低盐基度聚合氯化铝絮体结构/巩义泰和水处理材料有限公司

絮体三维质量分形维数
絮体的结构、行为与性能在混凝研究中一直具有十分重要的地位。研究表明胶体颗粒物的聚集体或微米级絮体属于质量分维物质。聚集体质量(M)与其回转半径(Rg)间存在一定相关关系，如式：MのRDfg
式中，Df为质量分形维数，表征颗粒物的不规则性和容积率。通常可以采用光散射技术、图像技术和重力沉降技术求出聚集颗粒物的质量分形维数。对于微米级的絮体，静态光散射技术是应用最为广泛的研究方法。在静态光散射中，激光束通过样品池，样品池中的颗粒粒径与散射光呈比例关系，散射强度(I)与散射矢里(Q)存在一定的函数关系。散射矢量(Q)是介质中入射光和散射光的差值，可以表示为Q=4πn sin(θ/2)/γ
式中，n为介质的折射指数；θ为散射角；γ为入射光在真空中的波长。对于相互独立的颗粒粒径散射体系，散射强度(I)与散射矢量(Q)、质量分形维数(Df)有如下关系：IのQ^-Dr
絮体的质量分形维数通过散射强度与散射矢量对数间的直线关系计算得到。不同分形维数分别对应于不同聚集体的不规则程度与空间堆积的复杂性。不同大小絮体形成过程中很可能分别对应于不同的机理过程。小絮体往往通过颗粒添加模式形成，具有致密的结构而表现出较大的分形维数。同时，分形维数的变化可以用来预测混凝过程中不同絮体结构形成的转折点。
根据上式得到不同絮凝剂分别在二种投加量时(1*10^-6mol/L、1*10^-5mol/L、1*10^-4mol/L)絮体的质量分形维数随絮凝反应时间的变化，如图6-10所示。相应地，二种投加量下不同絮凝剂的散射强度(I)与散射矢量(Q)间的双对数关系也体现在图6-11中。从双对数关系图可以看出不同絮凝剂在不同浓度时均出现明显的直线区(power law scattering)，絮体的质量分形维数则可以通过线性回归法得到。
为排除絮体多分散性的影响，图中分形维数均在同一散射矢量范围内计算得出(10^-3.5~10^-2nm^-1)。可以看出，在三种投加量下，不同絮凝剂的散射光强随着时间的变化不同。低投加量下，羟基聚合氯化铝絮凝剂PAC22和PAC25的散射强度(I)变化在15mm后更为缓慢，区域更宽；对应着粒径分布逐渐由5min时的单峰分布变为多峰分布。随着投加量的增加，硫酸铝表现与之相同的散射强度变化趋势，尤其是在高投加量时曲线过渡区域明显出现渐变过程，不同于粒径单峰分布时的平滑过渡。但此时，聚合氯化铝PAC22和PAC25由于颗粒物相互排斥难以聚集，粒径分布基本与初始颗粒相同，散射强度随着时间与投加量的增加均保持不变。同样，聚合氯化铝PAC10与PAC28的散射强度变化趋势也反映了絮体粒径的变化情况。

从图6-10中絮体分形维数的变化规律可以看出由于凝聚絮凝反应过程同，五种絮凝剂在不同投加量下所形成的絮体结构不同，最终得到不同的反应效率。低投加量下，羟基聚合氯化铝絮凝剂PAC10、PAC22积PAC25均现出电中和作用过程，颗粒物凝聚脱稳后形成微絮体。如前所述，由于形态分布特征相异，三种羟基聚合氯化铝絮凝剂所形成的絮体结构也有所不同。在絮凝反应中，高Al13含量的聚合氯化铝PAC22块速吸附聚集负电性颗粒成为结构密实的微絮体，含有中等Alc含量的聚合氯化铝PAC25因不仅具有强电中和能力只能远距离黏接吸附颗粒物形成空隙稍大的微絮体。另外，投加量增加聚合氯化铝PAC25的絮体分形维数仍在2.0右，不同于聚合氯化铝PAC22的高分维数（大约2.2）。与此同时，聚合氯化铝PAC10所形成的絮体在三种投加量下变化不大，而聚合氯化铝PAC28在高投加量下分形维数降至大约1.9，形成较为松散的絮体结构。从总体来看，羟基聚合氯化铝絮凝剂所形成的絮体结构较为紧密，尽管在不同投加量下絮体质量分形维数为2.1-1.9，变化不大。但是如果结合微絮凝工艺而非传统混凝工艺，羟基聚合氯化铝絮凝剂尤其PAC22与PAC25能够充分发挥其微絮体结构特征，提高处理效率与能力。而传统硫酸铝形成的絮体其他研究结果相同，在此不再赘述。
絮体结构电镜观察
根掘前述及以往的研究结果，絮凝剂通过不同凝聚絮凝作用机理吸附、聚集和黏接、网捕颗粒物形成具有不同结构的絮体。为了更进一步了解不同絮凝剂所形成絮体结构及吸附聚集状况，在静态吸附絮凝实验后取样进行扫描电镜观察。样品制备采用自然风干并镀金。部分典型的电镜观测结果如图6-12和图6-13所示。

图6-12(a)和(b)分别是低、高两种投加量下硫酸铝与二氧化硅悬浊液形成的絮体结构图，(c)和(d)分别是局部放大后的电镜照片。从图中可以清楚地看出，在低投加量下，由于硫酸铝的水解产物为低电荷单核物，电中和能力弱，颗粒物未能脱稳，负电荷颗粒物之间相互排斥不能聚集成微絮体。如图6-12(a)和(c)所示，二氧化硅颗粒物基本呈散落状态。高投加量下，硫酸铝水解生成的无定形Al(OH)3(am)吸附二氧化硅颗粒物表面上相互聚集形成较大的絮团。从图6-12(d)的局部放大照片上可以看出颗粒物表面由凝胶态氢氧化物形成的多层包覆层。与之相反，聚合氯化铝PAC22在低投加量即通过强电中和能力和架桥能力吸附、聚集二氧化硅颗粒形成大尺度微絮体，颗粒物表面很少有凝胶态物质包覆。而在高投加量下，电性逆转后的颗粒物相互排斥而变成单独颗粒物。另外，在高投加量下聚合氯化铝PAC22水解后产生无定形Al(OH)3(am)，从图6-13(b)和(d)可以清楚地看出所形成的凝胶态物质。

巩义市泰和水处理材料有限公司专业生产聚合氯化铝、聚合氯化铝铁、碱式氯化铝、硫酸铝、硫酸亚铁、聚合氯化铝铁、三氯化铁、硫酸铁、各种无机盐类絮凝剂、无机铁盐、铝盐、助凝剂聚丙烯酰胺等净水药剂的专业厂家。

将此文分享到：