混凝劑在我國的發展現狀

時間：2023-03-24 20:10:07來源：food欄目：食品快速檢測閱讀：

混凝劑在我國的發展現狀

[db:作者] / 2022-12-27 00:00

在20世紀初，用混凝劑進行工作的快濾池進人給水處理的實踐中，其運轉經驗表明，混凝劑具有很高的消毒能力。從最早使用的天然混凝劑到初級合成AlCl3、FeSO4·7H2O或硅系列混凝劑，再到現今使用的高聚合類混凝劑(如PAC、PFS、PASS、PAM等)，以及即將到來的生物混凝劑，人類使用混凝劑的過程也會經歷一個從天然到合成再到天然的循環。混凝方法也由簡單的攪拌發展到精確控制攪拌的各種邊界條件、混凝劑最適應用環境，進而形成許多的混凝理論，在水的凈化處理過程起著重要的指導作用。

2.1.1 混凝劑的分類

目前，混凝劑的品種繁多，按其化學成分可分為無機和有機兩大類。無機類的品種較少，主要是鋁和鐵的鹽類及其水解聚合產物，但在水和廢水處理中的用量很大;有機類的品種很多，主要是高分子化合物，又可分為天然的及人工合成的兩部分，但用量不如無機類大。

2.1.2 混凝劑在我國的發展現狀

20世紀80～90年代，我國水處理混凝劑的開發主要集中在無機高分子絮凝劑(IPF)的復合與混凝機理的研究方面，并提出了自己的某些理論，在指導新型混凝劑的開發方面起到了一定的作用。如湯鴻霄在AICl3結構模型方面所做的研究與李圭白在利用KMnO4去除微污染水中的腐殖質方面的研究都在國際上有一定的影響。目前，我國無機混凝劑的品種比較齊全，但天然與人工合成有機高分子混凝劑相對國外而言品種較少。例如，常用的聚合高分子主要是聚丙烯酰胺系列化合物，電荷基本局限于陰離子型及非離子型，而一些發達國家無論在給水還是在廢水處理中，陽離子型不同種類的聚合高分子的應用均明顯超過陰離子型及非離子型聚合高分子。我國水處理混凝劑的研制工作在這方面有待加強。

2.1.3 混凝機理

化學混凝所處理的對象，主要是水中的微小懸浮物和膠體雜質。大顆粒的懸浮物由于受重力的作用而下沉，可以用沉淀的方法除去。但是，微小粒徑的懸浮物和膠體，能在水中長期保持分散懸浮的狀態，即使靜置數十個小時以上，也不會自然沉降。這是由于膠體顆粒及細微懸浮顆粒具有“穩定性”。

根據研究，膠體都具有電荷。天然水中的黏土類膠體微粒以及污水中的膠原蛋白質和淀粉微粒等都帶有負電荷，它的中心稱為膠核。其表面選擇性地吸附了一層帶有同號電荷的離子，這些離子可以是膠核的組成物直接電離而產生的，也可以是從水中選擇吸附H+或OH-而造成的。這層離子稱為膠體微粒的電位離子，它決定了膠體電荷的大小和符號。由于電位離子的靜電引力，在其周圍又吸附了大量的異號離子，形成了所謂的“雙電層”。這些異號離子，其中緊靠電位離子的部分被牢固地吸引著，當膠核運行時，也隨著一起運動，形成固定的離子層。而其他的異號離子，離離子電位較遠，受到的引力較弱，不隨膠核一起運動，并有向水中擴散的趨勢，形成了擴散層。固定的離子層與擴散層之間的交界面稱為滑動面。滑動面以內的部分稱為膠粒，膠粒與擴散層之間，有一個電位差。此電位稱為膠體的電動電位，常稱為ξ電位。而膠核表面的電位離子與溶液之間的電位差稱為總電位或φ電位。

膠粒在水中受幾方面的影響：①由于上述的膠粒帶電現象，帶相同電荷的膠粒產生靜電斥力，而且ξ電位越高，膠粒間的靜電斥力越大；②受水分子熱運動的撞擊，微粒在水中作不規則的運動，即“布朗運動”；③膠粒之間還存在著引力一范德華引力，范德華引力的大小與膠粒間距的2次方成反比，當間距較大時，此引力可略去不計。

一般水中的膠粒，ξ電位較高，其相互間斥力不僅與ξ電位有關，還與膠粒的間距有關，距離越近，斥力越大。而布朗運動的動能不足以將兩顆粒推進到使范德華引力發揮作用的距離。因此，膠體微粒不能相互聚結而長期保持穩定的分散狀態。

使膠體微粒不能相互聚結的另一個因素是水化作用。由于膠粒帶電，將極性水分子吸引到它的周圍形成一層水化膜。水化膜同樣能阻止膠粒間相互接觸。但是，水化膜是伴隨膠粒帶電而產生的，如果膠粒的ξ電位消除或減弱，水化膜也隨之消失或減弱。

混凝作用過程是水中膠體粒子聚集的過程，也就是膠粒成長的過程，而這個過程是在混凝劑的水解作用下進行的。因此，混凝作用機理與以下三個因素有關：一是膠粒性質；二是不同混凝劑在不同條件下的水解產物；三是膠粒與混凝劑水解產物之間的相互作用。混凝劑水解產物與膠粒之間的作用有4種，即壓縮雙電層、吸附-電中和作用、吸附架橋作用和卷掃作用。

2.1.3.1壓縮雙電層作用

壓縮雙電層作用是指向水中投加混凝劑，增加反離子濃度，使膠體擴散層壓縮，ξ電位降低，排斥勢能也就隨之降低。當混凝劑量繼續增加、膠粒ξ電位逐漸降至零時，膠粒間排斥勢能消失，此點稱為“等電點”。按DLVO理論，在等電點狀態下，膠粒最易發生凝聚。DLVO理論提出了關于各種形狀微粒之間的相互吸引能與雙電層排斥能的理論計算方法，成功解釋了膠體的穩定性及其凝聚作用。其缺點在于忽視了水中反離子水解形態的專屬化學吸附作用，不能解釋混凝過程中出現的膠粒改變電性而重新穩定的現象。為此，又提出了其他幾種理論。

2.1.3.2 吸附-電中和作用

用吸附-電中和理論可以解釋高價混凝劑水解引起的膠體脫穩，能夠解釋壓縮雙電層理論所不能說明的一些問題。高價混凝劑(如鐵鹽、鋁鹽)在水中經水解縮聚而形成的帶正電的高分子物，由于靜電作用，帶負電的膠粒與帶正電的水解產物之間發生吸附，產生電性中和，導致膠粒ξ電位降低，最終發生凝聚。當膠粒吸附足夠多正電荷時，其電性發生改變，變成正電荷膠體，重新形成穩定。

2.1.3.3 吸附-架橋作用

吸附-架橋理論指高分子物質對膠體的強烈吸附，體現在膠粒與膠粒之間的架橋連接作用。Lamer認為，當高分子鏈的一端吸附了某一膠粒以后，另一端又吸附了另一膠粒，形成“膠粒高分子膠粒”的絮凝體。但當高分子過多時，將產生膠體保護作用：膠粒表面被高分子全部覆蓋后，兩膠粒接近時，由于“膠粒膠粒”之間所吸附的高分子受到壓縮變形而具有排斥勢能，或者由于帶電高分子的相互排斥，膠粒不能凝聚。

2.1.3.4 卷掃作用

卷掃作用是當鋁鹽或鐵鹽投加量超過溶度積時，會產生凝絮狀氫氧化物的沉淀。這些凝絮狀氫氧化物具有巨大的網狀表面結構，且帶一定正電荷量，具有一定的靜電黏附能力，因而在沉淀物生成過程中，膠體顆粒可同時被黏附網捕在沉淀物中而迅速卷掃沉淀。混凝過程實際是上述幾種作用機理綜合作用的結果，或是在特定水質條件下以某種機理為主。混凝機理不僅取決于所使用混凝劑的物化特性，而且與所處理水質特性，如濁度、堿度、pH值以及水中各種無機或有機雜質等有關。

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