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技術(shù)文章
Technical articles
更新時(shí)間：2018-01-08
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自然沉降不能去除所有的懸浮物和膠體。混凝即是通過投加化學(xué)藥劑來破壞膠體和懸浮物在水中形成的穩(wěn)定體系，使其聚集為具有明顯沉降性能的絮凝體，然后用重力沉降法予以分離。
混凝過程包括凝聚和絮凝兩個(gè)步驟，凝聚是指使膠體脫穩(wěn)并聚集成微絮粒的過程；絮凝是指微絮粒通過吸附、卷帶和橋連而成長為更大的絮體的過程。凝聚和絮凝統(tǒng)稱為混凝。
一、膠體的穩(wěn)定性和膠體結(jié)構(gòu)
1．膠體的穩(wěn)定性
水中的同種膠體微粒帶有同號電荷，在靜電斥力的作用下，不易相互聚集，具有一定的穩(wěn)定性。
2．膠體的結(jié)構(gòu)
a. 膠核：由數(shù)十個(gè)至數(shù)千個(gè)不溶于水的分散相
物質(zhì)分子組成的。
b. 膠粒的電位離子：膠核的表面上選擇性地吸
附了—層帶同號電荷的離子；其來源于膠核
表層分子電離，或膠核從水中吸附來的。
---決定了膠粒的帶電符號和電荷多少，構(gòu)
成雙電層的內(nèi)層。
c. 反離子：電位離子層通過靜電作用而吸引的水
中相反電荷的離子，構(gòu)成雙電層的外層。
d. 反離子吸附層：反離子與電位離子之間。當(dāng)膠
核運(yùn)動時(shí)，它也隨著一起運(yùn)動。構(gòu)成膠團(tuán)的固定層。
e. 反離子擴(kuò)散層：固定層以外。電位離子對其引力較弱，不隨膠核一起運(yùn)動，并有向水中擴(kuò)散的趨勢。
f. 膠粒：固定層和擴(kuò)散層之間的交接面稱為滑動面，滑動面以內(nèi)的部分稱為膠粒。
g. 膠團(tuán)：膠粒與擴(kuò)散層一起構(gòu)成了電中性的膠團(tuán)。
h. 膠體的電動電位（ξ電位）
當(dāng)膠粒運(yùn)動時(shí)，擴(kuò)散層中的大部分反離子就會脫離膠團(tuán)，向溶液主體擴(kuò)散。其結(jié)果必然使膠粒產(chǎn)生剩余電荷，使膠粒與擴(kuò)散層之間形成一個(gè)電位差，其可反映膠粒帶電的多少，衡量膠體穩(wěn)定性的大小。ξ愈高，穩(wěn)定性愈高。
I.總電位（Ψ電位）
膠核表面的電位離子與溶液主體之間的電位差。--- Ψ電位一定時(shí)，擴(kuò)散層愈厚，ξ愈高。
二、機(jī)理
不同的化學(xué)藥劑能使膠體以不同的方式脫穩(wěn)，其機(jī)理可歸結(jié)為四種：
（1）壓縮雙電層
膠體的穩(wěn)定性取決于兩種力何者占主導(dǎo)地位。
當(dāng)距離很近時(shí)，范得華力占優(yōu)勢，合力為吸引力，兩個(gè)顆粒可以相互吸住，膠體脫穩(wěn)；
當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，庫侖斥力占優(yōu)勢，合力為斥力，兩個(gè)顆粒相互排斥，膠體將保持穩(wěn)定。
當(dāng)膠體顆粒間距離大于3nm時(shí)，顆粒總處于相斥狀態(tài)
對憎水膠體顆粒而言，其膠核表面間隔著兩個(gè)滑動面內(nèi)的離子層厚度，使其總處于相斥的狀態(tài)，這就是憎水膠體保持穩(wěn)定的根源；
對親水膠體顆粒而言，因其吸附大量的水分子而構(gòu)成水殼，使它們不能靠近而保持穩(wěn)定。
投加電解質(zhì)后，水中與膠粒上反離子具有相同電荷的離子濃度增加了。這些離子可與吸附的反離子發(fā)生交換或擠入吸附層，使膠粒帶電荷減少，降低ξ電位，并使擴(kuò)散層厚度縮小。--------壓縮雙電層
各種電解質(zhì)壓縮能力是不同的。在濃度相同的條件下，破壞能力隨離子價(jià)的增高而加大。
Schulze-Hardy法則：
能力與離子價(jià)的2-6次方成正比。
對同一膠體體系，要獲得相同的壓縮雙電層效果時(shí)，用一價(jià)離子的濃度需要25～150mmol/L;二價(jià)離子需要0.5～2mmol/L；三價(jià)離子需要0.01～0.1mmol/L。
在電解質(zhì)作用下膠團(tuán)雙電層的變化 吸附電中和
（2）吸附電中和
膠體表面對異號離子、異號膠粒或鏈狀高分子帶異號電荷的部位有強(qiáng)烈的吸附作用。
由于這種吸附作用中和了它的部分或全部電荷，減少了靜電斥力，因而容易與其它顆粒接近而相互吸附。
（3）吸附架橋作用
若藥劑是具有能吸附膠粒的鏈狀高分子聚合物，或者兩個(gè)同號膠粒吸附在同一個(gè)異號膠粒上，膠粒間就能連結(jié)、團(tuán)聚成絮體而被除去。
高分子聚合物的吸附架橋作用
（4）卷掃作用（網(wǎng)捕作用）
若藥劑含金屬離子，由于金屬離子的水解和聚合，會以水中的膠粒為晶核形成膠體狀沉淀物，或者在這種沉淀物從水中析出的過程中，會吸附和網(wǎng)捕膠粒而共同沉降下來。
沉淀物卷掃作用
1-原水中懸浮微粒；2-絮狀沉淀物；3-殘留懸浮微粒
三、影響的因素
1、水溫
無機(jī)劑溶于水時(shí)是放吸反應(yīng)，水溫低時(shí)不利于劑的水解。
水溫低時(shí)，水的黏度大，膠粒的布朗運(yùn)動強(qiáng)度減弱，彼此間碰撞機(jī)會減少，不易凝聚。
水的黏度大時(shí)，水流阻力增大，使絮凝體的形成長大受到阻礙，從而影響效果。
2、 pH 和 堿度
無機(jī)鹽劑對水的pH值都有一定的要求。如，鋁鹽：5.5～8.5；鐵鹽：＞8.5
堿度對pH有緩沖作用。以保證鋁、鐵鹽在水解時(shí)引起pH變化而效果下降。
3、水質(zhì)
當(dāng)水的濁度較低，顆粒細(xì)小而均一，投加的劑又少，僅靠劑與懸浮微粒之間相互接觸，很難達(dá)到預(yù)期目的，可以加大劑用量。
當(dāng)水中濁度較高時(shí)，用量要控制適當(dāng)，防止過量而引起膠粒再穩(wěn)。
對高濁度水，劑主要起吸附架橋作用，用量隨捉度的增加而增大。
水中的有機(jī)物質(zhì)會降低效果。
四、劑
1. 無機(jī)金屬鹽類劑
如硫酸鋁、氯化鋁、氯化鐵、硫酸亞鐵、硫酸鐵等；•鋁鹽的水解
（1）當(dāng) pH≤4，Al3+以六水合鋁離子[Al(H2O)6]6+為主要存在形態(tài)，pH升高，發(fā)生水解：
[Al(H2O)6]6+==[Al(OH)(H2O)5]2+ +H+
[Al(OH)(H2O)5]2+==[Al(OH)2(H2O)4]+ + H+
[Al(OH)2(H2O)4]+== Al(OH)3(H2O)3↓ +H+
（2）當(dāng)pH≥4時(shí)，羥基合鋁離子增加，各離子的羥基之間還可能發(fā)生架橋連接（羥基架橋），產(chǎn)生多核羥基配合物，繼續(xù)水解。水解與縮聚交錯進(jìn)行，生成聚合度極大的中性氫氧化鋁，終沉淀。
OH
2[Al(OH)(H2O)5]3+ ==[(H2O)4Al Al(H2O)4]4+ +2H2O
OH
在鋁鹽的水溶液中，存在著：
①簡單成分：Al3+、AlOH2+、Al(OH)2+、Al(OH)3、Al(OH)4-等；
②聚合成分：[Al6(OH)14]4+、[Al7(OH)17]4+、[Al8(OH)20]4+、[Al13(OH)34]5+等。
均發(fā)揮作用，其中以高價(jià)的聚合正離子作用尤為重要。
下圖是水中無其它復(fù)雜離子干擾時(shí)，濃度為10-4mol/L的鋁鹽在達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，個(gè)種水解產(chǎn)物的濃度與水的pH值間的關(guān)系。
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當(dāng)前位置：