聚合氯化铝讲堂-絮体破碎再生对不同投加量下形成絮体分形结构的影响

      絮体破碎再生对不同投加量下形成絮体分形结构的影响在HA(10mg/L)原pH值条件下,采用聚合氯化铝和Al13进行絮体的破碎和再生实验,混凝剂投加量为2mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/L和10mgL。采用Mastersizer2000对絮体动态过程进行监测,并计算絮体破碎前及破碎再生后的分形维数,可以看出,在4~10mg/L范围内,破碎前、后絮体的分形维数随投加量的增加逐渐降低。这是因为,在低投加量(除2.0mg/L)时,混凝剂浓度较低,铝盐水解产物浓度较低,吸附架桥和卷扫作用较弱,絮体的形成主要依靠吸附电中和作用;随着投加量的增加,水体中混凝剂达到定的浓度,絮体的形成除了电中和作用,还受到吸附架桥和网捕卷扫作用的影响,此时形成的絮体主要以枝状或者网状的氢氧化物沉淀为骨架形成,絮体枝状结构明显,纤维状的分支较多,絮体结构较蓬松,所以分形维数较低。另外,在投加量过高时,即10.0mg/LPAC或8.0mg/LAl13下,混凝体系zeta电位由负值变为正值,颗粒物之间产生斥力,也会降低絮体结构的密实程度。值得注意的一点是,在投加量为2.0mgL时HA-PAC的分形维数为2.21,而HAAl13絮体的分形维数为2.38,均小于在投加量为4.0mg/L的分形维数。

    这是因为尽管在投加量为2.0mg/L吸附架桥和网捕作用机理很小,由于混凝剂浓度太低,电中和作用也很弱,不能有效中和颗粒表面的负电荷,悬浮和胶体颗粒之间存在的静电斥力使其不能紧密聚集结合在一起,从而降低了絮体结构的密实程度。相同投加量下,与聚合氯化铝相比,Al3形成的絮体分形维数较高,这也是由于Al13较高的电中和作用引起的,而聚合氯化铝混凝过程中,铝盐水解产物的吸附架桥和共沉淀作用较显著。破碎再生后,絮体的分形维数有了明显的增长,在投加量为2mg/L、4mg/L、6mg/L、8mg/L和10mg/L时,HA-PAO絮体的分形维数分别为2.32、2.44、2.29、2.22和2.17;HAA13絮体的分形维数为2.47、2.57、2.40、2.34和2.27。这是因为当施加高强度剪切力时,胶体颗粒之间黏结力较弱的部位被破碎,破碎的絮体颗粒会重新以更加稳固的方式聚合在一起,重新生成的絮体更加密实,抗剪切能力更强。然而,破碎再生后,Al13形成的絮体分形维数的增加程度更高。这是因为Al13的高正电荷可以中和破碎后的絮体颗粒的表面负电荷,从而更好地重新凝聚在起;而聚合氯化铝的电中和能力较低,絮体破碎后颗粒之间存在静电斥力相对较大,难以再聚集在一起。另外,聚合氯化铝中的铝水解产物通过吸附架桥及卷扫作用形成的絮体在破碎过程中可能导致了化学键的破碎,较难恢复,使絮体难以以更加紧密的形式重新结合在一起。