电厂水中的胶体混凝处理基础/巩义泰和水处理材料有限公司

天然水都含有一定的悬浮物质，作为火电厂用水时，通常在离子交换处理前，需要经过一系列净化处理，将水中影响离子交换的悬浮物质除掉。这种通过混凝处理、沉淀澄清处理、过滤处理等，使水中悬浮物质的含量降至5mg/L以下得到澄清水的方法，习惯上称为水的预处理。在此我们主要讨论水的混凝处理。

胶体混凝的化学基础

分散体系
一种或几种物质均匀地分散在另一种物质中，它们共同组成的体系称为分散体系。其中分散为许多微小粒子的物质称为分散相，而各分散微粒周围的另一种物质称为分散介质。若黏土微粒分散在水中，则黏土微粒叫分散相，水就是分散介质。

胶体微粒的主要特性
天然水中较径在10-^6 - 10-^4mm之间的各种微小颗粒，由于它们具有胶体的性质，都被划为胶体范围，这些微小粒子可以是黏土粒子，也可以是分子量非常大的高分子化合物。
胶体微粒都有三维空间或二维平面结构，占有一定的体积或面积，其形状可以是晶体，也可以为碎片，由于不溶于水，所以这些胶体颗粒与水之间存在相间分界面，组成一个微多相分散体系。
1.布朗运动
胶体颗粒在水中处于不断的热运动中，这种运动是周围水分子对胶体颗粒进行无规则碰撞的综合结果，胶体颗粒运动的轨迹是一条杂乱的做布朗运动的折线。
由于布朗运动，在胶体溶液中就产生扩散现象，胶体颗粒可以从浓度高的区域向浓度低的区域扩散，最后使胶体颗粒在溶液中均匀分布。由于胶体颗粒不断地进行布朗运动，因此就不会像泥砂颗粒那样靠重力沉淀下来，这就是地表水中的黏土等胶体颗粒能长期稳定的存在于水中，并使水产生浑浊的主要原因。
布朗运动的速度与颗粒的粒径大小有关，粒径越大，布朗运动的速度就越小，当粒径达到3-5μm以下时，布朗运动就停止了。
2.胶体颖粒的稳定性
表2-1是颗粒在10℃静止水中的沉降情况。

胶体颗粒在水中的沉降情况表2-1
颗粒直径（mm）	颗粒名称		沉降速度（mm/s）	沉降1m所需时间
1	悬浮物	粗砂	100	约10s
0.1		细砂	8	2min
0.0001		细黏土	0.0000154	约2年
0.00001	胶体		0.00000154	约200年

表2-1的数据说明，颗粒直径大于0.1mm以上的细砂借助重力在2min以内除去。而直径小于0.0001mm的细黏土，沉降速度非常慢。当直径达到胶体颗粒大小时，实际上已不能自行沉降，它们能长时间在水中保持悬浮分散状态，称为“胶体颗粒的稳定性”。胶体颗粒的另一个稳定因素是胶体颗粒表面离子的水合作用，在颗粒周围形成一个水化层，妨碍了颗粒之间的接触而不易凝聚。因此，要想使胶体颗粒直接接触，必须首先除去颗粒之间的自由水，然后再除去水合作用的表面水化层。
以上是颗粒在静止水中的沉降情况，动水中的沉降还要复杂得多，存在许多妨碍沉降的因素，使沉降变得更加困难。
3.胶体颗粒的界面特性
由于胶体颗粒甚小而数目众多，所以相间界面的总表面积很大。例如体积1cm3的颗粒，若每边长为1cm，总表面积仅有6cm2，比表面积为6cm2/cm3，若把此颗粒不断分割成边长更小的许多小立方体颗粒，则总表面面积将不断增加。如分割到胶体范围，即小颗粒边长为10-^5cm时，颖粒数达到10-^15个，总表面积达到60m2。由于胶体颗粒具有这样巨大的表面积，因此表现出特殊的吸附能力和溶解现象。它可以从溶液中吸附各种电解质离子、有机物分子、表面活性物质、络合物和高分子等。这种吸附能力是由于范德华力、氢键、静电作用力和化学键力等产生的，胶体颗粒的带电现象就是这样产生的。
胶体颗粒之间的作用及溶液中分子或离子对它们的作用，往往只限于表面部位或个别部位的某些基团，其余部分则仍保持原来状态不变，而不像分子或离子那样整个参与反应，反应后完全转化为另一种物质。
4.胶体颗粒的带电现象
1803年俄国科学家发现水中黏土颗粒在直流电场中向正极运动。后来的实验证明，不仅黏土，其他悬浮粒子也有这种在电场中作定向运动的现象，这就是电泳。电泳现象说明悬浮在水中的胶体粒子带电，其电荷符号可以根据它向何电极移动来判断。一般天然水中的胶体带负电，其∈电位大致为-15- -25mV，当有机物污染时可达-50- -60mV。
5.亲水性胶体和憎水性胶体
胶体颗粒按其对水的亲和力强弱，分为亲水性胶体和憎水性胶体，亲水性胶体对水有很强的亲和力。天然水中的亲水性胶体主要是一些高分子的有机化合物，分子结构中含有带正电荷的NH3+或带负电荷的COO-等极性基团，具有吸附大量水分子的能力，在水中保持稳定性的原因是其胶体颗粒表面上有一个一定厚度的水膜，水膜具有定向排列结构，当两个亲水性胶体颗粒相碰时，水膜被挤压变形，但因水膜有力图恢复原定向排列结构的能力，使水膜具有弹性，从而使两个相碰撞的胶体颗粒“擦肩而过”，而不凝聚。
憎水性胶体对水的亲和力较小，一些未水化的金属氧化物与卤化银等是典型的憎水性胶体。

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