)確定最佳投加順序。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)無(wú)機(jī)絮凝劑與有機(jī)絮凝劑并用時(shí)，應(yīng)先投加無(wú)機(jī)絮凝劑，再投加有機(jī)絮凝劑。而處理雜質(zhì)顆粒尺寸在50μm以上時(shí)，常先投加有機(jī)絮凝劑吸附架橋，再投加無(wú)機(jī)絮凝劑壓縮雙電層使膠體脫穩(wěn)。

     (7)水力條件

     在混合階段，要求絮凝劑與水迅速均勻地混合，而到了反應(yīng)階段，既要?jiǎng)?chuàng)造足夠的碰撞機(jī)會(huì)和良好的吸附條件讓絮體有足夠的成長(zhǎng)機(jī)會(huì)，又要防止已生成的小絮體被打碎，因此攪拌強(qiáng)度要逐步減小，反應(yīng)時(shí)間要足夠長(zhǎng)。