絮凝剂的絮凝原理

絮凝沉降(或浮上) 进行固液分离的方法是目前水处理技术中重要的分离方法之一, 采用水溶液高聚物为絮凝剂来处理工业废水、 生活废水、 工业给水、 循环冷却水、 民用水时, 具有促进水质澄清, 加快沉降污泥的过滤速度, 减少泥渣数量和滤饼便于处置等优点. 絮凝剂按化学成分的不同, 分为无机絮凝剂、 有机絮凝剂。

1      絮凝剂絮凝原理

絮凝剂的絮凝原理可分为化学絮凝和物理絮凝两种. 前者假设粒子以明确的化学结构凝集,并由于彼此的化学反应造成胶质粒子的不稳定状态. 后者则是由于存在双电层及某些物理因素, 当加入与胶体粒子具有不同电性的离子溶液时, 会发生凝结作用. 当发生凝结作用时, 胶体粒子必失去稳定作用或发生电性中和, 不稳定的胶体粒子再互相碰撞而形成较大的颗粒.当加入絮凝剂时, 它会离子化, 并与离子表面形成价键。

为克服离子彼此间的排斥力, 絮凝剂会由于搅拌及布朗运动而使得粒子间产生碰撞, 当粒子逐渐接近时, 氢键及范德华力促使粒子结成更大的颗粒. 碰撞一旦开始, 粒子便经由不同的物理化学作用而开始凝集, 较大颗粒粒子从水中分离而沉降。

2 无机絮凝剂

无机絮凝剂主要是依靠中和粒子上的电荷而凝聚, 故常常被称为凝聚剂。

2. 1 无机低分子絮凝剂

无机低分子絮凝剂有氯化铝、 硫酸亚铁、 氯化铁, 用于干法或湿法直接投入水处理设施中, 其优点就是较经济, 但它们在水处理过程中存在较大的问题. 其聚合速度慢, 形成的絮状物小, 腐蚀性强, 在某些场合净水效果不理想, 而逐渐被无机高分子絮凝剂所取代。

2. 2 无机高分子絮凝剂

无机高分子絮凝剂是一类新的水处理剂, 它与传统的絮凝剂比较效能更优异, 且比有机高分子絮凝剂价格低廉, 而被广泛用于给水、 工业废水以及城市污水的各种流程, 逐渐成为主流絮凝剂。

无机高分子絮凝剂能强烈吸引胶体微粒, 通过黏附、 架桥和交联作用, 促进胶体凝聚, 同时还发生物理化学变化, 中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷, 降低了 ξ 电位, 从而使胶体离子发生互相吸引作用, 破坏了胶团的稳定性. 促进胶体微粒碰撞, 形成了 絮状沉淀. 无机高分子絮凝剂既有吸附脱稳作用, 又可发挥桥联和卷扫絮凝作用.活性硅酸类絮凝剂。 

活性硅酸也是一种重要的无机高分子絮凝剂,它来源广、 价格低廉、 无毒、 且絮凝、 助凝效果好,尤其对于低温低浊水的混凝处理这一净水处理中的难题有着显著的特性[4],在国内外引起足够重视。 但由于易

自行缩聚析出凝胶而失活只能现用现配;另外,在生产中很难精确控制其聚合度,难以达到最佳絮凝效果,限制了 其应用。 

所以应用效果较好的多为改性产品,诸如改性活化硅酸、 聚硅酸硫酸铝(Ｐ Ｓ ＡＡ)[5],Ｐ Ｓ ＡＭ等等。 究其机理,大都是在活性硅酸中加入一定量高价金属离子,使其组分带正电荷,控制其聚合度、 电荷密度,保证

其同时具有电中和作用和吸附架桥作用,从而克服活性硅酸自身弱点,大大提高絮凝效果。 复合絮凝剂。 

近年来,复合  絮凝剂的研制成为热点。 复合絮凝剂按化学成分分为无机复合型、 有机复合型、有机无机复合型三大类。 无机复合絮凝剂成分较多,主要原料有铝盐、 铁盐和硅酸盐。 国外先后研制开发出聚合铝铁、 铝硅、 硅铝、 硅铁以及聚合铝/铁与活性致混物质等复合絮凝剂。 有机无机复合絮凝剂以品种多样和性能多元化占主导地位。 作用机理主要与协同作用相关。 无机高分子成分吸附杂质和悬浮微粒,使形成颗粒并逐渐增大;而有机高分子成分通过自身的桥联作用,利用吸附在有机高分子上的活性基团产生网捕作用,网捕其它杂质颗粒一同下沉。 同时,无机盐的存在使污染物表面电荷中和,促进有机高分子的絮凝作用,大大提高絮凝效果。 

我国无机高分子絮凝剂的生产和应用已取得长足进展,最具有代表性的聚合氯化铝和聚合硫酸铁的研究,已居世界前列。聚合铝类絮凝剂（如聚合氯化铝， 硫酸铝等）。 聚合铝水解产生高价离子,形成各种类型的羟基多核络合物。它们通过羰基式桥联作用,处于亚稳定状态。 而ＯＨ-与Ａｌ3+的比值[2](一般称盐基度或碱基度)对絮凝效果影响很大。 通常盐基度越高,絮凝效果越强,但过高则本身易生成难溶的氢氧化铝沉淀,导致絮凝效果降低。 研究表明,盐基度在 75%-85%时最佳,此时絮凝体产生快,颗粒大而重,沉淀性能好。 

聚合铝具有投药量少、 沉降速度快、 颗粒密实、 除浊、 除色效果明显等特点。 在工业水处理中得到广泛的应用[3]。 值得注意的是铝,尤其是活性铝,毒性较大,同时聚合铝制备方法不完善,致使较多水解铝的微细颗粒存在于溶液中,这在一定程度上限制了聚合铝的使用。通过改善混凝反应条件,延长慢速混凝时间,能有效降低水中铝的含量。

聚合铁类絮凝剂（如聚合硫酸铁等）。 

聚合铁是另一新型无机絮凝剂,絮凝机理与聚合铝类似。 其主要类型有聚硫酸铁、 聚氯化铁、 聚氯化硫酸铁等等。 聚氯化硫酸铁除具有铝盐类无机高分子絮凝剂特点外,还具有价格低、ｐ Ｈ值适用范围宽等特点。 但是总体来说,聚合铁需要较低的盐基度,一般须将Ｏ Ｈ-/Ｆ ｅ 3+比值控制在 8%～15%。超出此范围,铁水解反应突变,从高价聚合态羟基络离子转化成低价聚合态胶凝产物。 且聚合铁产品稳定性差,聚合几个小时至一周内即转向沉淀,絮凝效果降低,故其用量远不及聚合。