第十三章_絮凝分离技术

1、1第十三章 絮凝分离技术 2一、絮凝分离技术概述1.概念概念凝聚：胶体及悬浮颗粒表面电荷被中和，静电排凝聚：胶体及悬浮颗粒表面电荷被中和，静电排斥力消失，颗粒脱稳定而形成细小凝聚体的过程。斥力消失，颗粒脱稳定而形成细小凝聚体的过程。絮凝：胶体和悬浮颗粒在絮凝剂作用下，侨联成絮凝：胶体和悬浮颗粒在絮凝剂作用下，侨联成大的絮凝体的过程。大的絮凝体的过程。絮凝分离技术：利用絮凝作用把溶液中的微小胶絮凝分离技术：利用絮凝作用把溶液中的微小胶体、颗粒及悬浮物除去并分离的技术。体、颗粒及悬浮物除去并分离的技术。 絮凝是若干个凝聚作用的结果，当颗粒聚集到絮凝是若干个凝聚作用的结果，当颗粒聚集到一定程度（约一

2、定程度（约10-2cm）时，便会从溶液中沉淀出）时，便会从溶液中沉淀出来。来。32.絮凝技术的应用：除杂，尤其是水絮凝技术的应用：除杂，尤其是水的净化。的净化。水的净化方面：饮用水；工业用水；水的净化方面：饮用水；工业用水；各种废水（石油、纺织印染、采矿、各种废水（石油、纺织印染、采矿、造纸、食品、化学等工业）造纸、食品、化学等工业）制糖工业：各类糖浆、泥汁、混合制糖工业：各类糖浆、泥汁、混合汁、甜水和废水的澄清脱色处理汁、甜水和废水的澄清脱色处理4二、絮凝作用机理1.胶体和悬浮物的性质胶体和悬浮物的性质1）分散体系性质）分散体系性质粒径粒径(cm) 稳定性稳定性溶解状态溶解状态扩散扩散速度速

3、度能否能否渗析渗析能否透能否透滤纸滤纸真溶液真溶液小于小于10-7很稳定很稳定溶解溶解快快能能能能胶体颗粒胶体颗粒10-7 10-4较稳定较稳定胶体胶体慢慢不能不能能能悬浮颗粒悬浮颗粒10-4 10-2不稳定不稳定悬浮，易悬浮，易沉淀沉淀不扩不扩散散不能不能不能不能52）运动特性：布朗运动）运动特性：布朗运动颗粒直颗粒直径径(cm)10-710-610-510-410-3运动速运动速度度(cm/s)8902968.900.2960.0089温度增高，布朗运动加快，颗粒碰撞增多，絮凝沉淀加快。63）颗粒表面带电荷：胶体和悬浮）颗粒表面带电荷：胶体和悬浮物在溶液中稳定的主要原因物在溶液中稳定的主要

4、原因颗粒表面电荷形成原因：颗粒表面电荷形成原因：电离作用电离作用离子的离解离子的离解离子吸附离子吸附晶格取代晶格取代7胶核电位形成离子束缚反离子自由反离子胶体结构示意图注：由于正电荷容易发生水合作用，水合离子半径大，电荷弱，所以不容易被胶核吸附，一般胶体颗粒表面都带负电荷。82.絮凝作用机理：絮凝作用机理：DLVO理论理论胶体颗粒间的吸引能和排斥能的相互作用决胶体颗粒间的吸引能和排斥能的相互作用决定了胶体的稳定性和产生絮凝沉淀的情况。定了胶体的稳定性和产生絮凝沉淀的情况。1）颗粒凝集：颗粒布朗运动动能足够大，达）颗粒凝集：颗粒布朗运动动能足够大，达到颗粒间范德华力到颗粒间范德华力颗粒间排斥力，

5、颗粒出现颗粒间排斥力，颗粒出现脱稳定状态。脱稳定状态。颗粒脱稳定状态的三种情形：颗粒脱稳定状态的三种情形：A.凝聚：颗粒水化膜有特殊粘滞力时，范德凝聚：颗粒水化膜有特殊粘滞力时，范德华力不足以完全排斥水化膜，颗粒虽能集结，华力不足以完全排斥水化膜，颗粒虽能集结，但不能直接接触。加入电解质，能中和颗粒但不能直接接触。加入电解质，能中和颗粒表面电荷，减小扩散层厚度，降低排斥能，表面电荷，减小扩散层厚度，降低排斥能，颗粒间以吸引力为主，出现凝聚现象。颗粒间以吸引力为主，出现凝聚现象。9B.凝结：颗粒间水化膜粘滞力较凝结：颗粒间水化膜粘滞力较弱时，范徳华力大到足以排挤水弱时，范徳华力大到足以排挤水化膜

6、，颗粒间直接接触。化膜，颗粒间直接接触。C.絮凝：凝聚和凝结所形成的细絮凝：凝聚和凝结所形成的细小凝聚体在絮凝剂的进一步侨联小凝聚体在絮凝剂的进一步侨联作用下，形成更大的絮凝体，从作用下，形成更大的絮凝体，从水中分离出来。水中分离出来。102）双电层压缩和电荷中和作用）双电层压缩和电荷中和作用双电层压缩：胶体结构中的双电层变薄时能降双电层压缩：胶体结构中的双电层变薄时能降低排斥能，当排斥能降低到相当小时，颗粒能低排斥能，当排斥能降低到相当小时，颗粒能因相互吸引产生疏松的絮凝体。电解质能中和因相互吸引产生疏松的絮凝体。电解质能中和颗粒表面电荷而压缩胶体中的双电层。颗粒表面电荷而压缩胶体中的双电层

7、。电荷的中和作用：胶体颗粒表面对相反电荷的电荷的中和作用：胶体颗粒表面对相反电荷的吸附中和了胶粒部分电荷，使排斥能降低到颗吸附中和了胶粒部分电荷，使排斥能降低到颗粒足以克服排斥力障碍而产生絮凝沉淀。加入粒足以克服排斥力障碍而产生絮凝沉淀。加入絮凝剂等化学试剂可以使胶体表面电荷被中和絮凝剂等化学试剂可以使胶体表面电荷被中和甚至带上相反电荷。甚至带上相反电荷。电荷中和常用试剂：过量表面活性剂；高分子电荷中和常用试剂：过量表面活性剂；高分子絮凝剂（絮凝剂（520万可产生细小疏松絮凝体，万可产生细小疏松絮凝体，200万可完全絮凝，产生大的絮凝体）万可完全絮凝，产生大的絮凝体）113）侨联作用：胶体或悬

8、浮物颗粒通过有机）侨联作用：胶体或悬浮物颗粒通过有机或无机高分子絮凝剂吸附，形成桥架式空间或无机高分子絮凝剂吸附，形成桥架式空间结构的絮凝体而沉淀的现象。结构的絮凝体而沉淀的现象。絮凝剂以氢键、配位键或范徳华力等作用絮凝剂以氢键、配位键或范徳华力等作用力与颗粒作用，形成环式、尾式、列车式等力与颗粒作用，形成环式、尾式、列车式等结构，以环式和尾式更易形成侨联作用。结构，以环式和尾式更易形成侨联作用。4）沉淀物网捕机理）沉淀物网捕机理金属盐、金属氧化物和氢氧化物作絮凝剂金属盐、金属氧化物和氢氧化物作絮凝剂时，可以形成金属氢氧化物或金属碳酸盐沉时，可以形成金属氢氧化物或金属碳酸盐沉淀，沉淀过程中会网

9、捕水中胶粒。淀，沉淀过程中会网捕水中胶粒。12三、絮凝剂的种类和性质1.絮凝剂的絮凝值：使胶体产生絮絮凝剂的絮凝值：使胶体产生絮状沉淀所需的最小电解质浓度。状沉淀所需的最小电解质浓度。Fc=CD3(kT)5A2e6z6Fc-絮凝值C-常数（依电解质而不同）D-水的电解常数k-玻尔兹曼常数T-绝对温度A-范徳华常数e-元电荷z-絮凝剂的化合价13由上式可知：由上式可知：Fc1:Fc2:Fc31:0.0156:0.00137即：絮凝剂的化合价对絮凝值的影响至即：絮凝剂的化合价对絮凝值的影响至关重要。化合价越高絮凝作用越强。关重要。化合价越高絮凝作用越强。化合价相同的絮凝剂对三硫化二砷胶体化合价相同

10、的絮凝剂对三硫化二砷胶体的絮凝值见书的絮凝值见书P123水合离子半径越小，布朗运动频率越大，水合离子半径越小，布朗运动频率越大，和胶体颗粒碰撞机会越多，絮凝作用越和胶体颗粒碰撞机会越多，絮凝作用越大，絮凝值越小。大，絮凝值越小。注意：有机高分子除电荷中和作用外还注意：有机高分子除电荷中和作用外还有侨联作用，故不适合上述结论。有侨联作用，故不适合上述结论。142.絮凝剂的分类絮凝剂的分类人工合成阴离子有机高分子絮凝剂人工合成非离子有机高分子絮凝剂人工合成阳离子有机高分子絮凝剂絮凝剂无机絮凝剂有机絮凝剂无机低分子絮凝剂无机高分子絮凝剂无机阳离子絮凝剂无机阴离子絮凝剂铁盐无机高分子絮凝剂铝盐无机高分

11、子絮凝剂天然有机高分子絮凝剂人工合成有机高分子絮凝剂15四、影响絮凝作用的因素1.pH值的影响：影响颗粒表面的带电性。阳离子絮值的影响：影响颗粒表面的带电性。阳离子絮凝剂酸、中性环境，阴离子絮凝剂中、碱性环凝剂酸、中性环境，阴离子絮凝剂中、碱性环境，非离子型絮凝剂从强酸到碱性环境使用。境，非离子型絮凝剂从强酸到碱性环境使用。2.温度的影响：温度的影响：20303.搅拌速度和时间的影响：搅拌速度和时间的影响：4080r/min和和24min4.高分子絮凝剂的性质和结构的影响：线性高分子高分子絮凝剂的性质和结构的影响：线性高分子絮凝作用大于环状或支链结构。过多或过少的电荷絮凝作用大于环状或支链结构

12、。过多或过少的电荷密度都不利于絮凝作用。密度都不利于絮凝作用。5.有机高分子絮凝剂的相对分子量的影响：有机高分子絮凝剂的相对分子量的影响：3万，万，最好最好25万以上。越大絮凝作用越好。万以上。越大絮凝作用越好。6.絮凝剂用量的影响：随絮凝剂增多而增大，但过絮凝剂用量的影响：随絮凝剂增多而增大，但过量会重新形成稳定胶体。最佳用量应以实验确定。量会重新形成稳定胶体。最佳用量应以实验确定。16五、絮凝分离技术的应用1.糖汁澄清和脱色：糖汁澄清和脱色：0.6mg/L的聚丙烯酸钠的聚丙烯酸钠5min5min。或。或6 612mg/L12mg/L碱化阴离子型聚丙烯碱化阴离子型聚丙烯酰胺。（注意：丙烯酰胺单体有毒，故此絮酰胺。（注意：丙烯酰胺单体有毒，故此絮凝剂应慎重使用。单体含量应凝剂应慎重使用。单体含量应0.05%0.05%；饮用；饮用水聚丙烯酰胺含量应水聚丙烯酰胺含量应0.50.5g/Lg/L）2.2.发酵液中菌体的去除：发酵液中菌体的去除：1%1