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絮凝劑是怎么工作的?看完你就知道了!

發(fā)布時(shí)間:2024-8-14 15:52:38  來(lái)源:北極星環(huán)保網(wǎng)  作者:

        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——混凝凝聚和絮凝的總稱(chēng),這里分開(kāi)介紹兩種的作用機(jī)理!

一、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(chēng)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(chēng)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)膠體顆粒或帶異號(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幚碇心z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(lèi)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(chēng)。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。

二、常用絮凝劑的分類(lèi)

       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(lèi)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(lèi)。

       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??梢砸匀芤盒问酵都樱部梢砸灶w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。

三、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(lèi)、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)?;炷乃舛嗍俏鼰岱磻?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(lèi)

       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)。