混凝及膠凝實(shí)驗(yàn)

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1、混凝及輙混凝及膠凝是水及廢水處理中相當(dāng)重要的一項(xiàng)程序，此項(xiàng)程序主要是去除水屮分散而不易沉降的懸浮固體物質(zhì),這些不易沉降的懸浮固體物質(zhì)其顆粒大小介於().lnm(10'7mm)至1()()“m(10"mm)之問。而膠體顆粒的大小介於lnm(10'6mm)至l“m(l(y%ni)之間，在整個(gè)不易沉降的懸浮固體物質(zhì)中佔(zhàn)有相當(dāng)大的比例。由於膠體粒子很小，而每單位體積之膠體粒子含有相當(dāng)大的表面積(亦即具有相當(dāng)大的比表面積)，此項(xiàng)特性使得膠體粒子在水中具有吸附水分子或離子的能力，也使得膠體粒子在水中成爲(wèi)帶電體。膠體粒子之帶電性可

2、以爲(wèi)正電荷或是負(fù)電荷，其電荷種類及電荷大小依膠體物質(zhì)之種類及周圍溶液之特性而定o膠體粒子表面吸附的水層或相反離子層稱爲(wèi)固定層(fixedlayer)，此層與外界游離水的界面稱爲(wèi)剛液面(rigidsolutionlayer)或剪力［fi(planeofshear)。爲(wèi)維持溶液之電中性，於固定層外面吸附有與膠體粒子相反電荷之反離子(counter-ion)，其範(fàn)圍稱爲(wèi)反離子擴(kuò)散層(diffuselayerofcounter-ion)，固定層與反離子擴(kuò)散層合稱爲(wèi)電雙層(electricaldoublelayer)°膠體粒子

3、依其對(duì)水的親和性'可以區(qū)分爲(wèi)親水性(hydrophilic)膠體及疏水性(hydrophobic)膠體，親水性膠體因爲(wèi)其周吸附有一水層'形成膠體粒子間接觸凝聚的障礙'使得膠體粒子保持分散狀態(tài)'這是親水性膠體粒子在水溶液中保持穩(wěn)定而不易沉降的原因造成。疏水性膠體則靠著電雙層的互斥作用而保持穩(wěn)定。二?混凝及膠凝作用混凝的意義就是要打破膠體粒子的穩(wěn)定狀態(tài)，也就是降低粒子與粒子間的互斥電位'使粒子能相互接觸而凝聚。讓凝聚後的膠羽成爲(wèi)較大的個(gè)體而增加其沉降速度，稱爲(wèi)膠凝。降低粒子間互斥電位的方法有增加電荷或是電解質(zhì)濃度，這些電

4、解質(zhì)通稱爲(wèi)混凝劑(coagulant)，爲(wèi)了增加電荷，常被用做爲(wèi)混凝劑的電解質(zhì)有三價(jià)的鐵鹽或鋁鹽。當(dāng)混凝劑加入水或廢水中時(shí)'即發(fā)生膠體之去穩(wěn)定化作用(destabilization)並形成膠羽。膠體去穩(wěn)定化的反應(yīng)機(jī)構(gòu)有以下的幾種方式:1.壓縮電雙丿當(dāng)加入高離子強(qiáng)度的電解質(zhì)至水中時(shí)，會(huì)使得膠體粒子所吸附的反離子擴(kuò)散層具有較高濃度的電荷，爲(wèi)維持溶液的電中性,其擴(kuò)散層的體積勢(shì)必減少，因而壓縮電雙層厚度'造成粒子與粒子間的互斥力降低'增加膠體粒子凝聚的機(jī)會(huì)。2?吸附及電價(jià)中和加入適量的混凝劑可以獲得良好的混凝效果，但如果加藥

5、量過多時(shí)則會(huì)產(chǎn)生再穩(wěn)定化(restabilization)的現(xiàn)象。例如帶正電的有機(jī)化合物十二烷鍰離子(G2H25NH3+)爲(wèi)疏水性離子，能吸附在帶負(fù)電的混濁粒子上，成爲(wèi)中性並凝聚在一起。但如果加入過量的十二烷銭離子，則又成爲(wèi)帶止電而穩(wěn)定的離子。3?沈澱絆除當(dāng)加入高劑量的鐵鹽或鋁鹽混凝劑時(shí)'若溶液中的金屬離子與氫氧根離子的濃度乘積大於金氫氧化物之溶解度積常數(shù)時(shí)(Ksp)，則會(huì)以膠體粒子爲(wèi)核心形成沈澱物而沉降，同時(shí)於沉降過程屮造成掃曳絆除(sweep)，截流膠體而使其產(chǎn)生沉降。4.吸附及架橋作用此種機(jī)構(gòu)主要發(fā)生在長鏈且?guī)?/p>

6、電的高分子有機(jī)聚合物上。其作用主要是利用聚合物之結(jié)構(gòu)鏈上具有可吸附膠體之活性空位(activesites)，可在兩個(gè)膠體粒子間形成架橋作用。藉此空位之一連串吸附作用形成較大之膠羽，而達(dá)到混凝之目三、混凝劑一般常用的混凝劑主要爲(wèi)鐵鹽或鋁鹽'當(dāng)混凝劑加入水中後即產(chǎn)牛?游離，金屬離子進(jìn)行水解產(chǎn)生多價(jià)且電荷爲(wèi)正價(jià)之輕(〈一巧)基一金離子錯(cuò)合物'這些化合物可以Me/OH)尸表示，例如：鋁鹽加入水中後形成A16(OH)153+、A17(OH)174+、A18(OH)204+、A113(OH)3產(chǎn)等瘵基一鋁離子錯(cuò)合物'鐵鹽加入水中

7、後形成Fe2(OH)24+及Fe2(OH)45+等幾基—鐵離子錯(cuò)合物。這些幾基—金離子錯(cuò)合物被吸附於負(fù)價(jià)電荷的膠體粒子表面'因而降低界達(dá)電位'使得粒子與粒子間的互斥力降低，兇而破壞膠體粒子的穩(wěn)定狀態(tài)'在藉由膠體粒子間的凡得瓦力而互相凝聚。以下爲(wèi)幾種常見混凝劑的的特性及其與鹼度間之化學(xué)反應(yīng)。(一)、硫酸鋁(AluminumSulfate，AlumA1(SO4)3」8比0)硫酸鋁又稱明礬，價(jià)廉、無毒，加入後不增加水中的色度，還兼具有有脫色的作用，用法簡單'可以大量使用，同時(shí)可以適用各種原水水質(zhì)，是淨(jìng)水程序中最普遍使用之混

8、凝劑。使用硫酸鋁時(shí)水中須有足夠之鹼度'才能反應(yīng)產(chǎn)生金氧化物的沈澱。產(chǎn)生膠羽的化學(xué)反應(yīng)如-卜?:Al2(SO4)3A8H2O+3Ca(HCO3)2T2A/(OW)3+3Ca5O4+6CO2+18H2O若水屮無足夠的鹼度時(shí)廠可以加入消石灰(Ca(OH)2)，產(chǎn)生OH一鹼度，或加入蘇打灰產(chǎn)生CO3厶鹼度，其反應(yīng)如下：A/2(5O4)3-187720+