工业原水处理技术中常用的水处理药剂-混凝剂介绍

向工业水中投加各种化学水处理药剂后，由于压缩双电层降低电动电位，甚至达到等电位，或者由于吸附架桥作用，或者由于沉淀卷扫作用，使水溶胶脱稳，产生胶粒凝聚和絮凝，最终到沉淀分离，除去细微颗粒和胶体物，使水变清，这些药剂统称混凝剂。它包括凝聚剂、絮凝剂、助凝剂等。这些药剂中有的主要起压缩双电层作用，如高加电解质；有的主要起吸附架桥作用，如有机高分子电解质；有的即起压缩双电层作用也起吸附架桥作用，当投入量较多时，还起卷扫作用，如铝盐等。当然由于混凝机理比较复杂，几种作用常常先后综合发生，因此很难截然分开。

一、水处理药剂-铝盐

       常用的水处理药剂铝盐有Al₂(SO₄)₃•16H₂O，明矾Al₂(SO₄)₃•K₂SO₄•24H₂O，以及聚合氯化铝等。下面介绍聚合氯化铝。

    聚合氯化铝又称碱式氯化铝，其分子式为［Al₂(OH)_nCl_6-n］_m  ，其中n为1～5之间的人一整数，m为≤10的整数，该式表示为m个Al₂(OH)_nCl_6-n（称羟基氯化铝）单体的聚合物。因此聚合氯化铝实际上是一种无机高分子聚合物。分子式中OH^-与Al³⁺的比值对混凝效果有很大影响，一般以碱化度B来表示，即

    B= ×100％               例如：n＝4时，则B=×100％＝66.7%

    通常要求聚合氯化铝中含Al₂O₃在10％以上，碱化度B在50～80％，不溶物在1％以下。

       聚合氯化铝对高浊度、低浊度、高色度及低温水都有较好的混凝效果。它形成絮凝体（又称矾花）快且颗粒大而重，易沉淀，投加量比硫酸铝低，使用的PH范围较宽，在5～9之间，而且还可以根据所处理的工业水水质不同，制取最适宜的聚合氯化物，而硫酸铝则不能。加入量也不宜过多，否则会引起水法浑。

       聚合氯化铝在水中都不是以单纯的Al³⁺离子存在，而主要是以三价铝的化合物，即水合铝络合离子Al(H₂O)₆³⁺状态存在。当PH＜3时，这种形态是主要的。当PH升高时，Al(H₂O)₆³⁺离子发生水解生成羟基铝离子，随着PH值的升高，水解逐级进行，最终生成氢氧化铝沉淀物而析出，其反应如下：

Al(H₂O)₆³⁺ ［Al（OH）(H₂O)₅］²⁺＋H⁺

       ［Al（OH）(H₂O)₅］²⁺ ［Al（OH）₂(H₂O)₄］⁺＋H⁺

       ［Al（OH）₂(H₂O)₄］⁺ Al（OH）₃(H₂O)₃＋H⁺

实际上反应比上述反应式要复杂得多，在反应中OH^－增加时，它们之间可发生架桥连接，产生多核羟基络合物，也即高分子缩聚反应。

                                                 OH

    2［Al（OH）(H₂O)₅］^2＋  ［(H₂O)₄Al                   Al(H₂O)₄］^4＋＋2 H₂O

                                                                                     OH

OH

［(H₂O)₄Al                      Al(H₂O)₄］^4＋还可进一步被羟基架桥成［Al₃(OH)₄(H₂O)₁₀］^5＋，

OH

而生成的多核聚合物又会水解，在反应中水解和缩聚交错进行，最终生成中性氢氧化铝而沉淀。

       在以上反应中出现的各种Al^3＋的化合物以及多种高价聚合阳离子都会压缩胶粒上的双电层，或产生吸附架桥等混凝作用，形成絮凝体，并有小变大，最终被沉淀分离。

       上述水解反应中，不断有H^＋离子解离出来，这会降低水的PH值，对水解不利，对最终形成Al(OH)₃不利，故有时需要添加一些石灰，以提高PH，满足水解反应的需要。否则进入循环冷却水系统后，由于循环冷却水PH值自然升高，在换热系统中有氢氧化铝沉淀，产生污垢。

       二、水处理药剂-有机高分子絮凝剂

       水处理药剂-有机高分子絮凝剂对胶团可起到压缩扩散层作用，还可对胶粒起粘结架桥作用，使胶粒脱稳形成絮凝体。这类高分子物质有天然的动物胶、淀粉、藻朊酸钠等。也由人工合成的如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚乙烯亚胺等。它们度使水溶性的线型高分子物质。其中最常见的是聚丙烯酰胺，其分子式为：                                                       

［CH₂——CH₂］ COONH2

    分子量在150万～800万之间。它溶于水中不会电离，因此称非离子型的，也有称它为三号絮凝剂。

    聚丙烯酰胺在水中对胶粒有较强的吸附结合力，同时它是线性的高分子，在溶液中能适当伸展，因此能很好的发挥吸附架桥的絮凝作用。将聚丙烯酰胺通过加碱水解，其反应为：

              ［CH₂——CH₂］_n    +nH₂O＋nNaOH          ［CH₂—CH—CH₂—CH］_n ＋n NH₄OH

                  COONH₂                              COONH₂

       水解产物上的—COONa基团在水中离解成—COO^— ，从而使非离子型的聚丙烯酰胺变成带有阴离子的羧酸基团。这些带阴离子的基团由于同电相斥，使线性高分子能充分伸展开，更有利于吸附架桥，增加混凝效果。但水解不能过分，因基团带电性过强对絮凝反起阻碍作用，通常认为通过水解，使酰胺基团约有30～40％转化为羧酸基团，在与铝盐或铁盐配合使用，混凝效果更显著。

       由于水中许多胶粒带有负电性，而阴离子型聚丙烯酰胺有强烈吸附作性，所以仍能产生絮凝作用。如果是阳离子型，不仅有吸附架桥作用，还能对胶粒起电性中和的脱稳作用，因此，现在已开发出阳离子型聚丙烯酰胺，其混凝效果更为显著。

       在使用上述各种水处理药剂-混凝剂时，为提高混凝效果，常需复配使用，如以铝盐或铁盐为主的混凝剂在添加微量（几个ppm）有机高分子混凝剂，这样可使铝盐或铁盐所形成的细小松散絮凝体在高分子混凝剂强烈吸附架桥作用下变得粗大而密实，有利于重力沉降，提升工业水处理品质。又如使用亚铁盐时为提高其混凝效果，常通氯使Fe²⁺氧化为Fe³⁺，还有为了控制良好的反应条件，常添加强碱，以提高工业水的PH。对于这些微量的高分子混凝剂、氯和强碱等物质又称助凝剂。