混凝原理課件

第一章混凝原理第一節(jié)化學(xué)處理與混凝劑第二節(jié)混凝處理可應(yīng)用的范圍第三節(jié)混凝藥劑的分類第四節(jié)膠體基本知識第五節(jié)鋁鹽鐵鹽的水解機(jī)理

第一章混凝原理1

第一節(jié)化學(xué)處理與混凝劑混凝目的：去除直徑在10-7～10-9m范圍內(nèi)的膠體物質(zhì)?；炷恚耗z體表面一般帶有負(fù)電荷，相互排斥，呈現(xiàn)出布朗運(yùn)動的特征，形成穩(wěn)定的懸浮液。如果加入膠體或者帶有正電荷的物質(zhì)，可以中和膠體表面電荷，物理吸附力（TheVanderWaalsforce）可以超過上述排斥力，從而引發(fā)膠體物質(zhì)的凝聚。

第一節(jié)化學(xué)處理與混凝劑2使用無機(jī)混凝劑的歷史可追溯到古埃及，那時，人們使用鋁鹽（用硫酸鋁，堿金屬等制備的復(fù)鹽）來處理飲用水。無機(jī)有機(jī)復(fù)合混凝劑，例如聚氯化鋁－聚二烯丙基二甲基氯化銨復(fù)合物、聚胺－聚氯化鋁復(fù)合物，他們不僅具有無機(jī)混凝劑的性能，同時絮凝效果也非常突出，可以免除后續(xù)投加高分子絮凝劑。

第一節(jié)化學(xué)處理與混凝劑

第一節(jié)化學(xué)處理與混凝劑3

研究新進(jìn)展現(xiàn)在很多研究人員都在積極研究開發(fā)復(fù)合型混凝劑或者絮凝劑，在這方面國內(nèi)的研究相當(dāng)活躍。近幾年國外已經(jīng)開始吸附型混凝劑的研究。例如在混凝劑中加入超微粉吸附劑，如粉末活性炭、硅藻土、活性黏土等，這樣，吸附劑可以與混凝劑協(xié)同作用，達(dá)到去除膠體和分子分散狀態(tài)物質(zhì)的目的。針對微污染的特點(diǎn)，現(xiàn)在開發(fā)和使用的吸附劑，包括一些絡(luò)合型吸附劑，例如去除重金屬的硫代磺酸鹽及其聚合物。

研究新進(jìn)展4

第二節(jié)混凝處理可應(yīng)用的范圍

第二節(jié)混凝處理可應(yīng)用的范圍

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顆粒大小和沉淀之間的關(guān)系粒徑（cm）近似大小自然沉淀速度cm/s沉降1m所需要的時間0.05沙10.410s0.01細(xì)沙0.424min0.001污泥（淤泥，粘土）0.00427hr0.0001（1m）細(xì)菌0.00004228d0.00001膠體0.000000428y

顆粒大小和沉淀之間的關(guān)系粒徑（cm）近似大小6

顆粒大小和沉淀之間的關(guān)系水中顆粒物質(zhì)的粒徑越大，沉淀分離的速度越快?；炷龑ξ⒓?xì)顆粒或膠體的分離主要是通過凝聚不同的顆粒，形成絮體，加快顆粒的沉淀速度。

顆粒大小和沉淀之間的關(guān)系7

第三節(jié)混凝藥劑的分類

無機(jī)混凝劑：鐵鹽和鋁鹽等有機(jī)高分子混凝劑：各種聚丙烯酰胺、聚胺等

第三節(jié)混凝藥劑的分類

8類別名稱英文名稱無機(jī)低分子硫酸鋁alum,aluminumsulfate氯化硫酸鐵ferricsulfatechloride硫酸鐵ferricsulfate硫酸亞鐵ferroussulfate氯化鐵ferricchloride無機(jī)高分子聚氯化鋁polyaluminumchloride聚硫酸鋁polyaluminumsulfate聚氯化鋁鐵polyaluminumferricchloride聚硫酸鐵polyferricsulfate聚硫酸鐵鋁polyaluminumferricsulfate聚硅氯化鋁polyaluminumsilicatechloride聚硅硫酸鋁polyaluminumsilicatesulfate聚硅氯化鋁鐵polyaluminumferricsilicatechloride聚硅硫酸鐵polyferricsilicatesulfate聚硅硫酸鋁鐵polyaluminumferricsilicatesulfate類別名稱英文名稱無機(jī)低分子硫酸鋁alum,aluminum9

混凝劑、絮凝劑的類型類別名稱英文名稱絮凝劑聚丙烯酰胺polyacrylamide表氯醇二甲胺聚胺dimethylamide-epi-chlorohydrinpolyamine聚二烯丙基二甲基氯化銨poly(dimethyldiallylammoniumchloride)丙烯酰胺-二烯丙基二甲基氯化銨共聚物acrylamide-dimethyldiallylammoniumchloridecopolymer聚丙烯酸polyacrylicacid雙氰胺－甲醛縮聚物dicyandiamide-formaldehydecondense復(fù)合混凝劑用有機(jī)高分子絮凝劑或助凝劑聚胺polyamine陽離子聚丙烯酰胺developedpolyacrylamide陽離子淀粉Modifiedcationicstarch聚二烯丙基二甲基氯化銨poly(dimethyldiallylammoniumchloride)天然高分子改性陽離子淀粉modifiedcationicstarch殼聚糖Chitosan改性木質(zhì)素微生物多糖

混凝劑、絮凝劑的類型類別名稱英文名稱絮凝劑聚丙烯酰胺p10

第四節(jié)膠體基本知識根據(jù)顆粒的大小，水和水中分布的顆粒所組成的分散體系，可分為三類:懸浮液：顆粒直徑大于10-7m，也稱粗分散體系；膠體溶液：顆粒直徑在10-9

～10-7m之間，也稱溶膠；真溶液：顆粒直徑小于10-9m。

第四節(jié)膠體基本知識11膠體分子聚合而成的膠體微粒稱為膠核，其表面吸附了某種離子而帶有電荷，從而可以吸引溶液中的異號離子(counter-ions)。這些異號離子同時受到兩種力的影響：一種是微粒表面的靜電引力，它吸引異號離子貼近微粒；另一種是異號離子本身熱運(yùn)動的擴(kuò)散作用力以及液體對其的溶劑化作用力。

第四節(jié)膠體基本知識

第四節(jié)膠體基本知識12雙電層結(jié)構(gòu)主要有貼近膠體表面的內(nèi)層和擴(kuò)散層組成。前者主要取決于吸附離子，后者取決于靜電力和無規(guī)則熱運(yùn)（randomthermalmotion）。

第四節(jié)膠體基本知識

第四節(jié)膠體基本知識13描述膠體表面電荷分布結(jié)構(gòu)的模型Helmholtz模型Gouy-Chapman模型Stern模型

第四節(jié)膠體基本知識

第四節(jié)膠體基本知識14

Helmholtz模型Helmholtz早在1879年指出雙電層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似一個平行電容器。這個模型沒能區(qū)分表面電位和電動電位后來的研究表明，根據(jù)Helmholtz模型，根本不會有雙電層之間的相對運(yùn)動發(fā)生，因?yàn)殡p電層整體是呈電中性的。

Helmholtz模型15

Gouy-Chapman模型Gouy(1910)和Chapman(1913)指出，溶液中的反離子受到兩個相反的作用力，一是靜電力；二是熱力學(xué)力。這兩個力達(dá)到平衡的時候，反離子不是規(guī)整地束縛于膠體表面，而是呈擴(kuò)散型分布的，且隨著離開表面的距離增大，反離子過剩的程度逐漸減弱，直至某個距離，反離子濃度同離子濃度相等，擴(kuò)散層內(nèi)離子分布右圖：

Gouy-Chapman模型16

Gouy-Chapman模型為了表示離子的分布，Gouy和Chapman做了如下的假設(shè)：固體表面是平板，y和z方向無限大，而且表面上的電荷分布是均勻的；離子擴(kuò)散只存在于x方向上，而且把離子作為一個質(zhì)點(diǎn)電荷來考慮，它在雙電層中應(yīng)該符合Boltzmann分布；正負(fù)離子的電荷數(shù)目相等，整個體系呈中性；溶劑的介電常數(shù)在整個擴(kuò)散層內(nèi)都是一樣的。

Gouy-Chapman模型17

Gouy-Chapman模型：是Debye長度，即擴(kuò)散層厚度。注意，擴(kuò)散層厚度在此的定義對應(yīng)距離表面的距離x＝此時對應(yīng)的電位應(yīng)是表面電位的1/e，并不是表面電位絕對值降低到零時對應(yīng)的厚度或者距離（見下圖）。為了表征的方便，我們常常稱之為雙電層厚度，一般雙電層的厚度在1納米到1000納米之間。

Gouy-Chapman模型：是Debye長度，即擴(kuò)散18

Gouy-Chapman模型擴(kuò)散層內(nèi)的電位隨著離開膠體表面的距離增大而下降，如右圖所示，下降的快慢由k的大小決定。電解質(zhì)濃度或價數(shù)的增大會使得k值增大，雙電層變薄，電位隨著離開膠體表面的距離增大而下降得更快。

Gouy-Chapman模型19

Stern模型Stern認(rèn)為，溶液中的離子不應(yīng)該是沒有體積的點(diǎn)電荷，他提出：離子是有大小的，離子中心與顆粒表面的距離不可能小于離子的半徑；離子與微粒之間除了有靜電斥力之外，應(yīng)該還有VanderWaals引力。

Stern模型20

Stern模型Stern將Gouy-Chapman模型中的擴(kuò)散層分成了兩個部分：靠近膠體表面的一、兩個分子厚的區(qū)域內(nèi)，反離子由于受到強(qiáng)烈的靜電引力，與膠體表面緊密地結(jié)合在一起，構(gòu)成所謂的“Stern”層。在“Stern”層外，才是所謂的離子擴(kuò)散分布的擴(kuò)散層。

Stern模型21

Stern模型：

Stern層內(nèi)電位變化的情況與Helmholtz平板模型中相似，由表面處的電位下降到Stern層，Stern層的電位稱為Stern電位，擴(kuò)散層中的電位符合Gouy-Chapman模型，從Stern電位降到零。電動電位就是固液相對移動時，滑動面與溶液本體的電位差。由于滑動面略比Stern層靠外，因此電動電位稍低于Stern電位（見右圖）。ζ電位相同的情況下，表面電位不一定相同。

Stern模型：22

混凝過程混凝過程：是改變分散在水中膠體表面電荷性質(zhì)，使之發(fā)生凝聚的過程，它是絮凝的第一步（Coagulation:aprocessthataltersthesurfacechargeondispersedcolloidalparticlesinaliquidsothattheyareabletoagglomerate;thefirststageinflocformation）。混凝過程：通過加入聚電解質(zhì)或者利用生物的方法，是分散在水體中細(xì)小顆粒脫穩(wěn)并發(fā)生初步聚集的過程（Coagulation:Thedestablizationandinitialaggregationoffinelydividedsuspendedsolidsbytheadditionofapolyelectrolyteorabiologicalprocess）?；炷^程：在廢水中小顆粒聚集形成大塊絮體，將水體中雜質(zhì)沉淀出來的方法，混凝過程通常通過加入化學(xué)品的方法實(shí)施，例如可以加入石灰、硫酸鋁或者鐵鹽。（Coagulation:Clumpingofparticlesinwastewatertosettleoutimpurities,ofteninducedbychemicalssuchaslime,alum,andironsalts）

混凝過程23

絮凝過程絮凝過程：凝聚的顆粒聚集形成絮體的過程，借助生物、化學(xué)或者生物的方法，可以通過沉淀或者氣浮的方法將絮體分離出來（Flocculation:theagglomerationofcoagulatedparticlestoformaflocwhichcansettleorfloat;maybeassistedbybiological,chemicalormechanicalmeans）。絮凝過程：輕微攪拌，使顆粒加速聚集、增強(qiáng)沉淀或者氣浮的過程。（Flocculation:Gentlestirringoragitationtoacceleratetheagglomerationofparticlestoenhancesedimentationorflotation.）絮凝過程：通過生物或者化學(xué)作用，使水體或者廢水中顆粒聚集，從而加速其分離的過程（Flocculation:Processbywhichclumpsofsolidsinwaterorsewageaggregatethroughbiologicalorchemicalactionsotheycanbeseparatedfromwaterorsewage）。

絮凝過程24

Stern模型

Stern模型25

DLVO理論上世紀(jì)30年代Deryagin與Landau合作，Verwey與Overbeek合作，各自獨(dú)立完成了憎液溶膠（lyophobicsols）的穩(wěn)定性理論，簡稱為DLVO理論。該理論對電解質(zhì)與膠體穩(wěn)定性的相關(guān)性做出了定量的描述。

DLVO理論26

DLVO理論根據(jù)這一理論，膠體之間的作用力ψ(d)包括靜電排斥力（下式第一項(xiàng)）和VanderWaals引力（下式第二項(xiàng)）構(gòu)成。式中A為Hamaker常數(shù)。對于氧化物A為2~4×10-20。

DLVO理論式中A為Hamaker常數(shù)。對于氧化物A27

DLVO理論VanderWaals吸引作用通常是指以下三種相互作用：（1）兩個永久偶極子之間的相互作用；（2）永久偶極子與誘導(dǎo)偶極子之間的相互作用；（3）分子之間的色散力的相互作用。式中，A是Hamaker常數(shù)；d是膠粒之間的距離；Rs是顆粒的粒徑。

DLVO理論式中，A是Hamaker常數(shù)；d是膠粒之28

DLVO理論VanderWaals引力和固液界面的雙電層斥力同時存在于膠體上，它們之間的相互作用能可以用圖1-8較直觀地描述。圖中所示，正的合能，即能壘，會造成顆粒之間相互排斥，而負(fù)的合能則造成顆粒互相吸引，導(dǎo)致體系的不穩(wěn)定。在水處理中，就是要通過使用不同措施，克服能壘，使得膠體脫穩(wěn)，從而達(dá)到將這些懸浮顆粒去除的目的。圖1-8顆粒間總的相互作用能圖示

DLVO理論VanderWaals引力和固液界面29

DLVO理論膠體表面電位與穩(wěn)定性關(guān)系穩(wěn)定性平均膠體表面電位(mv)穩(wěn)定性極佳–100到–60mv穩(wěn)定性較佳–60到–40mv穩(wěn)定性適中–40到–30mv輕度分散–30到–15mv凝聚–15到–10mv強(qiáng)烈凝聚或沉淀–5到+5mv

DLVO理論膠體表面電位與穩(wěn)定性關(guān)系平均膠體表面電位30

DLVO理論膠體的穩(wěn)定性與膠體表面電荷有密切關(guān)系。表1-4列出了去除天然水體中膠體的ζ電位控制范圍。表面電位或電荷密度受溶液中電解質(zhì)影響的規(guī)律基本遵守SchulzeHardy規(guī)則。對于同樣的膠體溶液，最小混凝劑投加量（聚沉值）遵循下列比值關(guān)系，Na+:Ca2+:Al3+＝1:10:1000（摩爾比）。這也是我們水處理過程中選擇高價鐵鹽和鋁鹽的原因。

DLVO理論31

DLVO理論

對氧化鋁膠體，H+離子可決定ζ電位，因此膠體表面ζ電位由pH值決定。右圖為氧化鋁膠體表面ζ電位與pH值關(guān)系，ζ電位隨pH值的升高而降低，當(dāng)pH為9.5時達(dá)到等電點(diǎn)（IsoelectricPoint，簡稱IEP）。ζ電位受表面電位和溶液電解質(zhì)濃度的影響。ζ電位相同的情況下，表面電位不一定相同。雙電層厚度計(jì)算公式：-1=[kT/2n0z2e2]1/2（式1-18）式中，-1：雙電層厚度，單位納米；：水的介電常數(shù)；k：波爾茲曼常數(shù)；T：絕對溫度，單位K；n0：單位體積內(nèi)電解質(zhì)粒子數(shù)；z：離子帶電數(shù)；e：單位電荷量

DLVO理論雙電層厚度計(jì)算公式：32

第五節(jié)鋁鹽的水解機(jī)理Al3+和Fe3+可以與六個水分子發(fā)生配合反應(yīng)形成正八面體結(jié)構(gòu)，例如Al(H2O)63+。為了表示方便往往省略掉水化層（hydrationshell），只表示金屬離子和氫氧根：Al3+→Al(OH)2+→Al(OH)2+→Al(OH)3→Al(OH)4-，水解常數(shù)可通過如下的過程來確定：

第五節(jié)鋁鹽的水解機(jī)理33

鋁鹽的水解機(jī)理K1

（式1）K2

（式2）K3

（式3）K4

（式4）

K5

（式5）

鋁鹽的水解機(jī)理K1（式1）K34

鋁鹽的水解機(jī)理一般認(rèn)為鋁的水解常數(shù)范圍比鐵的要窄，這主要是由水合分子數(shù)目不同而引起的。水解過程中鋁的配位數(shù)由6下降到4，而鐵的配位數(shù)始終為6。表1-5Al3+和Fe3+的水解及溶解度常數(shù)（25℃，離子強(qiáng)度為0）

pK1pK2pK3PK4pKSamAl3+4.955.66.75.631.5Fe3+2.23.561038

鋁鹽的水解機(jī)理表1-5Al3+和Fe3+的水解及溶35

鋁鹽的水解機(jī)理從圖1-10我們可以看出，在鋁鹽溶液中主要離子種類由Al3+變化到Al(OH)4-，pH范圍變化只有1個單位。而對于水合鐵離子，由Fe(OH)2+

變化到Fe(OH)3卻跨越了8個pH單位。右圖：溶解態(tài)水合鐵離子和水合鋁離子與無定型氫氧化物的平衡（FeT

和AlT分別為溶解態(tài)總鐵和總鋁量）

鋁鹽的水解機(jī)理右圖：溶解態(tài)水合鐵離子和水合鋁離子與無定36

鋁鹽的水解機(jī)理在飲用水處理中，混凝劑去除天然有機(jī)質(zhì)（Naturalorganicmatter，簡稱NOM）和膠體顆粒的機(jī)理主要包括網(wǎng)捕、吸附、電中和、脫穩(wěn)、絡(luò)合、沉淀等途徑。覆蓋的羧基可釋放氫離子，因此天然水體中膠體都帶負(fù)電荷。膠體表面電位會隨溶液pH值變化。在細(xì)菌顆粒和吸附細(xì)菌的膠體表面電位也會有類似現(xiàn)象。羥基和羧基在粘土顆粒和細(xì)菌顆粒上的電化學(xué)行為見圖1-12(a)和1-12(b)。在大多數(shù)天然水體的pH值條件下，這些顆粒帶有負(fù)表面電荷，一般在0.1～1μeq/mg。右圖：羥基在粘土顆粒(a)和細(xì)菌顆粒(b)上的電化學(xué)行為

鋁鹽的水解機(jī)理右圖：羥基在粘土顆粒(a)和37

鋁鹽的水解機(jī)理鋁鹽作為混凝劑的時候，溶液的pH值對于它的混凝過程起著很重要的作用。當(dāng)pH值在4-5之間的時候，鋁鹽以陽離子形式存在，例如Al3+、Al(OH)2+、Al8(OH)204+。當(dāng)pH值在6-8之間的時候，鋁以負(fù)離子的形式出現(xiàn)，比如Al(OH)4-，會出現(xiàn)最佳卷掃和最佳卷掃混凝區(qū)。最佳卷掃混凝區(qū)的范圍是，鋁礬的投加量為20－50mg/L，pH值為6.8-8.2，在這個范圍內(nèi)，可以用最低的混凝劑投加量產(chǎn)生最佳的混凝沉降效果。

鋁鹽的水解機(jī)理38

硫酸鋁的絮凝機(jī)理及其與zeta電勢的關(guān)系

硫酸鋁的絮凝機(jī)理及其與zeta電勢的關(guān)系

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混凝過程混凝過程：是改變分散在水中膠體表面電荷性質(zhì)，使之發(fā)生凝聚的過程，它是絮凝的第一步（Coagulation:aprocessthataltersthesurfacechargeondispersedcolloidalparticlesinaliquidsothattheyareabletoagglomerate;thefirststageinflocformation）?；炷^程：通過加入聚電解質(zhì)或者利用生物的方法，是分散在水體中細(xì)小顆粒脫穩(wěn)并發(fā)生初步聚集的過程（Coagulation:Thedestablizationandinitialaggregationoffinelydividedsuspendedsolidsbytheadditionofapolyelectrolyteorabiologicalprocess）?；炷^程：在廢水中小顆粒聚集形成大塊絮體，將水體中雜質(zhì)沉淀出來的方法，混凝過程通常通過加入化學(xué)品的方法實(shí)施，例如可以加入石灰、硫酸鋁或者鐵鹽。（Coagulation:Clumpingofparticlesinwastewatertosettleoutimpurities,ofteninducedbychemicalssuchaslime,alum,andironsalts）

混凝過程40

絮凝過程絮凝過程：凝聚的顆粒聚集形成絮體的過程，借助生物、化學(xué)或者生物的方法，可以通過沉淀或者氣浮的方法將絮體分離出來（Flocculation:theagglomerationofcoagulatedparticlestoformaflocwhichcansettleorfloat;maybeassistedbybiological,chemicalormechanicalmeans）。絮凝過程：輕微攪拌，使顆粒加速聚集、增強(qiáng)沉淀或者氣浮的過程。（Flocculation:Gentlestirringoragitationtoacceleratetheagglomerationofparticlestoenhancesedimentationorflotation.）絮凝過程：通過生物或者化學(xué)作用，使水體或者廢水中顆粒聚集，從而加速其分離的過程（Flocculation:Processbywhichclumpsofsolidsinwaterorsewageaggregatethroughbiologicalorchemicalactionsotheycanbeseparatedfromwaterorsewage）。

絮凝過程41

絮凝的必要性顆粒間排斥力的來源主要有兩個方面：水分子吸附到顆粒表面，形成溶劑層，導(dǎo)致粒子間相互排斥。電荷作用-所有的顆粒表面帶有電荷，其狀態(tài)和強(qiáng)度取決于表面性質(zhì)和水體懸浮介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。一般來說，懸浮顆粒物在pH為4或者更高時帶負(fù)電。右圖：A曲線表示引力；B曲線表示排斥力；S曲線表示兩種作用力的總和，其實(shí)也表示兩個顆粒相互靠近時的電能曲線。

絮凝的必要性右圖：A曲線表示引力；B曲線表示排斥力；42

絮凝的必要性排斥力不僅阻止了顆粒的聚集，還保持了顆粒處于連續(xù)運(yùn)動狀態(tài)從而阻止了沉淀發(fā)生。小顆粒的電荷排斥作用很明顯的原因是其面積/質(zhì)量和電荷/質(zhì)量非常大。

右圖：每個顆粒表面都帶有電荷，其電荷密度和強(qiáng)度取決于顆粒的表面性質(zhì)和水體懸浮介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)（上圖：表面金屬或者氫離子電離進(jìn)入水體后，表面帶有更多的負(fù)電荷，下圖水體中陽離子被吸附到膠體表面，使膠體帶有更多的正電荷）

絮凝的必要性右圖：每個顆粒表面都帶有電荷，其電荷43

絮凝主要機(jī)理

顆粒間碰撞機(jī)理當(dāng)顆粒間距離足夠近時（10納米或者更低），范德華力超過了排斥力。攪拌懸浮顆粒物導(dǎo)致顆粒間距離減少甚至碰撞現(xiàn)象發(fā)生，從而絮凝（混凝）過程發(fā)生。因?yàn)轭w粒間的結(jié)合力很弱，過量的攪拌會導(dǎo)致絮體受到破壞，因而合適的攪拌程度是必須的。顯然，上述只能形成一定限度的絮凝過程。表面電荷降低機(jī)理表面電荷降低減弱了排斥力并促進(jìn)了混凝過程的進(jìn)行。通過添加與顆粒表面不同電荷的試劑進(jìn)行電性中和，無機(jī)鹽如NaCl，CaCl2，Al2（SO4）3等等，其可以提供Na+，Ca2+，Al3+。高價態(tài)的陽離子對絮凝過程比較有效，實(shí)際中從效能和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，主要應(yīng)用含有Al3+和Fe3+鹽。

絮凝主要機(jī)理

44

絮凝主要機(jī)理在顆粒間碰撞機(jī)理和表面電荷降低機(jī)理的基礎(chǔ)上，絮凝劑的作用實(shí)際是對小的脫穩(wěn)后的凝聚體起到架橋作用，使之進(jìn)一步成長為大的凝聚體或者絮體。目前常用的絮凝劑主要是以聚丙烯酰胺為主的陰離子、陽離子、非離子和兩性產(chǎn)品。

絮凝主要機(jī)理45

絮凝主要機(jī)理聚丙烯酰胺是非離子型的，在與其他單體聚合時形成離子型。天然水體中大多數(shù)懸浮顆粒帶負(fù)電荷，因此陽離子電解質(zhì)為最佳絮凝劑。一般來講，絮凝劑分子量越高，絮凝效果越好，沉淀速率越快，但是在旋轉(zhuǎn)真空過濾時，分子量越低，效率越高。

右圖：絕大多數(shù)聚合物具有丙烯酰胺及其衍生物的重復(fù)單元

絮凝主要機(jī)理右圖：絕大多數(shù)聚合物具有丙烯酰胺46

絮凝主要機(jī)理絮體的形成機(jī)理，有許多不同的假設(shè)，但極少數(shù)假設(shè)得到實(shí)驗(yàn)支持。在絮體形成中起重要作用的一種可能性是通過吸附帶電荷的高聚物降低了zeta電位，范德華引力使顆粒之間相互靠近。另一種可能性是高聚物同時在兩端吸附顆粒。吸附過程進(jìn)一步發(fā)生，加之高聚物分子收縮后，使顆粒間的距離減小。見下圖這個理論似乎并不恰當(dāng)，因?yàn)楦呔畚锓肿硬⒎蔷€性的，其末端不一定能夠結(jié)合顆粒。一種假設(shè)是聚合物兩端同時連接顆粒另外假設(shè)認(rèn)為聚合物與顆粒表面多點(diǎn)接觸形成封閉的圈，使各顆粒相連

絮凝主要機(jī)理一種假設(shè)是聚合物兩端同時連接顆粒另外假設(shè)47

絮凝主要機(jī)理天然架橋聚合物天然高分子物，例如淀粉、果膠、藻酸鹽可作為絮凝劑，但是分子量一般低于人工合成的聚合物，并且絮凝效果較差。聚糖（淀粉，糊精）在中性或微堿性水體中效果較好。有機(jī)膠體（凝膠、蛋白、干酪素等），其由大分子聚合而成，在酸性溶液中效果較好。天然高分子的最大缺陷在于投加量高、溶解性差、性質(zhì)易變化、沉淀泥漿存儲過程中的絮體強(qiáng)度會發(fā)生變化，但可以通過化學(xué)改性得到陰離子或陽離子聚合物。天然高分子主要通過氫健發(fā)揮絮凝作用，因此對于膠體離子特征、zeta電位沒有特定要求。

絮凝主要機(jī)理48

絮凝過程的影響因素聚合物投加量絮凝過程中的剪切作用影響顆粒尺寸泥漿密度分子量pH值溫度

絮凝過程的影響因素49

聚合物投加量根據(jù)前面膠體表面電荷分布分析，在絮凝過程中我們希望聚合物通過鏈段發(fā)生吸附，這樣可以提供更多的有效吸附點(diǎn)，最大程度發(fā)揮絮凝架橋作用。實(shí)際投加過程中仍然要控制不能超過絮凝劑的最近投加量，即達(dá)到架橋、沉淀，而非包裹的狀態(tài)。最佳投加量應(yīng)該是在實(shí)驗(yàn)條件下達(dá)到最佳吸附和最大去除膠體效率時的最大投加量。超過此值絮凝效果會降低。

聚合物投加量50

絮凝過程中的剪切作用影響絮凝劑在使用過程中一般配成0.1-0.5%的水溶液，在溶解過程中無論采用機(jī)械攪拌還是空氣攪拌都會有一定程度的降解。在投加到處理水體后，如果攪拌強(qiáng)度過大會發(fā)生絮體破碎，絮體很難重新形成。假如絮體是在加入超過最佳投加量絮凝劑的