污水處理知識篇：論污水的化學處理之化學混凝法

　　一、混凝原理

　　化學混凝所處理的對象，主要是水中的微小懸浮物和膠體雜質(zhì)。大顆的懸浮物由于受重力的作用而下沉，可以用沉淀等方法除去。但是，微小粒徑的懸浮物和膠體，能在水中長期保持分散懸浮狀態(tài)，即使靜置數(shù)十小時以上，也不會自然沉降。這是由于膠體微粒及細微懸浮顆粒具有“穩(wěn)定性”。

　　1、膠體的穩(wěn)定性

　　根據(jù)研究，膠體微粒都帶有電荷。天然水中的粘土類膠體微粒以及污水中的膠態(tài)蛋白質(zhì)和淀粉微粒等都帶有負電荷，其結(jié)構(gòu)示意圖見污水的化學處理－化學混凝法。它的中心稱為膠桉。其表面選擇性地吸附了一層帶有同號電荷的離子，這些離子可以是膠校的組成物直接電離而產(chǎn)生的，也可以是從水中選擇吸附H+或OH-離子而造成的。

　　這層離子稱為膠體微粒的電位離子，它決定了膠粒電荷的大小和符號。由于電位離子的靜電引力，在其周圍又吸附了大量的異號離子。形成了所謂“雙電層”。這些異號離子，其中緊靠電位離子的部分被牢固地吸引著。當膠核運行時，它也隨著一起運動，形成固定的離子層。而其他的異號離子，離電位離子較遠，受到的引力較弱，不隨膠核一起運動，并有向水中擴散的趨勢。形成了擴散層。

　　固定的離子層與擴散層之間的交界面稱為滑動面。滑動面以內(nèi)的部分稱為膠粒，膠粒與擴散層之間，有一個電位差。此電位稱為膠體的電動電位，常稱為∫電位。而膠核表面的電位離子與溶液之間的電位差稱為總電位或∮電位。

　　膠粒在水中受幾方面的影響：①由于上述的膠粒帶電現(xiàn)象，帶相同電荷的膠粒產(chǎn)生靜電斥力，而且∫電位愈高，膠粒間的靜電斥力愈大；②受水分子熱運動的撞擊，使微粒在水中作不規(guī)則的運動，即“布朗運動；”③膠粒之間還存在著相互引力——范德華引力。范德華引力的大小與膠粒間距的2次方成反比，當間距較大時，此引力略去不計。

　　一般水中的膠粒∫電位較高。其互相間斥力不僅與∫電位有關(guān)，還與膠粒的間距有關(guān)，距離愈近，斥力愈大。而布朗運動的動能不足以將兩顆膠粒推近到使范德華引力發(fā)揮作用的距離。因此，膠體微粒不能相互聚結(jié)而長期保持穩(wěn)定的分散狀態(tài)。

　　使膠體微粒不能相互聚結(jié)的另一個因素是水化作用。由于膠粒帶電，將極性水分子吸引到它的周圍形成一層水化膜。水化膜同樣能阻止膠粒間相互接觸。但是，水化膜是伴隨膠粒帶電而產(chǎn)生的，如果膠粒的電位消除或減弱，水化膜也就隨之消失或減弱。

　　2、混凝原理

　　化學混凝的機理至今仍未完全清楚。因為它涉及的因素很多，如水中雜質(zhì)的成分和濃度、水溫、水的pH值、堿度，以及混凝劑的性質(zhì)和混凝條件等。但歸結(jié)起來，可以認為主要是三方面的作用：

　　(1)壓縮雙電層作用如前所述，水中膠粒能維持穩(wěn)定的分散懸浮狀態(tài)，主要是由于膠粒的∫電位。如能消除或降低膠粒的∫電位，就有可能使微粒碰撞聚結(jié)，失去穩(wěn)定性。在水中投加電解質(zhì)——混凝劑可達此目的。例如天然水中帶負電荷的粘土膠粒，在投入鐵鹽或鋁鹽等混凝劑后，混凝劑提供的大量正離子會涌入膠體擴散層甚至吸附層。

　　因為膠核表面的總電位不變，增加擴散層及吸附層中的正離子濃度，就使擴散層減薄。當大量正離子涌入吸附層以致擴散層完全消失時，∫電位為零，稱為等電狀態(tài)。在等電狀態(tài)下，膠粒間靜電斥力消失，膠粒最易發(fā)生聚結(jié)。實際上，∫電位只要降至某一程度而使膠粒間排斥的能量小于膠粒布朗運動的動能時，膠粒就開始產(chǎn)生明顯的聚結(jié)，這時的∫電位稱為臨界電位。膠粒因電位降低或消除以致失去穩(wěn)定性的過程，稱為膠粒脫穩(wěn)。脫穩(wěn)的膠粒相互聚結(jié)，稱為凝聚。

　　壓縮雙電層作用是闡明膠體凝聚的一個重要理論。它特別適用于無機鹽混凝劑所提供的簡單離子的情況。但是，如僅用雙電層作用原理來解釋水中的混凝現(xiàn)象，會產(chǎn)生一些矛盾。例如，三價鋁鹽或鐵鹽棍凝劑投量過多時效果反而下降，水中的膠粒又會重新獲得穩(wěn)定。又如在等電狀態(tài)下，混凝效果似應(yīng)最好，但生產(chǎn)實踐卻表明，混凝效果最佳時的∫電位常大于零。于是提出了第二種作用。