混凝及胶凝实验

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1、混凝及輙混凝及膠凝是水及廢水處理中相當重要的一項程序，此項程序主要是去除水屮分散而不易沉降的懸浮固體物質,這些不易沉降的懸浮固體物質其顆粒大小介於().lnm(10'7mm)至1()()“m(10"mm)之問。而膠體顆粒的大小介於lnm(10'6mm)至l“m(l(y%ni)之間，在整個不易沉降的懸浮固體物質中佔有相當大的比例。由於膠體粒子很小，而每單位體積之膠體粒子含有相當大的表面積(亦即具有相當大的比表面積)，此項特性使得膠體粒子在水中具有吸附水分子或離子的能力，也使得膠體粒子在水中成爲帶電體。膠體粒子之帶電性可

2、以爲正電荷或是負電荷，其電荷種類及電荷大小依膠體物質之種類及周圍溶液之特性而定o膠體粒子表面吸附的水層或相反離子層稱爲固定層(fixedlayer)，此層與外界游離水的界面稱爲剛液面(rigidsolutionlayer)或剪力［fi(planeofshear)。爲維持溶液之電中性，於固定層外面吸附有與膠體粒子相反電荷之反離子(counter-ion)，其範圍稱爲反離子擴散層(diffuselayerofcounter-ion)，固定層與反離子擴散層合稱爲電雙層(electricaldoublelayer)°膠體粒子

3、依其對水的親和性'可以區分爲親水性(hydrophilic)膠體及疏水性(hydrophobic)膠體，親水性膠體因爲其周吸附有一水層'形成膠體粒子間接觸凝聚的障礙'使得膠體粒子保持分散狀態'這是親水性膠體粒子在水溶液中保持穩定而不易沉降的原因造成。疏水性膠體則靠著電雙層的互斥作用而保持穩定。二・混凝及膠凝作用混凝的意義就是要打破膠體粒子的穩定狀態，也就是降低粒子與粒子間的互斥電位'使粒子能相互接觸而凝聚。讓凝聚後的膠羽成爲較大的個體而增加其沉降速度，稱爲膠凝。降低粒子間互斥電位的方法有增加電荷或是電解質濃度，這些電

4、解質通稱爲混凝劑(coagulant)，爲了增加電荷，常被用做爲混凝劑的電解質有三價的鐵鹽或鋁鹽。當混凝劑加入水或廢水中時'即發生膠體之去穩定化作用(destabilization)並形成膠羽。膠體去穩定化的反應機構有以下的幾種方式:1.壓縮電雙丿當加入高離子強度的電解質至水中時，會使得膠體粒子所吸附的反離子擴散層具有較高濃度的電荷，爲維持溶液的電中性,其擴散層的體積勢必減少，因而壓縮電雙層厚度'造成粒子與粒子間的互斥力降低'增加膠體粒子凝聚的機會。2・吸附及電價中和加入適量的混凝劑可以獲得良好的混凝效果，但如果加藥

5、量過多時則會產生再穩定化(restabilization)的現象。例如帶正電的有機化合物十二烷鍰離子(G2H25NH3+)爲疏水性離子，能吸附在帶負電的混濁粒子上，成爲中性並凝聚在一起。但如果加入過量的十二烷銭離子，則又成爲帶止電而穩定的離子。3・沈澱絆除當加入高劑量的鐵鹽或鋁鹽混凝劑時'若溶液中的金屬離子與氫氧根離子的濃度乘積大於金氫氧化物之溶解度積常數時(Ksp)，則會以膠體粒子爲核心形成沈澱物而沉降，同時於沉降過程屮造成掃曳絆除(sweep)，截流膠體而使其產生沉降。4.吸附及架橋作用此種機構主要發生在長鏈且帶

6、電的高分子有機聚合物上。其作用主要是利用聚合物之結構鏈上具有可吸附膠體之活性空位(activesites)，可在兩個膠體粒子間形成架橋作用。藉此空位之一連串吸附作用形成較大之膠羽，而達到混凝之目三、混凝劑一般常用的混凝劑主要爲鐵鹽或鋁鹽'當混凝劑加入水中後即產牛•游離，金屬離子進行水解產生多價且電荷爲正價之輕(〈一巧)基一金離子錯合物'這些化合物可以Me/OH)尸表示，例如：鋁鹽加入水中後形成A16(OH)153+、A17(OH)174+、A18(OH)204+、A113(OH)3产等瘵基一鋁離子錯合物'鐵鹽加入水中

7、後形成Fe2(OH)24+及Fe2(OH)45+等幾基—鐵離子錯合物。這些幾基—金離子錯合物被吸附於負價電荷的膠體粒子表面'因而降低界達電位'使得粒子與粒子間的互斥力降低，凶而破壞膠體粒子的穩定狀態'在藉由膠體粒子間的凡得瓦力而互相凝聚。以下爲幾種常見混凝劑的的特性及其與鹼度間之化學反應。(一)、硫酸鋁(AluminumSulfate，AlumA1(SO4)3」8比0)硫酸鋁又稱明礬，價廉、無毒，加入後不增加水中的色度，還兼具有有脫色的作用，用法簡單'可以大量使用，同時可以適用各種原水水質，是淨水程序中最普遍使用之混

8、凝劑。使用硫酸鋁時水中須有足夠之鹼度'才能反應產生金氧化物的沈澱。產生膠羽的化學反應如-卜•:Al2(SO4)3A8H2O+3Ca(HCO3)2T2A/(OW)3+3Ca5O4+6CO2+18H2O若水屮無足夠的鹼度時厂可以加入消石灰(Ca(OH)2)，產生OH一鹼度，或加入蘇打灰產生CO3厶鹼度，其反應如下：A/2(5O4)3-187720+