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    水質(zhì)凈化的化學絮凝機理：

    膠體穩(wěn)定性,系指膠體粒子在水中長期保持分散懸浮狀態(tài)的特性。膠體穩(wěn)定性分“動力學穩(wěn)定”和“聚集穩(wěn)定”兩種。動力學穩(wěn)定系指顆粒布朗運動對抗重力影響的能力,粒子愈小,動力學穩(wěn)定性愈高。顆粒間的排斥能是影響絮凝的重要參數(shù),可以表示為:

    VR=1/2rDu2ln[1+exp(-KH)](2-1)

    式中:VR---顆粒間的排斥能,erg,1erg=10-7J；

    r---顆粒的半徑,cm；

    D---水的介電常數(shù)；

    u---吸附層和擴散層界面上的電位(靜電電位)；

    K---離子云的厚度,cm；H---顆粒間的最短距離。

    兩個膠體顆粒之間,還存在相互吸引能,它的大小與顆粒間的距離有關(guān)。當兩個球形顆粒的體積相等,距離非常小的情況下,其吸引能可以表示為:

    VA=-Ar/12H(2-2)

    式中:A---范德華常數(shù),A=10-12erg；

    r---顆粒德半徑,cm；

    H---顆粒間的最短距離；當兩個顆粒之間的距離非常小時,顆粒間的相互作用能VT可以用以下公式計算:

    VT=1/2rDu2ln[1+exp(-KH)]-Ar/12H(2-3)

    根據(jù)式(2-3),可以計算并繪出顆粒表面電荷相互作用能曲線,如下圖所示：

    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

    一顆粒間的距離很大和很小時,相互作用能以吸引能為主,能夠形成絮凝體；當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到第一個或第二個最小能量值時,便產(chǎn)生絮凝沉淀,為了使顆粒脫穩(wěn)而加入絮凝劑,其主要作用就是減少或消除處于中等距離上的排斥能,使得它們之間以吸引能為主,以便于顆粒聚集和絮凝；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是凝聚和絮凝的最大能量障礙。

    微細粒子的表面電荷經(jīng)中和后，利用粒子與粒子間彼此微弱的范德華吸引力而形成凝集作用。這種力量非常薄弱，容易受到機械力的破壞，、凝結(jié)作用通常發(fā)生在快混池中�？旎斓哪康氖且�使凝結(jié)劑能完全分散于水中，并以最快的速度得到最有效的凝結(jié)作用。其滯留時間通常僅0.5～5 min。凝結(jié)過程可借助化學藥劑的加入而完成，化學藥劑如硫酸鋁A12(SO4)3、硫酸亞鐵(FeSO4)、氯化亞鐵(FeCl2)、高分子聚電解質(zhì)、活性硅及其他(如石灰等)。
    凝結(jié)作用的發(fā)生，可能具有以下的反應(yīng)機理：①絡(luò)合離子的形成；②質(zhì)子的轉(zhuǎn)移；③靜電吸引；④離子隅形成；⑤Zeta電位的降低。架橋作用在兩個或多個固體微細粒子間，利用絮凝劑起架橋作用，使微細粒。子聚集而成較大顆粒的絮體。這種反應(yīng)須在絮凝池中通過完全攪拌來完成．滯留時間20～60min。高分子聚電解質(zhì)的絮凝現(xiàn)象又可分為架橋作用及電性中和作用。中性高分子聚合物大多只有架橋作用，而陽性及陰性聚合物除了架橋作用外，尚有電性中和作用。如果凝結(jié)及絮凝過程的設(shè)計或操作不適當，則可能不會發(fā)生凝集現(xiàn)象，在沉降過程中的固液相分離將會失敗。影響凝結(jié)及絮凝的主要因素可能有：①攪拌能量；②攪拌時間；③絮凝劑及反應(yīng)物的濃度；④pH值；⑤污泥濃度。
    當吸附粒子發(fā)生凝集作用時，有化學反應(yīng)及物理反應(yīng)等機理。①化學反應(yīng)機理。假設(shè)粒子以明確的化學結(jié)構(gòu)凝集，并由于彼此間的化學反應(yīng)(如錯離子的形成及質(zhì)子的轉(zhuǎn)移等)造成膠質(zhì)粒子的不穩(wěn)定狀態(tài)。②物理反應(yīng)機理。由于存在雙電層及某些物理因素(如反離子吸附、離子隅的形成及泳動電位的降低)，當與膠質(zhì)粒子具有不同電性的離子加入溶液中時，會發(fā)生凝結(jié)作用。發(fā)生凝結(jié)作用時，膠體粒子必失去穩(wěn)定作用或發(fā)生電性中和，不穩(wěn)定的膠體粒子再互相碰撞而形成較大的顆粒。膠體粒子的大小變化很大。當其顆粒較小時，較難以去除。當顆粒較大時，由于質(zhì)量與表面電荷的比也大，因此它不會具有足夠的表面電荷來造成粒子彼此間的排斥力。而粒子顆粒越小，其質(zhì)量與表面電荷的比越低，因之表面電荷有足夠的相互排斥力，阻止凝集現(xiàn)象發(fā)生。此時只有加人絮凝劑，才能幫助其凝集。當加人絮凝劑時，它會離子化，并與粒子表面形成價鍵。為克服粒子彼此間的排斥力，絮凝劑會由于攪拌及布朗運動而使得粒子間產(chǎn)生碰撞。當粒子逐漸接近時，氫鍵及范德華力促使粒子結(jié)成更大的顆粒。碰撞一旦開始，粒子便經(jīng)由不同的物理、化學作用而開始凝集，較大顆粒粒子從水中分離而沉降。
    沉降作用
    絮體一旦形成，便需在靜止狀態(tài)下借重力而沉降。由絮體沉降的快慢可測知形成絮體的大小，絮體沉降速度必會影響到澄清池的效率。利用量筒及秒表，可測知絮體的沉降速度及膠凝程度。在傳統(tǒng)水平流向澄清池中，如果絮體具有足夠的沉降速度，能于較短時間在沉降區(qū)域內(nèi)完全沉淀下來，則可得非常清澈的水質(zhì)。
    在上層流向污泥層澄清池中，膠凝粒子可由存于底層的污泥層過濾掉。在上層流向固體粒子接觸反應(yīng)器澄清池中，污泥床無過濾作用，但由于延伸粒子的不斷碰撞接觸，增加了形成較大絮體的機會。澄清水的分離作用是一種動力破壞行為。澄清水分子比絮體輕，它們會繼續(xù)上升。當跑出攪拌帶之外時，水流的速度會降低，較重粒子上升的速度會減緩下來，然后開始往下沉，可能沉降于沉淀池底或停留于污泥床帶。