混凝的机理及絮凝动力学-巩义市泰和水处理材料有限公司

一般认为凝聚(coagulation)是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程；絮凝(floccula-tion)是指胶体脱稳后聚结成大颗粒絮体的过程；混凝则包括凝聚与絮凝两种过程。把能起凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。混凝机理主要有四种。

双电层压缩机理；当向溶液中投加电解质，使溶液中离子浓度增高，则扩散层的厚度将减小。当两个胶粒互相接近时，由于扩散层厚度减小，ζ电位降低，因此它们互相排斥的力就减小了，胶粒得以迅速凝聚。
吸附电中和作用机理；吸附电中和作用指胶粒表面对带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，由于这种吸附作用中和了它的部分电荷，减少了静电斥力，因而容易与其他颗粒接近而互相吸附。
吸附架桥作用机理；吸附架桥作用主要是指高分子物质与胶粒相互吸附，但胶粒与胶粒本身并不直接接触，而使胶粒凝聚为大的絮凝体。
沉淀物网捕机理；当金属盐(如硫酸铝、碱式氯化铝或氯化铁)或全属氧化物和氢氧化物(如石灰)作混凝剂，投加量大得足以迅速形成金属氢氧化物[如Al(OH)3、Fe(OH)3、Mg(OH)2]或金属碳酸盐(如CaCO3)沉淀物时，水中的胶粒可被这些沉淀物在形成时所网捕。当沉淀物带正电荷时，沉淀速度可因溶液中存在阴离子而加快，如SO24-。此外，水中胶粒本身可作为这些金属氢氧化物沉淀物形成的核心，所以混凝剂聚合氯化铝最佳投加量与被除去物质的浓度成反比，即胶粒越多，金属混凝剂投加量越少。混凝剂聚合氯化铝的最佳投加量的方法请参照聚合氯化铝投加量大与小的关系分析。

絮凝动力学

借搅拌使胶体颗粒碰撞后凝聚；设两个球形颗粒在某一时刻朝同一方向运动。速度差为du，相距为dZ，存在一个速度梯度G=du/dZ。
设单位体积颗粒数为n，直径为d，速度梯度为G，则每秒单位体积的碰撞次效为N0=4/3n2d3G
以a0代表颗粒相碰结在一起所需碰撞次数占相碰总次数的比例，则可得到颗粒数因相碰而减少的速率dn/dt为
-dn/dt=a04/3n2d3du/dZ
由于n个直径为d的颗粒在时间t=0时，总容积为一常数δ即 δ=n(πd3/6)
从而 -du/dZ=a08/πnδdu/dZ
积分后得 1n n/n0=-a08/πδdu/dZ
由此，n个颗粒的半衰期为 t1/2=0.693/a0 8/π δdu/dZ
由式可知，同样数目的大颗粒与小颗粒相比，其t1/2相差数量级为(d大/d小)3；由此，直径为10μm的颗粒其半衰期为1μm的1/1000。这就说明随着颗粒的增大，t1/2也就迅速缩短。如在搅拌开始就有大颗粒存在，则颗粒数下降速度必然就很快。
由式可得 G=1n n0/n/a0 8/πδt
如果t以T表示则 GT=1n n0/n/a0 8/πδ
由式知，G值越大，n值就必然越小，说明为得大颗粒，G应高于某一值。但G值太大，就会产生破坏大颗粒的切应力，说明G值应有一个高限。从式知，GT直接反映了在时间T时的n值，它实际上也反映了颗粒大小，也应有高低值。对于混合设备来说，推荐混合时间小于10-30s，G=500-1000s^-1；絮凝阶段G值为20-100s^-1，时间为5-20min。
混凝沉淀烧杯试验；试验用于评价水中胶体和悬浮物的混凝沉淀处理过程，包括:①比较各种混凝剂的效果；②确定最佳投加量；③优化混合条件；④优化絮凝条件；⑤探求混合、絮跪沉淀的合理组合。
速度梯度计算 G=√P/Vμ P=1/32Cdpw3bd^4
式中，G为速度梯度，S^-1；P为搅拌功率，W；V为水样体积，m3；μ为水的动力黏滞系数，Pa·s；Cd为阻力系数，根据具体设备确定；p为水样密度，kg/m3；w为桨叶旋转角速度，s^-1；b为桨叶高度，m；d为桨叶直径，m。
试验方法；根据设定的加药量将药液加至加药试管中，设定试验参数、混合搅拌转速和时间、絮凝搅拌转速和时间、沉淀时间，上述参数按照规定条件进行模拟试脸。
启动搅拌按钮，到达转速时加入药液，记录搅拌时间，观察混凝状况。搅拌完后从烧杯中提出桨叶，同步记录沉淀时间，观察沉淀状况。沉淀完后取水样测浊度、pH值，若试验后水质指标没达到要求，则选定另一系列参数，重复试验。

巩义市泰和水处理材料有限公司专业生产聚合氯化铝、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。

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