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聚合氯化鋁(PAC)水處理混凝凈水機(jī)理
1、壓縮雙電層機(jī)理：
膠團(tuán)雙電層的構(gòu)造決定了在膠粒表面處反離子的濃度最大，隨著膠粒表面向外的距離越大則反離子濃度越低，最終與溶液中離子濃度相等。當(dāng)向溶液中投加電解質(zhì)，使溶液中離子濃度增高，則擴(kuò)散層的厚度減小。
當(dāng)兩個(gè)膠粒互相接近時(shí)，由于擴(kuò)散層厚度減小，ξ電位降低，因此它們互相排斥的力就減小了，也就是溶液中離子濃度高的膠間斥力比離子濃度低的要小。膠粒間的吸力不受水相組成的影響，但由于擴(kuò)散層減薄，它們相撞時(shí)的距離就減小了，這樣相互間的吸力就大了?？梢?jiàn)其排斥與吸引的合力由斥力為主變成以吸力為主(排斥勢(shì)能消失了)，膠粒得以迅速凝聚。
這個(gè)機(jī)理能較好地解釋港灣處的沉積現(xiàn)象，因淡水進(jìn)入海水時(shí)，鹽類(lèi)增加，離子濃度增高，淡水挾帶膠粒的穩(wěn)定性降低，所以在港灣處粘土和其它膠體顆粒易沉積。
根據(jù)這個(gè)機(jī)理，當(dāng)溶液中外加電解質(zhì)超過(guò)發(fā)生凝聚的臨界凝聚濃度很多時(shí)，也不會(huì)有更多超額的反離子進(jìn)入擴(kuò)散層，不可能出現(xiàn)膠粒改變符號(hào)而使膠粒重新穩(wěn)定的情況。這樣的機(jī)理是藉單純靜電現(xiàn)象來(lái)說(shuō)明電解質(zhì)對(duì)膠粒脫穩(wěn)的作用，但它沒(méi)有考慮脫穩(wěn)過(guò)程中其它性質(zhì)的作用(如吸附)，因此不能解釋復(fù)雜的其它一些脫穩(wěn)現(xiàn)象，例如三價(jià)鋁鹽與鐵鹽作混凝劑投量過(guò)多，凝聚效果反而下降，甚至重新穩(wěn)定；又如與膠粒帶同電號(hào)的聚合物或高分子有機(jī)物可能有好的凝聚效果：等電狀態(tài)應(yīng)有最好的凝聚效果，但往往在生產(chǎn)實(shí)踐中ξ電位大于零時(shí)混凝效果卻最好……等。
實(shí)際上在水溶液中投加混凝劑使膠粒脫穩(wěn)現(xiàn)象涉及到膠粒與混凝劑，膠粒與水溶液，混凝劑與水溶液三個(gè)方面的相互作用，是一個(gè)綜合的現(xiàn)象。
2、吸附電中和機(jī)理：
吸附電中和作用指粒表面對(duì)異號(hào)離子，異號(hào)膠?；蜴湢铍x分子帶異號(hào)電荷的部位有強(qiáng)烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了它的部分電荷，減少了靜電斥力，因而容易與其它顆粒接近而互相吸附。此時(shí)靜電引力常是這些作用的主要方面，但在不少的情況下，其它的作用了超過(guò)靜電引力。舉例來(lái)說(shuō)，用Na＋與十二烷基銨離子(C12H25NH3+)去除帶負(fù)電荷的碘化銀溶液造成的濁度，發(fā)現(xiàn)同是一價(jià)的有機(jī)胺離子脫穩(wěn)的能力比Na+大得多，Na＋過(guò)量投加不會(huì)造成膠粒再穩(wěn)，而有機(jī)胺離子則不然，超過(guò)一定投置時(shí)能使膠粒發(fā)生再穩(wěn)現(xiàn)象，說(shuō)明膠粒吸附了過(guò)多的反離子，使原來(lái)帶的負(fù)電荷轉(zhuǎn)變成帶正電荷。鋁鹽、鐵鹽投加量高時(shí)也發(fā)生再穩(wěn)現(xiàn)象以及帶來(lái)電荷變號(hào)。上面的現(xiàn)象用吸附電中和的機(jī)理解釋是很合適的。
3、吸附架橋作用：
吸附架橋作用機(jī)理主要是指高分子物質(zhì)與膠粒的吸附與橋連。還可以理解成兩個(gè)大的同號(hào)膠粒中間由于有一個(gè)異號(hào)膠粒而連接在一起。高分子絮凝劑具有線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，它們具有能與膠粒表面某些部位起作用的化學(xué)基團(tuán)，當(dāng)高聚合物與膠粒接觸時(shí)，基團(tuán)能與膠粒表面產(chǎn)生特殊的反應(yīng)而相互吸附，而高聚物分子的其余部分則伸展在溶液中，可以與另一個(gè)表面有空位的膠粒吸附，這樣聚合物就起了架橋連接的作用。假如膠粒少，上述聚合物伸 展部分粘連不著第二個(gè)膠粒，則這個(gè)伸展部分遲早還會(huì)被原先的膠粒吸附在其他部位上，這個(gè)聚合物就不能起架橋作用了，而膠粒又處于穩(wěn)定狀態(tài)。高分子絮凝劑投加量過(guò)大時(shí)，會(huì)使膠粒表面飽和產(chǎn)生再穩(wěn)現(xiàn)象。已經(jīng)架橋絮凝的膠粒，如受到劇烈的長(zhǎng)時(shí)間的攪拌，架橋聚合物可能從另一膠粒表面脫開(kāi)，重又卷回原所在膠粒表面，造成再穩(wěn)定狀態(tài)。
聚合物在膠粒表面的吸附來(lái)源于各種物理化學(xué)作用，如范德華引力、靜電引力、氫鍵、配位鍵等，取決于聚合物同膠粒表面二者化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。 這個(gè)機(jī)理可解釋非離子型或帶同電號(hào)的離子型高分子絮凝劑能得到好的絮凝效果的現(xiàn)象。
4、沉淀物網(wǎng)捕機(jī)理
當(dāng)金屬鹽(如鋁或氯化鐵)或金屬氧化物和氫氧化物(如石灰)作凝聚劑時(shí)，當(dāng)投加量大得足以迅速沉淀金屬氫氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3、Mg(OH)2或金屬碳酸鹽(如CaCO3)時(shí)，水中的膠?？杀贿@些沉淀物在形成時(shí)所網(wǎng)捕。當(dāng)沉淀物是帶正電荷(Al(OH)3及Fe(OH)3在中性和酸性pH范圍內(nèi))時(shí)，沉淀速度可因溶液中存在陰離子而加快，例如銀離子。此外水中膠粒本身可作為這些金屬氧氧化物沉淀物形成的核心，所以凝聚劑最佳投加量與被除去物質(zhì)的濃度成反比，即膠粒越多，金屬凝聚劑投加量越少。
以上介紹的混凝的四種機(jī)理，在水處理中常不是單獨(dú)孤立的現(xiàn)象，而往往可能是同時(shí)存在的，只是在一定情況下以某種現(xiàn)象為主而已，目前看來(lái)它們可以用來(lái)解釋水的混凝現(xiàn)象。但混凝的機(jī)理尚在發(fā)展，有待通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)以取得更完整的解釋。
5.鋁鹽的水解過(guò)程：
所有金屬陽(yáng)離子不論以何種藥劑形態(tài)圖投加，它們?cè)谒卸家匀齼r(jià)鋁[Al(Ⅲ)]和三價(jià)鐵[Fe(Ⅲ)]的各種化合物存在。以鋁鹽為例，在水溶液中即使Al(Ⅲ)以單純離子狀態(tài)存在，也不是Al3+而是以Al(H2O)63+,水合鋁絡(luò)合離子狀態(tài)存在。
當(dāng)pH值<3時(shí)，在水中這種水合鋁絡(luò)離子將是主要形態(tài)，如pH升高，水合鋁絡(luò)離子就會(huì)發(fā)生配位水分子離解(即水解過(guò)程)，生成各種羥基鋁離子，pH值再升高，水解逐級(jí)進(jìn)行，從單核單羥基水解成單核三羥基，最終將產(chǎn)生氫氧化鋁化學(xué)沉淀物而析出。
實(shí)際上的反應(yīng)比上面的反應(yīng)還要復(fù)雜得多，當(dāng)pH>4值時(shí)，羥基羥離子增加，各離子的羥基之間可發(fā)生架橋連接(羥基架橋)產(chǎn)生多核羥基絡(luò)合物，也即高分子縮聚反應(yīng)。
從生成物[Al2(OH)2(H2O)5]4+還可進(jìn)一步被羥基架橋成[Al3(OH)4(H2O)10]5+。與此同時(shí)，生成的多核聚合物還會(huì)繼續(xù)水解 。
所以水解與縮聚兩種反應(yīng)交錯(cuò)進(jìn)行，最終結(jié)果產(chǎn)生聚合度極大的中性氫氧化鋁。當(dāng)基數(shù)量超過(guò)其溶液度時(shí)，即析出氫氧化鋁沉淀物。
根據(jù)以上所述，在整個(gè)反應(yīng)中，像Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)3、Al(OH)4-等簡(jiǎn)單成分以及多種聚合離子，如[(Al(OH)14]4+、[A17(OH)17]4+、[Al8(OH)20]4+、[Al13(OH)34]5+等成分，都會(huì)同時(shí)出現(xiàn)，它們必然會(huì)對(duì)混凝過(guò)程起作用，共中高價(jià)的聚合正價(jià)離子對(duì)中和粘土膠粒的負(fù)電荷，以及壓縮其雙電層的能力都很大，促進(jìn)了混凝。
當(dāng)產(chǎn)生無(wú)機(jī)聚合物帶有負(fù)價(jià)離子時(shí)，不可能靠電荷中和作用，而主要靠吸附架橋的作用使粘土膠粒脫穩(wěn)。
這就是PAC的凈水機(jī)理。
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