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絮凝
圖片來自pixnet

水處理時,會透過常不同藥劑進行絮凝以利除去水中懸浮物質,例如為混擬使用之硫酸鋁氯化鐵PAC等混擬劑等,以及強化膠凝作用之各種助凝劑等,為調整酸鹼度之石灰蘇打鹼劑,或硫酸等酸劑、消毒用之氯劑,吸附用之活性炭等等,該等藥劑,或為液體,或為固體均應依一定之劑量連續或間歇性注入處理水體進行淨化工作,為此淨水廠內就需要不同用途之加藥設備。[1]

藥品處理設備處應不同水質處理之需要,根據實驗比較效果與經濟所得最合適之藥品及劑量配置外,應同時考慮選用其他藥品及劑量之可能性,為藥劑應在衛生上對水質無不良影響者為限。

絮凝與反絮凝

微粒表面帶有同種電荷,在一定條件下相互排斥而穩定。雙電層的厚度越大,則相互排斥的作用力就越大,微粒就越穩定,在體系中加入一定量的某種電解質,可能和微粒表面的電荷,降低表面帶電量、降低雙電層的厚度,使微粒間的斥力下降,出現絮狀聚集,但振搖後可重新分散均勻。這種現象叫作絮凝(flocculation),加入的電解質叫絮凝劑(floceulant)。

將電解質加入微粒分散系時,離子被選擇性地吸附於微粒表面,中和電荷而影響微粒的帶電量及雙電層厚度.從而形成絮凝。因此電解質的離子強度、離子價數、離子半徑等都會對絮凝產生影響。一般離子價數越高,絮凝作用越強,如化合價為2、3價的離子,其絮凝作用分別為1價離子的大約10倍與100倍。當絮凝劑的加入,使電位降至20~25mV時,形成的絮凝物疏鬆、不易結塊,而且易於分散。

如果在微粒體系中加入某種電解質使微粒表面的專電位升高,靜電排斥力增加,阻礙了微粒之間的碰撞聚集,這個現象稱為反絮凝(deftocculation),加入的電解質稱為反絮凝劑(deflocculant)。對粒徑較大的微粒粗分散體系,如果出現反絮凝,就不能形成疏鬆的纖維狀結構.微粒之問沒有支撐,沉降後易產生嚴重結塊,不能再分散,對物理穩定性是不利的.

同一電解質可因加入量的不同,在微粒分散系中起絮凝作用(或反絮凝作用。如枸櫞酸鹽或枸櫞酸的酸式鹽、酒石酸鹽或酸式酒石酸鹽、磷酸鹽和一些氯化物等,既可作絮凝劑義可作反絮凝劑。

絮凝機理

絮凝效果依賴於顆粒的特性和流體混合條件。向含有小顆粒的水中投加混凝劑會引起顆粒脫穩、開始絮凝。下面描述顆粒絮凝的機理。下圖《絮凝機理》表示混凝和絮凝過程中控制顆粒聚集速率的過程示意。

  • 微觀絮凝

微小顆粒的絮凝速率與顆粒問的擴散速率有關。因此,對於小顆粒(粒徑小於0.1μm)聚集的主要機理是布朗運動或微觀絮凝。微觀絮凝也被稱為異向絮凝。小顆粒進行聚集時,形成更大的顆粒。很短時間(數秒)之後,就形成了1~100μm的微絮體。

  • 宏觀絮凝

在水處理過程中對於粒徑大於1μm的顆粒絮凝主要機制是水的慢速混合,常採用機械攪拌器。攪拌產生的速度梯度導致懸浮顆粒間的碰撞被稱為宏觀絮凝或同向絮凝。然而,在宏觀絮凝的混合過程中,絮體顆粒會受到剪切力的作用,從而導致一些絮體聚集體的瓦解、破損或絮體的破碎。混合一段時間之後,形成穩定尺寸分布的絮體。絮體顆粒的形成和破碎幾乎平衡。因此,可以通過控制溶液的水力條件及化學絮凝劑的使用來保證懸浮顆粒形成穩定分布的絮體。

  • 差異沉降

顆粒以不同的速率沉降會造成絮體的聚集和增長。當水中形成較大顆粒時,較大顆粒會由於重力作用開始下沉。在水中密度相似顆粒的沉降速度與其尺寸的平方成正比。當水中顆粒的沉降速度不同時,導致不同尺寸和/或密度的顆粒碰撞和絮凝。因此,在沉澱過程中,在非均相懸浮液(不同粒徑)中形成的不同沉降顆粒為促進絮凝提供了額外的機理。對於包含粒徑範圍大的懸浮液來說,差異沉降是個重要的絮凝機理。差異沉降造成的絮凝對直接過濾、溶氣氣浮及高速沉澱過程(如斜板)均不會產生影響。因為沉澱距離或沉澱時間都太短了。

參考文獻