在洗煤廠的污水處理中用到的兩種水處理劑——聚鋁和聚丙稀酰胺,其主要的凈水原理是什么?和其反應(yīng)式是什么?
先把兩種藥品混合在一起,再在一定量的水中進(jìn)行稀釋.在稀釋時應(yīng)注意什么?白色的PAM在投放量過大過快時,會不會膠結(jié)在水表面?
聚氯化鋁(PAC)、聚丙稀酰胺(PAM)都是污水處理中常用的混凝劑。
先小談一下混凝機理：
1、壓縮雙電層：膠團(tuán)雙電層的構(gòu)造決定了在膠粒表面處反離子的濃度大，隨著膠粒表面向外的距離越大則反離子濃度越低，終與溶液中離子濃度相等。當(dāng)向溶液中投加電解質(zhì)，使溶液中離子濃度增高，則擴散層的厚度減小。
當(dāng)兩個膠粒互相接近時，由于擴散層厚度減小，ξ電位降低，因此它們互相排斥的力就減小了，也就是溶液中離子濃度高的膠間斥力比離子濃度低的要小。膠粒間的吸力不受水相組成的影響，但由于擴散層減薄，它們相撞時的距離就減小了，這樣相互間的吸力就大了。可見其排斥與吸引的合力由斥力為主變成以吸力為主(排斥勢能消失了)，膠粒得以迅速凝聚。
這個機理能較好地解釋港灣處的沉積現(xiàn)象，因淡水進(jìn)入海水時，鹽類增加，離子濃度增高，淡水挾帶膠粒的穩(wěn)定性降低，所以在港灣處粘土和其它膠體顆粒易沉積。
根據(jù)這個機理，當(dāng)溶液中外加電解質(zhì)超過發(fā)生凝聚的臨界凝聚濃度很多時，也不會有更多超額的反離子進(jìn)入擴散層，不可能出現(xiàn)膠粒改變符號而使膠粒重新穩(wěn)定的情況。這樣的機理是藉單純靜電現(xiàn)象來說明電解質(zhì)對膠粒脫穩(wěn)的作用，但它沒有考慮脫穩(wěn)過程中其它性質(zhì)的作用(如吸附)，因此不能解釋復(fù)雜的其它一些脫穩(wěn)現(xiàn)象，例如三價鋁鹽與鐵鹽作混凝劑投量過多，凝聚效果反而下降，甚至重新穩(wěn)定；又如與膠粒帶同電號的聚合物或高分子有機物可能有好的凝聚效果：等電狀態(tài)應(yīng)有好的凝聚效果，但往往在生產(chǎn)實踐中ξ電位大于零時混凝效果卻好等。
實際上在水溶液中投加混凝劑使膠粒脫穩(wěn)現(xiàn)象涉及到膠粒與混凝劑，膠粒與水溶液，混凝劑與水溶液三個方面的相互作用，是一個綜合的現(xiàn)象。
2、吸附電中和：
吸附電中和作用指粒表面對異號離子，異號膠粒或鏈狀離分子帶異號電荷的部位有強烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了它的部分電荷，減少了靜電斥力，因而容易與其它顆粒接近而互相吸附。此時靜電引力常是這些作用的主要方面，但在不少的情況下，其它的作用了超過靜電引力。舉例來說，用Na＋與十二烷基銨離子(C12H25NH3+)去除帶負(fù)電荷的碘化銀溶液造成的濁度，發(fā)現(xiàn)同是一價的有機胺離子脫穩(wěn)的能力比Na+大得多，Na＋過量投加不會造成膠粒再穩(wěn)，而有機胺離子則不然，超過一定投置時能使膠粒發(fā)生再穩(wěn)現(xiàn)象，說明膠粒吸附了過多的反離子，使原來帶的負(fù)電荷轉(zhuǎn)變成帶正電荷。鋁鹽、鐵鹽投加量高時也發(fā)生再穩(wěn)現(xiàn)象以及帶來電荷變號。上面的現(xiàn)象用吸附電中和的機理解釋是很合適的。
3、吸附架橋作用：
吸附架橋作用機理主要是指高分子物質(zhì)與膠粒的吸附與橋連。還可以理解成兩個大的同號膠粒中間由于有一個異號膠粒而連接在一起。高分子絮凝劑具有線性結(jié)構(gòu)，它們具有能與膠粒表面某些部位起作用的化學(xué)基團(tuán)，當(dāng)高聚合物與膠粒接觸時，基團(tuán)能與膠粒表面產(chǎn)生特殊的反應(yīng)而相互吸附，而高聚物分子的其余部分則伸展在溶液中，可以與另一個表面有空位的膠粒吸附，這樣聚合物就起了架橋連接的作用。假如膠粒少，上述聚合物伸 展部分粘連不著第二個膠粒，則這個伸展部分遲早還會被原先的膠粒吸附在其他部位上，這個聚合物就不能起架橋作用了，而膠粒又處于穩(wěn)定狀態(tài)。高分子絮凝劑投加量過大時，會使膠粒表面飽和產(chǎn)生再穩(wěn)現(xiàn)象。已經(jīng)架橋絮凝的膠粒，如受到劇烈的長時間的攪拌，架橋聚合物可能從另一膠粒表面脫開，重又卷回原所在膠粒表面，造成再穩(wěn)定狀態(tài)。
聚合物在膠粒表面的吸附來源于各種物理化學(xué)作用，如范德華引力、靜電引力、氫鍵、配位鍵等，取決于聚合物同膠粒表面二者化學(xué)結(jié)構(gòu)的特點。 這個機理可解釋非離子型或帶同電號的離子型高分子絮凝劑能得到好的絮凝效果的現(xiàn)象。
4、沉淀物網(wǎng)捕機理
當(dāng)金屬鹽(如硫酸鋁或氯化鐵)或金屬氧化物和氫氧化物(如石灰)作凝聚劑時，當(dāng)投加量大得足以迅速沉淀金屬氫氧化物(如Al(OH)3、Fe(OH)3、Mg(OH)2或金屬碳酸鹽(如CaCO3)時，水中的膠粒可被這些沉淀物在形成時所網(wǎng)捕。當(dāng)沉淀物是帶正電荷(Al(OH)3及Fe(OH)3在中性和酸性pH范圍內(nèi))時，沉淀速度可因溶液中存在陰離子而加快，例如硫酸銀離子。此外水中膠粒本身可作為這些金屬氧氧化物沉淀物形成的核心，所以凝聚劑佳投加量與被除去物質(zhì)的濃度成反比，即膠粒越多，金屬凝聚劑投加量越少。
以上介紹的混凝的四種機理，在水處理中常不是單獨孤立的現(xiàn)象，而往往可能是同時存在的，只是在一定情況下以某種現(xiàn)象為主而已，目前看來它們可以用來解釋水的混凝現(xiàn)象。但混凝的機理尚在發(fā)展，有待通過進(jìn)一步的實驗以取得更完整的解釋。
再來談以下鋁鹽的水解過程：
所有金屬陽離子不論以何種藥劑形態(tài)圖投加，它們在水中都以三價鋁[Al(Ⅲ)]和三價鐵[Fe(Ⅲ)]的各種化合物存在。以鋁鹽為例，在水溶液中即使Al(Ⅲ)以單純離子狀態(tài)存在，也不是Al3+而是以Al(H2O)63+,水合鋁絡(luò)合離子狀態(tài)存在。
當(dāng)pH值<3時，在水中這種水合鋁絡(luò)離子將是主要形態(tài)，如pH升高，水合鋁絡(luò)離子就會發(fā)生配位水分子離解(即水解過程)，生成各種羥基鋁離子，pH值再升高，水解逐級進(jìn)行，從單核單羥基水解成單核三羥基，終將產(chǎn)生氫氧化鋁化學(xué)沉淀物而析出。
實際上的反應(yīng)比上面的反應(yīng)還要復(fù)雜得多，當(dāng)pH>4值時，羥基羥離子增加，各離子的羥基之間可發(fā)生架橋連接(羥基架橋)產(chǎn)生多核羥基絡(luò)合物，也即高分子縮聚反應(yīng)。
從生成物[Al2(OH)2(H2O)5]4+還可進(jìn)一步被羥基架橋成[Al3(OH)4(H2O)10]5+。與此同時，生成的多核聚合物還會繼續(xù)水解 。
所以水解與縮聚兩種反應(yīng)交錯進(jìn)行，終結(jié)果產(chǎn)生聚合度極大的中性氫氧化鋁。當(dāng)基數(shù)量超過其溶液度時，即析出氫氧化鋁沉淀物。
根據(jù)以上所述，在整個反應(yīng)中，像Al3+、Al(OH)2+、Al(OH)3、Al(OH)4-等簡單成分以及多種聚合離子，如[(Al(OH)14]4+、[A17(OH)17]4+、[Al8(OH)20]4+、[Al13(OH)34]5+等成分，都會同時出現(xiàn)，它們必然會對混凝過程起作用，共中高價的聚合正價離子對中和粘土膠粒的負(fù)電荷，以及壓縮其雙電層的能力都很大，促進(jìn)了混凝。
當(dāng)產(chǎn)生無機聚合物帶有負(fù)價離子時，不可能靠電荷中和作用，而主要靠吸附架橋的作用使粘土膠粒脫穩(wěn)。
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