聚合氯化鋁在水處理中的作用機(jī)理

聚合氯化鋁廣泛應(yīng)用于廢水、清水處理中用作水處理絮凝劑。有關(guān)鋁鹽凝聚絮凝作用機(jī)理的研究成果大多都是來自于水處理混凝領(lǐng)域，O’Melia在總結(jié)長(zhǎng)期以來許多研究者所提出的混凝作用機(jī)理后，認(rèn)為混凝過程中主要存在以下四種作用機(jī)理。

1 雙電層壓縮理論

雙電層壓縮理論認(rèn)為膠體顆粒間的相互作用力主要來自于范德華引力和靜電斥力，當(dāng)溶液中含有與膠體電荷相反的電解質(zhì)時(shí)，膠體顆粒表面雙電層中的擴(kuò)散層因反離子(與膠體顆粒電性相反)作用而被壓縮，電位降低。當(dāng)水中電解質(zhì)濃度增加到某一數(shù)值時(shí)，膠體顆粒相互靠近，體系發(fā)生快速凝聚絮凝作用，使膠體顆粒發(fā)生凝聚所需的較低電解質(zhì)濃度稱為臨界凝聚濃度。雙電層壓縮理論忽視了水中反離子水解形態(tài)的專屬化學(xué)吸附作用，認(rèn)為導(dǎo)致凝聚作用的主要是一些如Al3+、Fe3+離子等高價(jià)金屬離子壓縮雙電層作用的結(jié)果。

2 電中和/吸附理論

電中和/吸附理論強(qiáng)調(diào)膠體微粒與絮凝劑水解產(chǎn)物之間存在某種專屬化學(xué)作用，即形成某種離子化合態(tài)，吸附在膠體顆粒表面并中和其負(fù)電荷，使膠體顆粒脫穩(wěn)而隨即發(fā)生絮凝作用。電中和/吸附理論可以解釋物理理論所不能解釋的現(xiàn)象，并已廣泛用于解釋各種水解金屬鹽凝聚劑對(duì)膠體顆粒產(chǎn)生的凝聚脫穩(wěn)作用。該理論認(rèn)為，膠體顆粒發(fā)生凝聚脫穩(wěn)作用，除靜電作用力外，較重要的是其專屬化學(xué)作用，如表面絡(luò)合、離子交換吸附、共價(jià)鍵合等等。

3 吸附架橋理論

吸附架橋理論是在電中和/吸附理論的基礎(chǔ)上提出的，主要用于解釋有機(jī)高分子聚合物對(duì)膠體顆粒產(chǎn)生的凝聚絮凝作用。該理論著重強(qiáng)調(diào)了同種電荷的高分子絮凝劑與膠體顆粒的化學(xué)吸附架橋作用，其作用原理是伸展在溶液中的長(zhǎng)鏈狀聚合物分子的各活性基團(tuán)可同時(shí)占據(jù)膠體表面一個(gè)或多個(gè)吸附位，或同時(shí)占據(jù)兩個(gè)或更多個(gè)膠粒，通過膠體顆粒間的“架橋”方式將多個(gè)顆粒隨意地束縛在聚合物分子活性鏈節(jié)、尾端各活性基團(tuán)上，從而形成橋聯(lián)狀的粗大絮狀物。在高分子絮凝劑對(duì)膠體的絮凝過程中，陽(yáng)離子型絮凝劑對(duì)帶負(fù)電荷膠粒的絮凝可看作為電中和/吸附凝聚與架橋絮凝的綜合作用結(jié)果，其兩者間作用的強(qiáng)弱明顯取決于分子量及其所含離子官能團(tuán)的種類及數(shù)量。

4 卷掃絮凝理論

卷掃絮凝理論認(rèn)為當(dāng)金屬鹽絮凝劑，如鋁鹽或鐵鹽的劑量超過其溶度積時(shí)，產(chǎn)生氫氧化物沉淀，由于初生的絮狀金屬氫氧化物擁有很大的表面積且仍帶有一定的正電荷量，故具有一定的靜電粘附能力，因此在沉淀物形成過程中，膠體顆�？梢酝瑫r(shí)粘附、卷掃在沉淀物中迅速沉淀。該理論主要是用于解釋在高pH值時(shí)的各種水解金屬鹽沉淀絮體與膠體顆粒間產(chǎn)生的異相凝聚絮凝作用，它實(shí)際是凝聚脫穩(wěn)及絮凝沉淀綜合作用的結(jié)果。

以上所述的四種絮凝機(jī)理各自解釋了凝聚絮凝過程中的絮凝劑與膠體顆粒相互作用的機(jī)理。實(shí)際上，四種作用機(jī)理是有機(jī)聯(lián)系的，無論是作為絮凝劑還是作為施膠沉淀劑、助留助濾劑，往往是幾種機(jī)理綜合作用或在某種環(huán)境中以某種機(jī)理為主，因此其使用效果不僅取決于所使用絮凝劑的物化特性，也與處理對(duì)象的化學(xué)環(huán)境有密切的關(guān)系。