0引言

    在工業(yè)廢水和生活廢水處理中,有一種很重要的物化處理方法:混凝法。這種水處理方法應(yīng)用廣泛,各種污染指標(biāo)去除率高。下面對(duì)這一方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

    1混凝法

    1.1混凝法的概念在天然水中和各種廢水中,物質(zhì)在水中存在的形式有三種:離子狀態(tài)、膠體狀態(tài)和懸浮狀態(tài)。一般認(rèn)為,顆粒粒徑小于1nm的為溶解物質(zhì),顆粒粒徑在1~100nm的為膠體物質(zhì),顆粒粒徑在100nm~1mm為懸浮物質(zhì)。其中的懸浮物質(zhì)是肉眼可見物,可以通過自然沉淀法進(jìn)行去除;溶解物質(zhì)在水中是離子狀態(tài)存在的,可以向水中加入一種藥劑使之反應(yīng)生成不溶于水的物質(zhì),然后用自然沉淀法去除掉;而膠體物質(zhì)由于膠粒具有雙電層結(jié)構(gòu)而具有穩(wěn)定性,不能用自然沉淀法去除,需要向水中投加一些藥劑,使水中難以沉淀的膠體顆粒脫穩(wěn)而互相聚合,增加至能自然沉淀的程度而去除。這種通過向水中加入藥劑而使膠體脫穩(wěn)形成沉淀的方法叫混凝法,所投加的藥劑叫混凝劑。

    1.2混凝的基本原理廢水中的膠體物質(zhì)具有巨大的比表面積,可以吸附液體介質(zhì)中的正離子或負(fù)離子或極性分子等,使固液兩相界面上的電荷呈不平衡分布,在界面兩邊產(chǎn)生電位差,這就是膠體微粒的雙電層結(jié)構(gòu)。形成雙電層結(jié)構(gòu)的微粒的整個(gè)膠體結(jié)構(gòu)就稱為膠團(tuán),整個(gè)膠團(tuán)是電中性的。膠團(tuán)中心是帶有電荷的固體微粒本身,稱為膠核。膠核所帶電荷的符號(hào)就是膠體所帶電荷的符號(hào)。膠體微粒之所以能在水中保持穩(wěn)定性,原因在于膠體粒子之間的靜電斥力(膠體常常帶有同種電荷而具有斥力)、膠體表面的水化作用及膠粒之間相互吸引的范德華力共同作用。膠體微粒帶電越多,其電位就越大,帶電荷的膠粒和反離子與周圍水分子發(fā)生水化作用越大,水化殼也越厚,越具有穩(wěn)定性。向水中投加藥劑,使膠體失去穩(wěn)定性而形成微小顆粒,而后這些均勻分散的微小顆粒再進(jìn)一步形成較大的顆粒,從液體中沉淀下來,這個(gè)過程稱為凝聚。凝聚有以下幾方面的作用:

    1.2.1壓縮雙電層與電荷的中和作用。加入電解質(zhì),使固體微粒表面形成的雙電層有效厚度減小,從而范德華力占優(yōu)勢(shì)而達(dá)到彼此吸引形成凝聚;或者加入電不同電荷的固體微粒,使不同電荷的粒子由于靜電吸引而彼此吸引,最后達(dá)到凝聚。

    1.2.2高分子絮凝劑的吸附架橋作用。高分子絮凝劑的碳碳單鍵一般情況下是可以旋轉(zhuǎn)的,再加上聚合度較大,即主鏈較長(zhǎng),在水介質(zhì)中主鏈?zhǔn)菑澢?。在主鏈的各個(gè)部位吸附了很多固體顆粒,就象是為固體顆粒架了許多橋梁,讓這些固體顆粒相對(duì)地聚集起來形成大的顆粒。

    1.2.3絮體的網(wǎng)捕作用。有些混凝劑(如鋁鹽或鐵鹽)有水中形成高聚合度的多羥基化合物的絮體,在沉淀過程中可以吸附卷帶水中膠體顆粒共同沉淀,此過程稱為絮凝劑的網(wǎng)捕作用。

    2幾種常見的混凝劑

    常用的混凝劑有無機(jī)絮凝劑、有機(jī)高分子絮凝劑、生物絮凝劑等。無機(jī)絮凝劑主要產(chǎn)品有硫酸鋁、聚合氯化鋁、三氯化鐵、硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵、聚合硅酸鋁、聚合硅酸鐵、聚合氯化鋁鐵、聚合硅酸鋁鐵和聚合硫酸氯化鋁等。有機(jī)高分子絮凝劑以聚丙烯酰胺類產(chǎn)品為代表,生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生的具有絮凝能力的高分子有機(jī)物,主要有蛋白質(zhì)、黏多糖、纖維素和核酸。下面簡(jiǎn)單介紹幾種常用的混凝劑。

    2.1硫酸鋁(AS)無水硫酸鋁是無色結(jié)晶,易溶于水,常溫下硫酸鋁以含十八水合物最為穩(wěn)定。Al2(SO4)3·18H2O是具有光澤的無色顆?；蚍勰┚w,極易溶于水,水溶液呈酸性(PH<=2.5)。工業(yè)品為白色或微帶灰色的粉末或塊狀結(jié)晶,因可能存在少量的硫酸亞鐵而使產(chǎn)品表面發(fā)黃。硫酸鋁是使用最早的絮凝劑之一。硫酸鋁對(duì)水中膠體微粒的絮凝過程分為吸附脫穩(wěn)、沉淀絮凝、吸附沉淀混合區(qū)和再穩(wěn)定四個(gè)區(qū)域。加入過量的硫酸鋁,會(huì)形成膠體再穩(wěn)定而影響絮凝效果。硫酸鋁價(jià)格便宜,應(yīng)用較廣泛。

    2.2聚合氯化鋁(又稱堿式氯化鋁PAC)聚合氯化鋁是應(yīng)用最廣泛的一種絮凝劑,它的固體呈無色至黃色樹脂狀,易潮解,溶液為無色至黃褐色透明狀液體,聚合氯化鋁易溶于水并易發(fā)生水解,水解過程中伴隨有電化學(xué)、凝聚、吸附、沉淀等物理化學(xué)現(xiàn)象。聚合氯化鋁一般是由鋁礦土與酸經(jīng)過酸溶、水解、縮聚等復(fù)雜的過程而制成的。相對(duì)于硫酸鋁而言,聚合氯化鋁混凝效果隨溫度變化較小,形成絮體的速度較快,絮體顆粒和相對(duì)密度都較大,沉淀性能好,投加量較小。聚合氯化鋁適宜的PH值范圍在5-9之間,過量投加一般不會(huì)出現(xiàn)膠體的再穩(wěn)定現(xiàn)象。長(zhǎng)期的實(shí)踐證明,作為絮凝劑,聚合氯化鋁優(yōu)于硫酸鋁,很多凈水場(chǎng)的硫酸鋁已經(jīng)逐步被聚合氯化鋁所替代。聚合氯化鋁水溶液呈弱酸性,PH值在5.5-6.0,對(duì)設(shè)備的腐蝕性很小。

    2.3聚合硫酸鐵(PFS)聚全硫酸鐵有固體和液體兩種形式,液體為紅褐色粘稠液,固體為淡黃色或淺灰色的樹脂狀的顆粒。在產(chǎn)品的儲(chǔ)存的使用過程中,聚合硫酸鐵對(duì)設(shè)備基本無腐蝕作用。聚合硫酸鐵投藥量低,而且基本不用控制液體的PH值。與鋁鹽相比,聚合硫酸鐵絮凝速度更快,形成的礬花大,沉降速度更快;另外,它還具有脫色、除重金屬離子、降低水中COD、BOD濃度的作用;但是其出水容易顯黃色。