水处理使用混凝及的作用机理是复杂的物理、化学过程。关于混凝机理,一般认为是凝聚和絮凝两个作用过程。凝聚是指胶体颗粒脱稳并形成细小的凝聚体的过程;絮凝仄纸胶体脱稳后聚结成大颗粒絮体的过程。絮凝是瞬时的,只需将化学药剂扩散到全部水中的时间即可;絮凝则与絮聚作用不同,他需要一定的时间去完成,但一般情况下两者很难区分,因此把能起絮聚和絮凝作用的药剂称为絮凝剂。
目前广泛认可的混凝剂的主要机理有以下四种:
一、双电层压缩机里
所谓压缩双电层是指向胶体分散系中投加可生产高价反离子的电解质,通过增大溶液中反离子浓度,降低扩散层厚度,使胶体离子的电位降低的过程。胶体结构中,胶粒表面的反离子浓度有理想外逐渐降低,直至与溶液中的离子浓度相平衡。当向溶液中投加无机絮凝剂时,溶液中离子浓度增大,扩散层的厚度将减少。由于扩散层厚度的减少,电位相应降低,胶粒间的相互排斥力相应减小,并且由于距离靠近使得吸引力增加,此时吸引力占优势,总势能下降为负值。
根据压缩双电层的机理,无论溶液中的电解质浓度有多高,其作用只是使扩散厚度变薄而已,不会有超额的反离子进入扩散层,既不可能出现胶粒改变电性而使其重新稳定的情况。这是由于该理论单纯从静电作用和van der Waals引力作用来说明电解质对胶体的脱稳作用,没有考虑电解质尤其是高价金属离子的水解产物与颗粒间的其它专属作用,因此他不能解释混凝过程某些复杂的现象。例如,以三价铝盐或铁盐做混凝剂,当药剂投加量过多时,凝剂效果反而下降,甚至从新稳定。向水溶液中投加混凝剂时胶粒脱稳的过程涉及胶粒-混凝剂、胶粒-水溶液、混凝剂-水溶液间三方面的相互综合作用。为此,又提出了其他几种混凝机理。
二、吸附电中和作用机理
所谓“吸附电中和作用”,又称“转性吸附作用”,是指非静电性质的作用,包括化学键合、表面络合、疏水缔合、氢键作用甚至van der Waals作用等。当反离子能与胶粒表面发生“吸附电中和作用”时,会使粒子的的表面电荷的到中和,同时引起电位降低,通过吸附电中作用造成电荷表面减少与通过压缩双电层使价电子减少的过程机理是不同。
在加入过量无机混凝剂电解质时,常常发生表面电荷变号的现象,这是吸附电中和作用最明显的证据。在吸附电中和作用最明显的证据。在吸附电中和作用发生的初期,静电吸引起了促进作用;但是当表面电荷变号后,异号离子的进一步吸附是在克服静电排斥下发生的,这证明存在着某种更强的特性吸附作用。
吸附电中和作用对胶体稳定性的影响实际上是通过对表面电荷的影响而发生的,当足够数量的异号离子由于吸附电中和作用而吸附在胶体或 颗粒表面上时,可以使离子电荷减少到某个临界值,这时静电斥力不足以阻止胶体与微粒间的接触,于是发生凝聚。异号离子的进一步吸附不但会使粒子表面电荷变号,并有可能使表面电位变得足够高,以致引起胶体的中心稳定。铝盐或铁盐投加量高时发生在稳现象以及带来电荷变号的现象用吸附电中和的机理解释很合适的。
三、吸附架桥作用机理
吸附架桥也叫吸附侨联,是指在悬浮液中加入链状高分子化合物,由于其架桥作用而使悬浮液中的胶体离子脱稳的现象。例如,加入聚丙烯酰胺可实现吸附架桥絮凝。
四、卷扫机理
想废水中加入含金属离子的化学絮凝剂,当药剂投加量和溶液介质的条件足使金属离子迅速声称金属氢氧化物沉淀或金属碳酸盐沉淀时,所生成的难容分子就会以胶粒或细微悬浮物作为晶核形成沉淀物,或是对其产生吸附作用,从而实现对水中胶粒或细微悬浮物的网铺。
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