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混凝处理胶体的脱稳和凝聚

日期:2018/1/26 15:15:37 来源:巩义市大千净化材料有限公司

胶体的脱稳和凝聚

    胶体因ζ电位降低或消除,从而失去稳定性的过程称为脱稳(Destabilization)。脱稳的胶粒相互聚集为微絮粒的过程称为凝聚。不同的化学药剂能使胶体以不同的方式脱稳和凝聚。按机理,脱稳和凝聚可分为压缩双电层、电性中和、吸附桥连和网罗卷带4种。

    1. 压缩双电层

    压缩双电层(Electronic Double-layer Compression)是指在胶体分散系中投加能产生高价反离子的活性电解质,通过增大溶液中的反离子强度来减小扩散层厚度,从而使ζ电位降低的过程。该过程的实质是新增的反离子与扩散层内原有反离子之间的静电斥力把原有反离子程度不同地挤压到吸附层中,从而使扩散层减薄。

    如果从胶体间相互作用势能的角度进行分析,那末在胶粒间存在静电斥力的同时,总是存在着范德华引力,两种力的作用强度可分别用排斥势能和吸引势能来表述。胶体的视在稳定性就取决于上述两种势能中何者占主导地位。

    理论分析说明,排斥势能和吸引势能都随与胶粒中心距的缩小而增大,不同的是吸引势能的变化幅度要比排斥势能陡峭,而且与溶液中的反离子强度无关,而排斥势能则能与反离子强度紧密相关。因此,对一种特定胶体只有一种吸引势能曲线,但随反离子强度的不同而有多种排斥势能曲线。

    2. 电性中和

    当投加的电解质为铁盐、铝盐时,它们能在一定条件下离解和水解,生成各种络离子,如[Al(H2O)6]3+、[Al(OH)(H2O)5]2+、[Al2(OH) 2(H2O)8]4+和[Al3(OH) 5(H2O)9]4+等。这些络离子不但能压缩双电层,而且能够通过胶核外围的反离子层进入固液界面,并中和电位离子所带电荷,使Ψ电位降低,ζ电位也随之减小,达到胶粒的脱稳和凝聚,这就是电性中和(Charge Neutralization)。显然,其结果与压缩双电层相同,但作用机理是不同的。

    3. 吸附桥联

    如果投加的药剂是水溶性链状高分子聚合物并具有能与胶粒和细微悬浮物发生吸附的活性部位,那末它就能通过静电引力、范德华引力和氢键力等,将微粒搭桥联结为一个个絮凝体(俗称矾花)。这种作用就称为吸附桥联(Adsorption Bridging)。聚合物的链状分子在其中起了桥梁和纽带的作用。

    吸附桥梁的凝聚模式如下图。显然,在吸附桥联形成絮凝体的过程中,胶粒和细微悬浮物并不一定要脱稳,也无需直接接触,ζ电位的大小也不起决定作用。但聚合物的加入量及搅抖强度和搅拌时间必须严格控制,如果加入量过多,一开始微粒就被若干个高分子链包围,微粒再没有空白部位去吸附其它的高分子链,结果形成了无吸附部位的稳定颗粒。如果搅拌强度过大或时间过长,桥联就会断裂,絮凝体破碎,并形成二次吸附再稳颗粒。

高分子絮凝剂对微粒的吸附桥联模式.jpg

对高分子混凝剂特别是有机高分子混凝剂如聚丙烯酰胺来说,吸附架桥起决定性作用,而对于无机盐混凝剂涞水,吸附架桥作用和双电层作用均具有重要作用。

    4. 网罗卷带

    网罗卷带也称网捕(Sweep Flocculation)。当用铁、铝盐等高价金属盐类作混凝剂,而且其投加量和介质条件足以使它们迅速生成难溶性氢氧化物时,沉淀就能把胶粒或细微悬浮物作为晶核或吸附质而将其一起除去。

    在实际水处理中,上述各种机理往往同时或交叉发挥作用,只是依条件的不同而以其中的某一种起主导作用而已。

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