混凝vs絮凝？
混凝和絮凝的區(qū)別
混凝過(guò)程是指在被處理的水中加人混凝劑后經(jīng)過(guò)混合攪拌，使水中膠體顆粒脫穩(wěn)，此處理方法稱為凝聚。進(jìn)一步經(jīng)絮凝攪拌，使脫穩(wěn)的膠體顆粒又和其他微粒結(jié)成絮體，此物理化學(xué)過(guò)程的處理方法稱為絮凝。
混凝=凝聚+絮凝，即絮凝是混凝的一個(gè)步驟。
那么混凝劑就是絮凝劑嗎？
非也。
藥劑按在混凝過(guò)程中所起的作用可分為凝聚劑和絮凝劑兩類，此兩類藥劑分別在混凝過(guò)程中起脫穩(wěn)和結(jié)成絮體的作用，總稱為混凝劑。
也就是說(shuō)，凝聚是在投加藥劑后，溶膠微粒由于電中和而使膠體顆粒脫穩(wěn)而達(dá)到聚集的。例如，加無(wú)機(jī)金屬鹽時(shí)，溶膠微粒的擴(kuò)散層被壓縮到一定程度，此時(shí)布朗運(yùn)動(dòng)的能級(jí)超過(guò)微粒間被降低的綜合勢(shì)能，微粒可以相互靠近，聚集到一起而達(dá)到凝聚。
在某些情況下，微粒達(dá)到相互聚集時(shí)，也許并未達(dá)到電中和脫穩(wěn)，這種聚集即為絮凝。例如，向溶液中加人少量高分子物質(zhì)，溶膠微粒和高分子間會(huì)發(fā)生相互作用。開始時(shí)個(gè)高分子的鏈狀物吸附在一個(gè)微粒表面上，該分子未被吸附的端就伸到溶液中去。這些伸展的分子鏈節(jié)又會(huì)被其他微粒所吸附，形成一個(gè)高分子鏈狀物同時(shí)吸附在兩個(gè)以上微粒表面的情況，就是靠這種架橋作用構(gòu)成某種聚集體而達(dá)到絮凝的。
（1）混凝劑的作用
定義
混凝劑通常是鐵、鋁的無(wú)機(jī)鹽或低分子、高分子聚合物?；炷齽┰谒薪?jīng)過(guò)電離、水解形成膠體，在吸附和聚沉等許多過(guò)程的作用下，后使膠體和懸浮物除去。
市場(chǎng)上有許多混凝劑，現(xiàn)以典型的硫酸鋁[al2(so4)3 ] 說(shuō)明混凝過(guò)程如下：
硫酸鋁的電離 al2(so4)3→2al3++3so42+
當(dāng)ph>4時(shí)，al3+的水解逐漸增多，al3++h2o→al(oh)2++h+，并開始發(fā)生羥基橋聯(lián)反應(yīng)，如al(oh)2+→[al2(oh)2]4+生成雙核絡(luò)合物，再進(jìn)步發(fā)生羥基橋聯(lián)還可生成更的多核羥基絡(luò)合物，可見鋁基在水中產(chǎn)生一系列的水解產(chǎn)物，因而它們可以由不同的形態(tài)發(fā)揮三方面的作用：
(1)脫穩(wěn)凝聚。低聚合度高電荷的多核羥基絡(luò)合物對(duì)膠體雜質(zhì)具有大的吸附能力，因而可以發(fā)揮電中和作用及壓縮雙電層的作用。
(2)架橋絮凝。高聚合度低電荷的無(wú)機(jī)高分子及凝膠狀化合物在膠體雜質(zhì)間的黏結(jié)架橋作用。
(3)吸附卷掃。氫氧化物沉淀物生成微小凝絮，可吸附、卷帶膠體雜質(zhì)從水中分離。
（2）常用的凝聚劑和使用條件
影響混凝效果的因素有天然水的ph值、凝聚劑用量、水溫度、混合速度等。
1.鋁鹽
常用的典型鋁鹽有al2(so4)3·18h2o，無(wú)機(jī)聚合物有聚合鋁（pac）等。鋁鹽是兩性化合物，ph值過(guò)高或過(guò)低都會(huì)促其溶解，使殘留鋁量增加。水中含鋁和鐵造成的影響是一樣的， 是反滲透給水處理要十分注意的。
ph<5時(shí)，al(oh)3+3h+→al3++3h2o
ph>7.5時(shí)，al(oh)3+3oh-→alo2-+2h2o
在ph=6.5~6.7時(shí)，al(oh)3溶解度低。當(dāng)ph>9時(shí)，al(oh)3溶解度迅速增大。
鋁鹽作為混凝劑的特性是：
(1)由兩性化合物組成的膠體，其 ζ 電位和等電點(diǎn)(其 ζ 電位為0的那一點(diǎn)) 主要決定于水的ph值。ζ電位愈接近于0，膠體間的斥力愈弱，凝聚速度愈快。*和天然水中的膠體，如腐殖質(zhì)、黏土都具有兩性，因而ph值是影響凝聚速度的重要因素。
(2)鋁鹽在水中形成*膠體粒子之后，受ph值影響。在8>ph>5時(shí)， 膠體帶正電荷；當(dāng)ph<5時(shí)，因吸附水中so42+為外層擴(kuò)散層離子而帶負(fù)電荷；而當(dāng)ph值為8左右時(shí)，它以中性膠粒存在，易沉淀下來(lái)。
以鋁鹽作混凝劑時(shí)，ph值一般為6.5~8.0。其一般規(guī)律是當(dāng)混凝劑加人量較小時(shí)，此時(shí)*膠體所帶正電荷量較大，有利于中和自然膠體的負(fù)電荷(降低其ζ電位)，水中自然膠體主要靠其本身的凝聚而析出。當(dāng)混凝劑加入量較多時(shí)，主要靠混凝劑本身所形成的大量*膠體的絮凝膠體呈中性(ph 值在8左右)并因其吸附作用而將水中的懸浮物和自然膠體一同沉淀下來(lái)。
原理及分類
硫酸鋁是19世紀(jì)用于給水處理的。由于它的投量大，會(huì)降低出水的ph值，在低濁、低溫和高濁下效果不夠理想。早在30年代，德、日、美等國(guó)就發(fā)現(xiàn)了聚鋁的無(wú)機(jī)高分子凝聚劑。60年代末，日本在給水處理中聚鋁的用量就超過(guò)了硫酸鋁。目前應(yīng)用廣泛的是聚合氯化鋁(poly-aluminium-chlorinated)，簡(jiǎn)稱pac。
pac聚合氯化鋁
pac可以看作是鋁鹽水解聚合終變?yōu)閍l(oh)3沉淀物過(guò)程中的中間產(chǎn)物，它有較高的電荷和分子量，因而吸附脫穩(wěn)和黏結(jié)架橋作用均較強(qiáng)，加人到水中后會(huì)迅速發(fā)揮優(yōu)異的混凝作用。
pac并不是單分子的化合物，而是具有不同形態(tài)的同一類化合物，其通式可表示為aln(oh)mcl3n-m。例如al2(oh)5cl，al6(oh)16cl2，以及[al2(oh)5cl]n它們?cè)谌芤褐须婋x為高價(jià)離子，如
al13(oh)34cl5→al13(oh)34++5cl-
發(fā)揮混凝作用的就是這些帶正電荷的高價(jià)離子。
pac的兩個(gè)重要指標(biāo)是堿化度和聚合度。堿化度b= [oh]/3 [al]，即化合物中羥基與鋁的當(dāng)量比值。例如，al2(oh)5cl的b=5/ (2x3) = 83.3%。一般來(lái)說(shuō)，堿化度越高的聚合氯化鋁，其分子量就越高，因而黏結(jié)架橋能力越好，但穩(wěn)定性較差，會(huì)生成al(oh)3 沉淀物。目前，聚合鋁的制品堿化度多為50% ~ 80%，聚合氯化鋁的聚合度即分子中的n值，表明高分子的分子量，一般無(wú)機(jī)高分子量遠(yuǎn)較有機(jī)高分子量小，大約只在數(shù)千左右。
pac加到水中后，堿度降低較小，因而ph值下降也小，其ph值較寬，一般ph=7~8可取得良好的效果，低溫時(shí)效果仍較穩(wěn)定，加藥劑量對(duì)低濁水相當(dāng)于alcl3的一半，高濁度相當(dāng)于1/3。有時(shí)1mg/l (al2o3)效果就很好。
2.鐵鹽
常用的鐵鹽有feso4 ?7h2o和fecl3?6h2o等。用鐵鹽作混凝劑時(shí)，其水解和膠體的形成、混凝過(guò)程和鋁鹽相似。但當(dāng)用二價(jià)鐵鹽時(shí)，水解產(chǎn)生的fe (oh)2 溶解度較大，必須在混凝過(guò)程中將fe2+氧化成fe3+，才能適應(yīng)混凝的需要，其在ph> 8.8時(shí)氧化和水解過(guò)程如下：
4fe2++o2+2h2o→4fe3++4oh-
fe3++3h2o→fe (oh)3+3h+
由于在低ph值條件下完成氧化速度緩慢，所以上述反應(yīng)常在石灰處理時(shí)完成，此時(shí)ph值約為10.2效果較好。
*
氫氧化鐵也是兩性的氫氧化物，但其堿性強(qiáng)于酸性，只有當(dāng)ph值很高時(shí)才顯示出酸的作用。當(dāng)ph<3時(shí)，鐵以fe2+形式存在于溶液中，在ph>9時(shí)，經(jīng)氧化后才以fe (oh)3的形式存在，水中殘留的fe2+才會(huì)低下來(lái)。
但如果用fecl3?6h2o作混凝劑時(shí)，由于其混凝過(guò)程中不可控制地迅速電離出fe3+，不必經(jīng)過(guò)氧化，能在ph=4 ~ 10的范圍內(nèi)水解，所生成的凝絮較密實(shí)，比重較大，易于沉降，受溫度影響不大，加人劑量比二價(jià)鐵鹽低。缺點(diǎn)是fecl3具有強(qiáng)的氧化性，腐蝕性強(qiáng)。
fe3+和腐殖酸會(huì)生成不沉淀的有色化合物，故鐵鹽很少作為處理含有有機(jī)物的水的混凝劑。
3.有機(jī)高分子絮凝劑
有機(jī)高分子絮凝劑都是水溶性的線型高分子物質(zhì)，沿鏈狀分子有若干官能基團(tuán)，在水中大部分可電離，屬于高分子電解質(zhì)。根據(jù)可離解基團(tuán)的特性，可以分為陰離子型、陽(yáng)離子型、兩性型等類。陰離子型的基團(tuán)如 - cooh、- so3h、- oso3h 等，陽(yáng)離子型的基團(tuán)如- nh3oh、- nh2oh 、- conh3oh等，兩性型的同時(shí)含有兩種基團(tuán)。此外也有不能電離的非電解質(zhì)，可稱為非離子型。非離子型的聚合物分子在水中呈螺旋管狀，其長(zhǎng)度不能展開，類似非電解質(zhì)。
高分子絮凝劑
高分子絮凝劑的鏈狀分子可以發(fā)揮黏結(jié)架橋作用，分子上的荷電基團(tuán)則發(fā)揮電中和的壓縮擴(kuò)散層作用?，F(xiàn)有的高分子絮凝劑較多的是陰離子型，它們對(duì)水中負(fù)電膠體雜質(zhì)只能發(fā)揮絮凝作用，往往不能單獨(dú)使用，而是配合鋁鹽、鐵鹽混凝劑使用，以改善混凝過(guò)程，因此也常稱為助凝劑。也有把陰離子型的絮凝劑直接用于過(guò)濾，也可稱其為助濾劑。
陽(yáng)離子型絮凝劑可以同時(shí)發(fā)揮凝聚和絮凝作用，因而可以單獨(dú)使用。但由于常用的反滲透膜表面呈現(xiàn)負(fù)電荷，為防止膜表面的污染，故不宜使用。
有機(jī)高分子絮凝劑如聚丙烯酰胺(pam) 用naoh水解后長(zhǎng)鏈上帶有許多負(fù)電荷的coo-基團(tuán)，由于負(fù)電荷的相斥作用，長(zhǎng)鏈的pam分子得以伸展，有利于與其他微粒的接觸而產(chǎn)生架橋作用，如果加入量過(guò)大反而影響了長(zhǎng)鏈的伸展，會(huì)影響效果。
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