聚氯化鋁的絮凝效能,源于其在水解過程中產生的多種聚合形態(tài)與水中膠體顆粒的復雜相互作用。本文從膠體化學與界面科學角度,解析其從混合到沉降的全程作用機理。
電中和作用: 聚氯化鋁水解產生的帶高正電荷的Alb形態(tài)(如Al??)能迅速擴散至帶負電的膠體顆粒(如粘土、細菌、有機物)周圍,壓縮其雙電層,降低Zeta電位至等電點附近。這是絮凝的初始與核心驅動力。
吸附架橋作用: 聚氯化鋁分子鏈上的活性羥基可與膠體顆粒表面的官能團發(fā)生吸附,其長鏈結構能同時連接多個顆粒,形成“膠體-聚合物-膠體”的三維網格結構。此作用在投加量適中時尤為顯著。
異相成核: 水解生成的微絮體(無定形Al(OH)?)可作為晶核,促使水中微細膠體在其表面附著生長,此過程遠快于均相成核。
網捕卷掃: 當投加量較大時,迅速生成的大量氫氧化物沉淀,在下沉過程中如同一張細密的網,將水中未能脫穩(wěn)的細小顆粒機械地卷掃、包裹其中一并沉降。
“劑量-效率”曲線: 存在較佳投加范圍。過低,電中和不完全;過高,會導致膠體顆粒表面電荷反轉(再穩(wěn)),使絮凝效果惡化。
水力條件匹配:
快速混合(G值300-600 s?¹): 必須強烈、快速(30-60秒),確保PAC瞬間均勻分散,與膠體充分碰撞。
慢速絮凝(G值20-70 s?¹): 提供溫和的剪切力,促進微絮體間有效碰撞、聚集長大為大而密實的礬花,同時避免剪切力過大打碎已形成的絮體。
水體化學環(huán)境:
pH值: 是決定性因素。聚氯化鋁較佳作用pH范圍為6.5-7.5。pH過低,鋁水解不完全,電中和能力弱;pH過高,會生成可溶性的Al(OH)??,并促使Alb轉化為無定形Alc,導致絮凝失效。
溫度: 低溫會降低分子布朗運動強度和化學反應速率,導致水解緩慢,絮體疏松不易沉降。
聚氯化鋁的絮凝過程,是一場在毫秒到分鐘尺度上發(fā)生的、由物理傳遞和化學反應共同主導的微觀戲劇。深入理解其作用機理與動力學,是優(yōu)化投加策略、實現(xiàn)精準絮凝、較終獲得清澈出水的科學基礎。