【文章內(nèi)容簡介】 ? 腐蝕性大 ， 腐蝕混凝土 ， 并使某些塑料變形 42 聚合氯化鋁 ? 化學(xué)通式為： [A12(OH)mCl6m]n n≤ 10， m=1～ 5 ? 無色或黃色固體 （ 粉末 、 結(jié)晶狀 ， 與堿化度相關(guān) ） ? 屬無機(jī)高分子化合物 ? 具有架橋作用和專屬吸附性能 ? 使用的 pH值范圍 5～ 9 ? 水溫影響不大 ? 用量少 ， 絮凝效果好 ? 腐蝕性小 43 聚合硫酸鐵 ? 化學(xué)通式為 ： Fe2(OH)m(SO4)3m/2]n n≤ 10， m=1～ 5 ? 使用的 pH值范圍 ～ ? 適合的水溫為 20℃ ～ 40℃ ? 絮凝效果良好 ， 沉淀速度快 ? 殘留鐵比三氯化鐵少 ， 腐蝕性也比三氯化鐵小 ? 在無機(jī)絮凝劑中 ， 它對 COD的去除率和脫色效果最好 44 Al（ III） 的水解 ? [Al(H2O)6]+3+H2O → H3O++[Al(H2O)5(OH)]+2 ? [Al(H2O)5(OH)]+2+H2O → H3O++[Al(H2O)4(OH)2]+ ? [Al(H2O)4(OH)2]+ +H2O → H3O++[Al(H2O)3(OH)3] ? [Al(H2O)3(OH)3] +H2O → H3O++[Al(H2O)2(OH)4] ? [Al(H2O)2(OH)4] +H2O → H3O++[Al(H2O)(OH)5]2 ? [Al(H2O)(OH)5]2+H2O → H3O++[Al(H2O)6]3 45 圖 41 Al(OH)3溶液平衡時的組成 (OH)4 D. Al13(OH)5+ E. Al7(OH)174+ + G. Al(OH)3+ 46 Fe（ III） 的水解 ? Fe(H2O)63+ + H2O → 〔 Fe(H2O)5(OH)〕 2+ + H3O+ ? 〔 Fe(H2O)5(OH)〕 2++ H2O → 〔 Fe(H2O)4(OH)2〕 ++ H3O+ ? 〔 Fe(H2O)4(OH)2〕 ++ H2O →Fe(H 2O)3(OH)3+ H3O+ ? Fe(H2O)3(OH)3+ H2O → 〔 Fe(H2O)2(OH)4〕 + H3O+ 47 圖 42 Fe(OH)3溶液平衡時的組成 A. 氣浮和澄清分離 (OH)4 D. Fe(OH)2+ E. Fe(OH)2+ F. Fe3+ G. Fe(OH)24+ 48 圖 4 42的意義 ? 兩個圖是根據(jù)溶解度和水解平衡常數(shù)計算得出來的 ? 圖的 A區(qū)適合于使用空氣氣浮法和澄清法的固 液分離 ? B區(qū)適合于直接過濾法，其 pH范圍為 ～ ? 絮凝劑的用量：在 A區(qū)為 33～ 200mg/l； 在 B區(qū)為 ～20mg/l ? 在 B區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行分離操作時，需要添加陽離子型有機(jī)高分子絮凝劑 ? 這兩個圖，對于使用空氣氣浮法處理水是很有用的 49 圖 43 鐵和鋁的水合氧化物 的 Z電位與 pH值的關(guān)系 50 圖 44 Al(H2O)63+離子 51 圖 45 Al2(H2O)2(OH)84+雙分子離子 52 圖 46 Al16(H2O)24(OH)3612+高分子 53 第二節(jié) 無機(jī)低分子絮凝劑 存在的問題 ? 鋁鹽：常受鹽類影響 。 當(dāng)水中含鹽量高時 ， 需增加藥量 ， 活性污泥的含水率增高 ， 體積大 ， 水分高 ， 增加污泥處理難度 ? 氯離子的影響 ， 很活潑 、 不水合 、 帶負(fù)電荷 ， 穿透性 ? 含硫化合物廢水 （ 例如：紡織印染廢水 、 石油工業(yè)廢水 、 酸法造紙廢水 、 某些化工廢水 ） ， 用鐵鹽不利 。 硫化物使 Fe3+ 還原成 Fe2+ ， 同時生成三硫化二鐵和硫化亞鐵的混合物 。 該混合物呈膠體狀態(tài) ， 帶負(fù)電荷 ， 很難形成絮凝沉淀 ? 使用鐵鹽的另一個問題是 ， 三氯化鐵具有很強(qiáng)的腐蝕性和在水中殘留鐵離子 。 設(shè)備受到限制 ， 水質(zhì)受影響 ? 使用無機(jī)低分子絮凝劑時 ， 一般反應(yīng)較慢 ， 沉淀速度較慢 54 第三節(jié) 有機(jī)高分子絮凝劑的性質(zhì) ?分子量大小 ?分子結(jié)構(gòu) ?電荷密度大小 ?電荷性質(zhì) 55 分子量（平均分子量）分布范圍 ? ≥ 1千萬 分子量很 （ 極 ） 高的高分子絮凝劑 ? 1百萬～ 1千萬 分子量高的高分子絮凝劑 ? 二十萬～ 1百萬 分子量中等的高分子絮凝劑 ? 十萬～二十萬 分子量低的高分子絮凝劑 ? 五萬～十萬 分子量比較低的高分子絮凝劑 ? ＜五萬 分子量很 （ 極 ） 低的高分子絮凝劑 56 圖 47 高分子絮凝劑的分子量分布 57 電荷密度 ? 來源：帶電的官能團(tuán) ? 通過控制共聚物分子中帶電荷的鏈節(jié)與不帶電荷鏈節(jié)的摩爾比 ， 便可控制有機(jī)高分子絮凝劑的電荷密度 ? 聚丙烯酰胺的鏈節(jié)不帶電荷 ， 因此 ， 用陽離子高分子與聚丙烯酰胺共聚能夠得到很高的分子量 。 所以 ， 常用聚丙烯酰胺與帶電荷的離子型單體接枝共聚來降低電荷密度和增加分子量 ? 電荷密度高的絮凝劑 ， 其帶電荷的鏈節(jié)占的比例大 ， 這部分的價格高 ， 成本高 ， 且絮凝效果不如電荷密度低 、 分子量高的絮凝劑效果好 58 有機(jī)高分子絮凝劑的結(jié)構(gòu)和形態(tài) ? 伸展結(jié)構(gòu)和無規(guī)線團(tuán)結(jié)構(gòu) ? 高分子絮凝劑是線形結(jié)構(gòu)時，絮凝效果良好，環(huán)狀結(jié)構(gòu)能使絮凝效果降低 ? 電場電位 59 圖 48 具有短側(cè)鏈和長側(cè)鏈 的伸展型高分離子 60 圖 49 高分子離子形態(tài)和電位剖面 61 圖 410 伸展開的高分子離子 和它的電場 62 圖 411 最大電位值和電位隧道 的立體示意圖 63 圖 412 無規(guī)線團(tuán)高分子離子的四個電位區(qū) 64 第四節(jié) 有機(jī)高分子絮凝劑的特點(diǎn) 和存在的問題 ? 用量小，絮凝能力強(qiáng)，沉淀速度快，處理時間短，效率高，產(chǎn)生的污泥較容易處理 ? 絕大多數(shù)人工合成的有毒性 ? 有些產(chǎn)品只能是稀溶液，運(yùn)輸、儲存有困難 ? 產(chǎn)生的污泥體積龐大 ? 硫化物與陽離子型有機(jī)高分子絮凝劑起化學(xué)反應(yīng) ， 形成共價鍵 。 會降低電荷的中和作用和橋聯(lián)作用 ， 對絮凝作用干擾很大 。 會增加用藥量 65 提問 ? 膠體的特性是什么？ ? 膠體的大小、水體中哪些物質(zhì)能形成膠體？ ? 無機(jī)低分子絮凝劑存在哪些缺點(diǎn)？ ? 有機(jī)高分子絮凝劑的分子量發(fā)布怎樣？ ? 有機(jī)高分子絮凝劑的特點(diǎn)與缺限？ 66 第五章 絮凝作用機(jī)理 ? 格魯奇 (Grutsh)定義 ? 凝聚作用：中和膠體和懸浮物顆粒表面電荷，使其克服膠體和懸浮物顆粒的靜電排斥力，從而使顆粒脫穩(wěn)的過程稱作凝聚作用 ? 絮凝作用：膠體和懸浮物顆粒在高分子絮凝劑的作用下，橋連成為粗大的絮凝體的過程 ? 凝聚作用是顆粒由小到大的量變過程；絮凝作用是量變過程達(dá)到一定程度時的質(zhì)變過程 ? 絮凝化學(xué)：研究絮凝作用機(jī)理 、 絮凝劑性質(zhì) 、 膠體或懸浮物顆粒的性質(zhì) 、 影響絮凝作用的各種條件的科學(xué) 67 第一節(jié) DLVO理論 ? DLVO理論是用膠體顆粒間的吸引能和排斥能的相互作用 ， 產(chǎn)生的相互作用能 ，來解釋膠體的穩(wěn)定性和產(chǎn)生絮凝沉淀的原因 ? 膠體顆粒間的排斥能 ? 膠體顆粒間的吸引能 ? 膠體顆粒間的相互作用能 68 圖 51 顆粒表面電荷相互作用能曲線 VA— 吸引能 VR— 排斥能 VT— 相互作用能 Vm— 能峰 D— 顆粒表面間距離 69 ? 顆粒間的距離很小和很大時 ， 相互作用能以吸引能為主 ， 能夠形成絮凝體 ? 當(dāng)顆粒間的距離處于中等程度時 ， 相互作用能以排斥能為主 ， 顆粒處于穩(wěn)定狀態(tài) ， 不能形成絮凝體 ? 顆粒相距很遠(yuǎn)時 ， 吸引能和排斥能都等于零 ? 曲線 VT有兩個最小能量值 。 顆粒間的相互作用能達(dá)到第一或第二最小能量值時 ， 便產(chǎn)生絮凝沉淀 ? 曲線 VT存在能量障礙 。 顆粒間相互作用能曲線VT有一個能量峰 Vm。 能量峰 Vm是顆粒凝聚和絮凝的能量最大障礙 70 圖 52 電解質(zhì)對相互作用能的影響 VA— 吸引能 VR VR VR3— 排斥能的降低 VT VT VT3— 對應(yīng) VR VR VR3的相互作用能 D— 帶電顆粒表面間的距離 71 四種絮凝作用機(jī)理 ? 通過絮凝作用捕集和 “ 清掃 ” 膠體顆粒 ? 壓縮雙電層 ， 減少表面電荷 ? 高分子絮凝劑的橋連 ? 由于吸附作用而使電荷中和 72 第二節(jié) 膠體的捕集 ? 為了捕集膠體 ， 要使用大量的絮凝劑 ? 清掃過程：水解 高分子 三維空間立體結(jié)構(gòu) 捕獲膠體顆粒 ? 隨著高分子化合物體積的收縮 、 沉淀物和懸浮物象多孔的網(wǎng)子一樣 ， 從水中將膠體顆粒清掃下來 ， 形成絮狀沉淀 ? 適合于此機(jī)理的分離方法有澄清法和溶解空氣氣浮法 ? 當(dāng)使用 “ 清掃 ” 機(jī)理進(jìn)行固液分離時 ， 產(chǎn)生的絮凝物是粘稠狀的 。 可以加入 — ，以利于沉淀分離 。 特別是應(yīng)用溶解空氣氣浮法時 ， 效果非常好 ? 應(yīng)用 “ 清掃 ” 機(jī)理時 ， 要避免使用過濾法進(jìn)行固液分離 ? “ 清掃 ” 缺點(diǎn)：污泥量大 ， 難以脫水 ， 耗藥 量大 73 第三節(jié) 壓縮雙電層 ? 從 DLVO理論可知，比較薄的雙電層能夠降低排斥能 ? 如果排斥能（ Z電位）降低到相當(dāng)小時，顆粒就能夠被第二最小能量值的吸引力所吸引，產(chǎn)生疏松的絮凝體，這樣的絮凝體不易沉降，容易擴(kuò)散，而且只適合于靜止沉積分離 74 第四節(jié) 電荷的中和作用 ? 電荷中和作用：膠體顆粒的 Z電位降低到足以克服能量障礙而產(chǎn)生絮凝沉淀的過程 ? 膠體顆粒間的相互作用能處于第一最小能量值 ? 形成穩(wěn)定的絮凝體 75 ? 電荷中和作用是吸附作用引起的 ? 它導(dǎo)致膠體顆粒與水之間界面的改變，從而使物理化學(xué)性質(zhì)改變 ? 電荷中和作用能夠使水中的膠體和懸浮物顆粒被分離除去的效果最佳 ? 適合于氣浮分離、過濾分離以及澄清沉淀分離 76 ? 用不同類型 、 不同分子量的有機(jī)高分子絮凝劑 ， 測定其Z電位 ， 出現(xiàn)以下幾種情況： ? 帶大量電荷的陽離子表面活性劑很容易使懸浮物顆粒表面改變電荷符號 。 然而看不見絮凝現(xiàn)象 ， 也不容易看到有 Z 電位由負(fù)值變?yōu)檎档倪^程 ? 分子量很低的陽離子高分子絮凝劑的作用與表面活性劑相類似 ? 分子量 50， 000— 200， 000的有機(jī)高分子絮凝劑電荷中和時 ， 形成細(xì)小疏松的絮凝體 ， 如果再加入 含有少量陰離子官能團(tuán)的有機(jī)高分子絮凝劑 ， 便能改變細(xì)小絮凝體的狀態(tài) ， 使其變得粗大 ? 分子量高到 2， 000， 000的陰離子有機(jī)高分子絮凝劑 ，電荷中和時 ， 形成的絮凝體很容易被發(fā)現(xiàn) 。 絮凝效果非常好 77 圖 53 中和電荷降低 Z電位和擴(kuò)散層 有效厚度達(dá)到脫穩(wěn)和絮凝作用示意圖 78 第五節(jié) 橋連 ?帶不同電荷的物質(zhì)的橋連 ?這類橋連是帶負(fù)電荷的膠體顆粒與帶正電荷的陽離子高分子絮凝劑的橋連 ?這類橋連也涉及到電荷中和機(jī)理 ?其脫穩(wěn)作用是由于庫侖引力的原因 79 所用的陽離子有機(jī)高分子絮凝劑 ? 丙烯酰胺 丙烯酸乙酯基三甲基銨硫酸甲脂的共聚物 （ AMAETAMS） ? 丙烯酰胺 甲基丙烯酸乙酯基三甲基銨硫酸甲酯 （ AMMETAMS） 的共聚物 ? 丙烯酰胺 甲基丙烯酸乙酯基三甲基氯化銨 （ AMMETAC） 的共聚物 ? 丙烯酰胺 甲基丙烯酸 2羧基丙烯基三甲基氯化銨 （ AMMAPTAC） 的共聚物 ? 丙烯酰胺 二甲基二烯丙基氯化銨 （ AMDMDAAC） 的共聚物 80 帶相同電荷的物質(zhì)的橋連 是帶同種電荷的膠體顆粒與帶負(fù)電荷的有機(jī)高分子絮凝劑的橋連 ? 顆粒表面的電荷是凈的