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技术干货丨混凝和絮凝?混凝剂和絮凝剂到底有什么区别?

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混凝和絮凝的区别


混凝过程是指在被处理的水中加人混凝剂后经过混合搅拌,使水中胶体颗粒脱稳,此处理方法称为凝聚。进一步经絮凝搅拌,使脱稳的胶体颗粒又和其他微粒结成絮体,此物理化学过程的处理方法称为絮凝。

混凝VS絮凝?

混凝=凝聚+絮凝,即絮凝是混凝的一个步骤。

那么混凝剂就是絮凝剂吗?

非也。


药剂按在混凝过程中所起的作用可分为凝聚剂和絮凝剂两类,此两类药剂分别在混凝过程中起脱稳和结成絮体的作用,总称为混凝剂。

也就是说,凝聚是在投加药剂后,溶胶微粒由于电中和而使胶体颗粒脱稳而达到聚集的。例如,加无机金属盐时,溶胶微粒的扩散层被压缩到一定程度,此时布朗运动的能级超过微粒间被降低的综合势能,微粒可以相互靠近,聚集到一起而达到凝聚。


在某些情况下,微粒达到相互聚集时,也许并未达到电中和脱稳,这种聚集即为絮凝。例如,向溶液中加人少量高分子物质,溶胶微粒和高分子间会发生相互作用。开始时个高分子的链状物吸附在一个微粒表面上,该分子未被吸附的端就伸到溶液中去。这些伸展的分子链节又会被其他微粒所吸附,形成一个高分子链状物同时吸附在两个以上微粒表面的情况,就是靠这种架桥作用构成某种聚集体而达到絮凝的。



1
混凝剂的作用


定义

混凝剂通常是铁、铝的无机盐或低分子、高分子聚合物。混凝剂在水中经过电离、水解形成胶体,在吸附和聚沉等许多过程的作用下,Z后使胶体和悬浮物除去。

市场上有许多混凝剂,现以典型的硫酸铝[ Al2(SO4)3 ] 说明混凝过程如下:

硫酸铝的电离            Al2(SO4)3→2Al3++3SO42+

当pH>4时,Al3+的水解逐渐增多,Al3++H2O→Al(OH)2++H+,并开始发生羟基桥联反应,如Al(OH)2+→[Al2(OH)2]4+生成双核络合物,再进步发生羟基桥联还可生成更高级的多核羟基络合物,可见铝基在水中产生一系列的水解产物,因而它们可以由不同的形态发挥三方面的作用:


(1)脱稳凝聚。低聚合度高电荷的多核羟基络合物对胶体杂质具有大的吸附能力,因而可以发挥电中和作用及压缩双电层的作用。


(2)架桥絮凝。高聚合度低电荷的无机高分子及凝胶状化合物在胶体杂质间的黏结架桥作用。


(3)吸附卷扫。氢氧化物沉淀物生成微小凝絮,可吸附、卷带胶体杂质从水中分离。




2
常用的凝聚剂和使用条件


影响混凝效果的因素有天然水的pH值、凝聚剂用量、水温度、混合速度等。

1.铝盐

常用的典型铝盐有Al2(SO4)3·18H2O,无机聚合物有聚合铝(PAC)等。铝盐是两性化合物,pH值过高或过低都会促其溶解,使残留铝量增加。水中含铝和铁造成的影响是一样的, 是反渗透给水处理要十分注意的。

pH<5时,Al(OH)3+3H+→Al3++3H2O

pH>7.5时,Al(OH)3+3OH-→AlO2-+2H2O

在pH=6.5~6.7时,Al(OH)3溶解度Z低。当pH>9时,Al(OH)3溶解度迅速增大。


铝盐作为混凝剂的特性是:

(1)由两性化合物组成的胶体,其 ζ 电位和等电点(其 ζ 电位为0的那一点) 主要决定于水的pH值。ζ 电位愈接近于0,胶体间的斥力愈弱,凝聚速度愈快。氢氧化铝和天然水中的胶体,如腐殖质、黏土都具有两性,因而pH值是影响凝聚速度的重要因素。

(2)铝盐在水中形成氢氧化铝胶体粒子之后,受pH值影响。在8>pH>5时, 胶体带正电荷;当pH<5时,因吸附水中SO42+为外层扩散层离子而带负电荷;而当pH值为8左右时,它以中性胶粒存在,Z易沉淀下来。


以铝盐作混凝剂时,Z优的pH值一般为6.5~8.0。其一般规律是当混凝剂加人量较小时,此时氢氧化铝胶体所带正电荷量较大,有利于中和自然胶体的负电荷(降低其ζ电位),水中自然胶体主要靠其本身的凝聚而析出。当混凝剂加入量较多时,主要靠混凝剂本身所形成的大量氢氧化铝胶体的絮凝胶体呈中性(pH 值在8左右)并因其吸附作用而将水中的悬浮物和自然胶体一同沉淀下来。


原理及分类


硫酸铝是19世纪用于给水处理的。由于它的投量大,会降低出水的pH值,在低浊、低温和高浊下效果不够理想。早在30年代,德、日、美等国就发现了聚铝的高效无机高分子凝聚剂。60年代末,日本在给水处理中聚铝的用量就超过了硫酸铝。目前应用Z广泛的是聚合氯化铝(Poly-Aluminium-chlorinated),简称PAC。

PAC聚合氯化铝.jpg


PAC聚合氯化铝

PAC可以看作是铝盐水解聚合Z终变为Al(OH)3沉淀物过程中的中间产物,它有较高的电荷和分子量,因而吸附脱稳和黏结架桥作用均较强,加人到水中后会迅速发挥优异的混凝作用。


PAC并不是单分子的化合物,而是具有不同形态的同一类化合物,其通式可表示Aln(OH)mCl3n-m。例如Al2(OH)5Cl,Al6(OH)16Cl2以及[Al2(OH)5Cl]n它们在溶液中电离为高价离子,如

Al13(OH)34Cl5→Al13(OH)34++5Cl-

发挥混凝作用的就是这些带正电荷的高价离子。


PAC的两个重要指标是碱化度和聚合度。碱化度B= [OH]/3 [Al],即化合物中羟基与铝的当量比值。例如,Al2(OH)5Cl的B=5/ (2x3) = 83.3%。一般来说,碱化度越高的聚合氯化铝,其分子量就越高,因而黏结架桥能力越好,但稳定性较差,会生成Al(OH)3 沉淀物。目前,聚合铝的制品碱化度多为50% ~ 80%,聚合氯化铝的聚合度即分子中的n值,表明高分子的分子量,一般无机高分子量远较有机高分子量小,大约只在数千左右。

PAC加到水中后,碱度降低较小,因而pH值下降也小,其Z佳pH值较宽,一般pH=7~8可取得良好的效果,低温时效果仍较稳定,加药剂量对低浊水相当于AlCl3的一半,高浊度相当于1/3。有时1mg/L (Al2O3)效果就很好。


2.铁盐


常用的铁盐有FeSO4 ?7H2O和FeCl3?6H2O等。用铁盐作混凝剂时,其水解和胶体的形成、混凝过程和铝盐相似。但当用二价铁盐时,水解产生的Fe (OH)2  溶解度较大,必须在混凝过程中将Fe2+氧化成 Fe3+,才能适应混凝的需要,其在pH> 8.8时氧化和水解过程如下:

4Fe2++O2+2H2O→4Fe3++4OH-

Fe3++3H2O→Fe (OH)3+3H+


由于在低pH值条件下完成氧化速度缓慢,所以上述反应常在石灰处理时完成,此时pH值约为10.2效果较好。


硫酸亚铁.jpg

硫酸亚铁

氢氧化铁也是两性的氢氧化物,但其碱性强于酸性,只有当pH值很高时才显示出酸的作用。当pH<3时,铁以Fe2+形式存在于溶液中,在pH>9时,经氧化后才以Fe (OH)3的形式存在,水中残留的Fe2+才会低下来。

但如果用FeCl3?6H2O作混凝剂时,由于其混凝过程中不可控制地迅速电离出 Fe3+,不必经过氧化,能在pH=4 ~ 10的范围内水解,所生成的凝絮较密实,比重较大,易于沉降,受温度影响不大,加人剂量比二价铁盐低。缺点是FeCl3具有强的氧化性,腐蚀性强。

 Fe3+和腐殖酸会生成不沉淀的有色化合物,故铁盐很少作为处理含有有机物的水的混凝剂。


3.有机高分子絮凝剂


有机高分子絮凝剂都是水溶性的线型高分子物质,沿链状分子有若干官能基团,在水中大部分可电离,属于高分子电解质。根据可离解基团的特性,可以分为阴离子型、阳离子型、两性型等类。阴离子型的基团如 - COOH、- SO3H、- OSO3H 等,阳离子型的基团如- NH3OH、- NH2OH 、- CONH3OH等,两性型的同时含有两种基团。此外也有不能电离的非电解质,可称为非离子型。非离子型的聚合物分子在水中呈螺旋管状,其长度不能展开,类似非电解质。


高分子絮凝剂.jpg

高分子絮凝剂

高分子絮凝剂的链状分子可以发挥黏结架桥作用,分子上的荷电基团则发挥电中和的压缩扩散层作用。现有的高分子絮凝剂较多的是阴离子型,它们对水中负电胶体杂质只能发挥絮凝作用,往往不能单独使用,而是配合铝盐、铁盐混凝剂使用,以改善混凝过程,因此也常称为助凝剂。也有把阴离子型的絮凝剂直接用于过滤,也可称其为助滤剂。


阳离子型絮凝剂可以同时发挥凝聚和絮凝作用,因而可以单独使用。但由于常用的反渗透膜表面呈现负电荷,为防止膜表面的污染,故不宜使用。


有机高分子絮凝剂如聚丙烯酰胺(PAM) 用NaOH水解后长链上带有许多负电荷的COO-基团,由于负电荷的相斥作用,长链的PAM分子得以伸展,有利于与其他微粒的接触而产生架桥作用,如果加入量过大反而影响了长链的伸展,会影响效果。




对于上述内容,给大家简单整理了这几种混凝剂的性质哦~有需要的快点存起来吧~


英超下注 几种混凝剂性质.jpg



6
小结


看完了本文,总算搞清楚混凝和絮凝的区别了吧?混凝作为反渗透技术中的预处理技术,也是相当的重要呢。将预处理达到了进膜水质要求,才是对膜Z大的保护方式呢~更多技术干货请关注英超下注!


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