凝血过程

的不稳定对胶体的加入应与反离子的应用结合进行完整的混凝过程。有四种方法用于实现这一过程:双层压缩、电荷中和、在沉淀物中的包裹和粒子内桥接。

当分散介质中反离子浓度较小时，双层电层厚度较大。由于双层电层较厚，两个接近的胶体粒子不能相互靠近，因此胶体是稳定的。现在，想象添加更多的反离子。当浓度增加时，一次电荷和加入的反离子之间的吸引力增加，导致双层收缩。然后该层被称为压缩。由于不断加入更多的反离子，层被充分压缩，当范德华力超过斥力和凝固结果时，就会到来。

胶体的电荷也可以通过加入具有直接中和能力的带相反电荷的离子来直接中和吸附到胶体表面。例如，带正电的十二烷基铵，C12H25NH+，往往是疏水的，因此，直接渗透到胶体表面并中和它。这被称为电荷的直接中和，因为反离子已经直接渗透到主电荷中。另一种直接中和电荷的方法是使用电荷相反的胶体。直接电荷中和和双层压缩可以相互补充。

一些金属盐(如Al(III)和Fe(III))的阳离子的一个特点是加入水中会形成沉淀物。为了使这种沉淀发生，胶体颗粒可以作为成核位点的种子，从而在沉淀形成时将胶体包裹起来。此外，如果其中几个粒子被困住并且彼此靠近，由于靠近，可以通过直接结合来凝固。

最后一种混凝方法是粒子内桥接。桥接分子可以将胶体粒子连接到一个活性位点，并将第二个胶体粒子连接到另一个活性位点。活性位点是分子中的一个点，粒子可以通过化学键或物理连接连接在这里。如果两个位点彼此靠近，胶体可能发生凝固;或者，动能运动可能会使桥状组件围绕在周围，导致附着的胶体结合，因为现在它们相互碰撞，从而产生凝固。

12.4.1凝固过程的混凝剂

电解质和聚电解质用于凝固胶体。电解质是一种物质，当它被置于溶液中时，由于它所具有的电荷而使溶液导电。聚电解质是在分子中具有多个电解位点的聚合物，聚合物是分子连接在一起形成更大的分子。由于电荷的存在，电解质和聚电解质凝固并沉淀胶体。电解质的凝固能力可以用Schulze-Hardy规则来总结:胶体的凝固受到添加的电解质中电荷与胶体粒子电荷相反的离子的影响;这种离子的作用随着所带电荷的数量而显著增加。因此，比较AlCl3和Al2(SO4)3对正电荷胶体的凝固效果，后者的效果是前者的30倍，因为硫酸盐有两个负电荷，而氯化物只有一个负电荷。然而，在混凝负胶体时，两者的混凝能力大致相同。

水和废水处理中最重要的混凝剂是明矾、硫酸铁(硫酸亚铁)、硫酸铁和氯化铁。稍后，我们将更详细地具体讨论这些混凝剂的化学反应。也使用了其他混凝剂，但由于费用高，它们的使用仅限于小型装置。例如铝酸钠，NaAlO2;氨明矾Al2(SO4)3•(NH4)2•24H2O;碳酸钾Al2(SO4)3•K2SO4•24H2O。铝酸钠与硫酸铝和二氧化碳的反应为:

6NaAlO2 + Al2(SO4)3•14.3H2O ^ 8Al(OH)3 + 3Na2SO4 + 2.3H2O (12.1) 2NaAlO2 + CO2 + 3H2O ^ 2Al(OH)31 + Na2CO3 (12.2)

12.4.2助凝剂

沉降池中絮凝体沉降缓慢，易被水力剪切破碎，沉降困难。由于这些原因，通常使用助凝剂。用酸和碱来调节pH值至最佳范围。用来降低pH值的典型酸是硫酸和磷酸。用来提高pH值的典型碱是石灰和纯碱。聚电解质也可用作助凝剂。阳离子形式已成功地用于某些水域，不仅作为助凝剂，而且作为主要的混凝剂。与凝胶状、体积大的明矾污泥相比，使用阳离子聚电解质产生的污泥密度大，易于脱水，便于后续处理和处置。阴离子和非离子聚电解质通常与初级金属混凝剂一起使用，以提供有效混凝的粒子桥接。一般来说，使用聚电解质助凝剂可产生较硬且沉降良好的絮凝体。

活性二氧化硅和粘土也被用作助凝剂。活性二氧化硅硅酸钠用硫酸、硫酸铝、二氧化碳或氯处理过的。当使用活化二氧化硅时，会产生稳定的负溶胶。这种溶胶与带正电荷的原生金属混凝剂结合，产生更坚硬、更致密和更快沉降的絮凝体。

膨润土已被用作助凝剂，与铁和矾原生混凝剂一起用于处理高颜色、低浊度和低矿物含量的水。低浊度的水通常很难凝固。膨润土作为一种加重剂，可以改善沉降性产生的絮凝体。

12.4.3快速混合完全凝固

如果化学物质不能迅速分散在整个混合槽中，凝血就不会那么有效。这种在罐内快速混合混凝剂的过程称为快速混合或闪混。快速混合使化学物质立即分布在混合罐的整个体积内。此外，在混凝之后还应进行絮凝，使混凝过程中形成的微小颗粒团聚。

如果仅仅允许混凝剂反应发生在容器的一部分，因为没有快速混合，而不是在整个体积中扩散，那么上面讨论的完全混凝的所有四种机制都不会被利用。例如，电荷中和不会在容器的所有部分被利用，因为当混凝剂到达有问题的点时，电荷中和的反应已经在某个地方发生了。

粒子间桥接将不会那么有效，因为没有快速混合的力，围绕桥接的力将不会那么强。胶体颗粒将不能有效地用作成核位点的种子，因为如果没有快速混合，凝结剂可能只是停留在一个地方。最后，由于快速混合，如果没有力的帮助，双层的压缩将不会那么有效。快速混合的力量有助于推动两种胶体相互靠近，从而加强凝固。因此，由于上述原因，混凝应在快速混合槽中进行。

12.4.4罐子测试

在实践中，无论使用何种混凝剂或助凝剂，最佳剂量和pH值都是通过瓶试验确定的。这包括4到6个烧杯(例如1000毫升的体积)，里面装满了不同剂量的原水。每个烧杯都配备了一个变速搅拌器，能够从0到100转/分操作。

在剂量引入后，内容物以约60至80转/分的速度快速混合一分钟，然后允许混合絮凝物以30转/分的转速运转15分钟。停止搅拌后，观察并记录絮凝体的性质和沉降特征，定性为差、一般、好或极好。样品模糊表示凝血能力差;适当凝固的样品表现为形成良好的絮凝体，絮凝体之间有清水快速沉降。最低剂量的化学品和pH值，产生所需的絮凝体和透明度代表最佳。然后将这个最佳剂量作为工厂实际运行的剂量。图12.5为一个罐子测试装置的图片。

继续阅读:亚铁离子的化学反应

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