第十三章絮凝分離技術(shù)

第十三章絮凝分離技術(shù)1一、絮凝分離技術(shù)概述1.概念凝聚：膠體及懸浮顆粒表面電荷被中和，靜電排斥力消失，顆粒脫穩(wěn)定而形成細小凝聚體的過程。絮凝：膠體和懸浮顆粒在絮凝劑作用下，僑聯(lián)成大的絮凝體的過程。絮凝分離技術(shù)：利用絮凝作用把溶液中的微小膠體、顆粒及懸浮物除去并分離的技術(shù)。絮凝是若干個凝聚作用的結(jié)果，當顆粒聚集到一定程度（約10-2cm）時，便會從溶液中沉淀出來。22.絮凝技術(shù)的應用：除雜，尤其是水的凈化。水的凈化方面：飲用水；工業(yè)用水；各種廢水（石油、紡織印染、采礦、造紙、食品、化學等工業(yè)）制糖工業(yè)：各類糖漿、泥汁、混合汁、甜水和廢水的澄清脫色處理3二、絮凝作用機理1.膠體和懸浮物的性質(zhì)1）分散體系性質(zhì)粒徑(cm)穩(wěn)定性溶解狀態(tài)擴散速度能否滲析能否透濾紙真溶液小于10-7很穩(wěn)定溶解快能能膠體顆粒10-7~10-4較穩(wěn)定膠體慢不能能懸浮顆粒10-4~10-2不穩(wěn)定懸浮，易沉淀不擴散不能不能42）運動特性：布朗運動顆粒直徑(cm)10-710-610-510-410-3運動速度(cm/s)8902968.900.2960.0089溫度增高，布朗運動加快，顆粒碰撞增多，絮凝沉淀加快。53）顆粒表面帶電荷：膠體和懸浮物在溶液中穩(wěn)定的主要原因顆粒表面電荷形成原因：電離作用離子的離解離子吸附晶格取代6膠核電位形成離子束縛反離子自由反離子＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－膠體結(jié)構(gòu)示意圖注：由于正電荷容易發(fā)生水合作用，水合離子半徑大，電荷弱，所以不容易被膠核吸附，一般膠體顆粒表面都帶負電荷。72.絮凝作用機理：DLVO理論膠體顆粒間的吸引能和排斥能的相互作用決定了膠體的穩(wěn)定性和產(chǎn)生絮凝沉淀的情況。1）顆粒凝集：顆粒布朗運動動能足夠大，達到顆粒間范德華力>顆粒間排斥力，顆粒出現(xiàn)脫穩(wěn)定狀態(tài)。顆粒脫穩(wěn)定狀態(tài)的三種情形：A.凝聚：顆粒水化膜有特殊粘滯力時，范德華力不足以完全排斥水化膜，顆粒雖能集結(jié)，但不能直接接觸。加入電解質(zhì)，能中和顆粒表面電荷，減小擴散層厚度，降低排斥能，顆粒間以吸引力為主，出現(xiàn)凝聚現(xiàn)象。8B.凝結(jié)：顆粒間水化膜粘滯力較弱時，范徳華力大到足以排擠水化膜，顆粒間直接接觸。C.絮凝：凝聚和凝結(jié)所形成的細小凝聚體在絮凝劑的進一步僑聯(lián)作用下，形成更大的絮凝體，從水中分離出來。92）雙電層壓縮和電荷中和作用雙電層壓縮：膠體結(jié)構(gòu)中的雙電層變薄時能降低排斥能，當排斥能降低到相當小時，顆粒能因相互吸引產(chǎn)生疏松的絮凝體。電解質(zhì)能中和顆粒表面電荷而壓縮膠體中的雙電層。電荷的中和作用：膠體顆粒表面對相反電荷的吸附中和了膠粒部分電荷，使排斥能降低到顆粒足以克服排斥力障礙而產(chǎn)生絮凝沉淀。加入絮凝劑等化學試劑可以使膠體表面電荷被中和甚至帶上相反電荷。電荷中和常用試劑：過量表面活性劑；高分子絮凝劑（5～20萬可產(chǎn)生細小疏松絮凝體，200萬可完全絮凝，產(chǎn)生大的絮凝體）103）僑聯(lián)作用：膠體或懸浮物顆粒通過有機或無機高分子絮凝劑吸附，形成橋架式空間結(jié)構(gòu)的絮凝體而沉淀的現(xiàn)象。絮凝劑以氫鍵、配位鍵或范徳華力等作用力與顆粒作用，形成環(huán)式、尾式、列車式等結(jié)構(gòu)，以環(huán)式和尾式更易形成僑聯(lián)作用。4）沉淀物網(wǎng)捕機理金屬鹽、金屬氧化物和氫氧化物作絮凝劑時，可以形成金屬氫氧化物或金屬碳酸鹽沉淀，沉淀過程中會網(wǎng)捕水中膠粒。11三、絮凝劑的種類和性質(zhì)1.絮凝劑的絮凝值：使膠體產(chǎn)生絮狀沉淀所需的最小電解質(zhì)濃度。Fc=CD3(kT)5A2e6z6Fc----絮凝值C-----常數(shù)（依電解質(zhì)而不同）D-----水的電解常數(shù)k------玻爾茲曼常數(shù)T-----絕對溫度A-----范徳華常數(shù)e------元電荷z------絮凝劑的化合價12由上式可知：Fc1:Fc2:Fc3＝1:0.0156:0.00137即：絮凝劑的化合價對絮凝值的影響至關(guān)重要?；蟽r越高絮凝作用越強?；蟽r相同的絮凝劑對三硫化二砷膠體的絮凝值見書P123水合離子半徑越小，布朗運動頻率越大，和膠體顆粒碰撞機會越多，絮凝作用越大，絮凝值越小。注意：有機高分子除電荷中和作用外還有僑聯(lián)作用，故不適合上述結(jié)論。132.絮凝劑的分類人工合成陰離子有機高分子絮凝劑人工合成非離子有機高分子絮凝劑人工合成陽離子有機高分子絮凝劑絮凝劑無機絮凝劑有機絮凝劑無機低分子絮凝劑無機高分子絮凝劑無機陽離子絮凝劑無機陰離子絮凝劑鐵鹽無機高分子絮凝劑鋁鹽無機高分子絮凝劑天然有機高分子絮凝劑人工合成有機高分子絮凝劑14四、影響絮凝作用的因素1.pH值的影響：影響顆粒表面的帶電性。陽離子絮凝劑－酸、中性環(huán)境，陰離子絮凝劑－中、堿性環(huán)境，非離子型絮凝劑－從強酸到堿性環(huán)境使用。2.溫度的影響：20～30℃3.攪拌速度和時間的影響：40～80r/min和2～4min4.高分子絮凝劑的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的影響：線性高分子絮凝作用大于環(huán)狀或支鏈結(jié)構(gòu)。過多或過少的電荷密度都不利于絮凝作用。5.有機高分子絮凝劑的相對分子量的影響：>3萬，最好25萬以上。越大絮凝作用越好。6.絮凝劑用量的影響：隨絮凝劑增多而增大，但過量會重新形成穩(wěn)定膠體。最佳用量應以實驗確定。15五、絮凝分離技術(shù)的應用1.糖汁澄清和脫色：0.6mg/L的聚丙烯酸鈉×5min?；?～12mg/L堿化陰離子型聚丙烯酰胺。（注意：丙烯酰胺單體有毒，故此絮凝劑應慎重使用。單體含量應<0.05%；飲用水聚丙烯酰胺含量應