3.14影响混凝效果的主要因素 影响混凝效果的主要因素有水温,水的pH值和碱度以及水 中的杂质。 3.1.4.1水温的影响 由于水的温度会影响混凝剂的水解,如水温低,混凝剂的水解 反应速度慢,此外水温低时,水的粘度升高,水分子的布朗运动减 弱,絮体不易形成。因此低温水的混凝效果一般较差,对同样的混 凝剂投加量,热水中产生矾花比低温水来得快,如表3-5所示。 表3-5不同的水温对混凝效果的影响 温度(℃) 混凝时间(min) 1 3.1.4.2水的pH值和水的碱度 由于不同pH值的铝盐和铁盐水解产物的形态不同,混凝的 效果也不一样。具体应用时应通过烧杯试验( Jar Test测定最佳的 pH值。此外由于混凝剂水解时产生H',为了保持水解速度,水中 要求有一定的碱度以中和H'。如果水中碱度不足,水的pH值不 断下降,混凝剂的水解就不充分,混凝效果就会降低。 3.14.3水中杂质的性质及其含量 当水中含有二价金属离子M时,对天然水形成压缩双电层 是有利的,因此混凝效果较好。如水中杂质含量过低,则因不利于 颗粒的碰撞而不利于凝聚,即水中浊度低时往往混凝效果较差。 3.1.5混凝机理的探讨 对于混凝剂的作用机理目前有一些机理解释已逐渐为人们接 受,如对无机混凝剂的双电层压缩机理和对有机高分子混凝剂的
架桥作用机理,现分别讨论如下。 3.1.5.1双电层压缩机理 根据胶体化学的概念,胶体双电层结构决定胶体表面处反离 子的浓度最大,随着胶体颗粒表面向外距离的增大,则反离子浓度 降低,最终与溶液中离子浓度相等,即达到溶液主体的浓度如图 3-1所示。 反应离子浓度 溶液中离子浓度高时 0b 溶液中离子浓度低时 高颗粒表面距离 图3-1溶液中离子浓度与扩散层厚度的关系 由图3-1可见,当向水溶液中投加混凝剂后,会使溶液中的 离子浓度增高,即扩散层的厚度将从图上的a降低为a。 当两个胶体颗粒接近时,由于扩散层厚度的降低,使得电位响 应降低,因而相互之间的斥力降低,而由于扩散层厚度的减薄相互碰 撞间距离降低而使相互之间的引力增加,如图3-2及3-3所示。 排 V 颗粒间距 颗粒间距 图3-2溶液中离子浓度低时 图3-3溶液中离子浓度高时 由图3-2可见,当未投加混凝剂溶液中离子浓度低时,其排 斥力和吸引力的合力以斥力为主;而当投加混凝剂后溶液中离子 24
浓度增高时则如图3-3所示,二者的合力可以由原先斥力为主转 变成以引力为主。这样水中的胶体颗粒就得以迅速凝聚,即混凝 剂的投加促进了上述这一过程,而胶体颗粒间的引力就促进了水 中胶体颗粒间的凝聚沉降。 这一机理也可以用来解释一些自然界的现象,如在海港港湾 处,由于淡水与海水交界,当海水进入淡水时,由于海水中盐类浓 度很高,使得水中离子浓度突然增高,淡水中夹带的胶体颗粒的稳 定性迅速降低,因此在港湾处的粘土和其他胶体颗粒很容易沉积。 这种自然界河口海岸处沉积的实际情况与以上机理的分析是相符 的 3.1.5.2架桥作用机理 对于有机高分子混凝剂,大多具有线型结构,即它们都具有能 和胶体颗粒表面起作用的化学基团如 COON2、-COOH等,这些 基团可以吸附胶体颗粒,而高分子聚合体的其余部分则会伸展在 水溶液中起到架桥作用。如图3-4所示。 首先是发生初次吸附: 其次是聚 合体起架桥絮 凝作用: 聚合物颗粒 如水溶液 中胶体颗粒 少,聚合体不 起架桥作用, 图3-4架桥絮凝作用示意图 则胶体颗粒又可处于稳定状态;或当聚合体过量时,架桥的聚合体 也可能再脱开其他的反应,在这里不再一一举例。 3.16混凝剂及混凝技术展望 近年来,在混凝剂的发展中,聚合无机混凝剂的研究开发以及 有机高分子聚合物与无机混凝剂的复合是值得注意的方向。 25·
3.1.6.!聚合无机混凝剂 除聚合氯化铝(PAC)外,欧洲等国又开发了聚合硫酸铝 (PAS),二者的对比如表3-6所示。 表3-6合硫酸铝与骤合氯化铝的比较 A含量(%) 混凝剂 oHA(mlm)A在聚合物中的含量(%) 溶液固体 PAs4~615~17 1.3~2.0 PAC 5 .2~1.9 由表3-6可见,在PAS中可以达到更高的有效铝的含量,因 此使用PAS时其去浊度的效果比单一的硫酸铝AIS为好。如图 3-5所示。 20 度 (FU25 ALS 10 5 PAS 时间(h) PAS 图3-5PAS与AS去浊度效果比较 3.1.62有机高分子混凝剂与无机混凝剂的复合 如果将硫酸铝-铁AⅤR这类无机混凝剂与高分子混凝剂复合 AVRP使用,则其去除水中浊度的效果比单一使用硫酸铝-铁时好 得多。如图3-6所示。 如3-6图所示,使用有机高分子与无机混凝剂的复合效果更 好。如北欧应用这类混凝剂后,废水处理时BOD的去除率可提高 25%,因而这也是混凝剂发展的一个方向。 26
投 量 0.2 0.I AvR→P ⊥浊度(FrU 10 20 0 40 图3-6AVR与AⅥRP去浊度效果比较 3.2澄清技术 澄清过程通常也是水的预处理过程之一,澄清过程发生在自 然界湖泊、水池和慢流速运动的水体。例如,水池中当下雨后水的 浊度升高,经过一段时间后,大的颗粒可以沉降分离出来,各种颗 粒如砂、粘土等在水中的沉降速度如表3-7所示。 表3-7大小不同的颗粒在水中的沉降比敦 颗粒直径 类别 水力学沉降速度 沉降0.3048m (amm/s) 所需时间 1000 重颗粒 0.3( 3.0(s) 0.4 42 0.15 粗砂 5 3() 0 0,04 2 0.015 0.62 33(min) 0.008 0.098 0.0247 粘土 35(b) 0.0015 0.0035 0.001 0.0054 细菌 0.o001 0.0000154 o0ou胶体颗粒0001416 t=10℃相对密度~-2.65