絮凝劑是相對分子質量從數萬至數千萬的線狀水溶性聚合物。其分子上有許多親水性極性基,起著吸附顆粒和在顆粒間架橋的作用,借以形成絮團。根據極性基是否離解,絮凝劑分為非離子性和離子性(陰離子性和陽離子性)兩大類。作為絮凝劑的聚合物的溶解性,取決于極性基的種類、密度、分布及在水中的離解度。水溶性聚合物的溶解特性是黏度極高。
一般而言,聚合物的相對分子質量越大,絮凝效果越好,絮團沉降速度也越快。但在轉鼓真空過濾時,使用相對分子質量小的絮凝劑會更有效,原因是用相對分子質量大的絮凝劑所形成的絮團較大,絮團內含水多,最終將導致濾餅含濕率增高。反之,采用相對分子質量小的絮凝劑,絮團小且有較高的剪切阻抗,所得濾餅具有均勻的多孔結構,容易快速脫水。可以說,相對分子質量小的聚合物更適用于過濾。
絮凝劑在添加之前,應先被稀釋成0.1%~0.3%的水溶液。即使在如此稀薄的溶液中,絮凝劑的線狀分子也不會零散分布,而是互相糾纏在一起,看上去仿佛極薄絲棉那樣的云彩分散在水中。
由于聚合物具有吸附能(源于氫結合、靜電中和、靜電吸引),因此在絮凝過程中其線狀分子首先吸附在顆粒上。吸附的形態有尾辮狀(tail)、環狀(loop)及長列狀(train)。這3種形態將隨著時間的推移而從左向右演變。
聚合物線狀分子的一部分吸附在顆粒上之后,另外的部分則在溶液中伸展,并吸附在
其他顆粒上,這樣就完成了架橋。
線狀分子上的黏結點也稱為錯點(anchor point)。顆粒上的黏結點又稱為活性點或吸 為附點(adsorption site)。將線狀分子簡化成兩端各有一個黏結點的直棒,并將顆粒簡化成 子更有兩個活性點的圓球。可以看到Ⅰ和Ⅱ所示的圓球上還剩有活性點可供直 度差棒吸附,而Ⅲ則表示球上的活性點已飽和,再無處可吸附。這說明一味多添加絮凝劑不僅
無用,而且也會惡化水質(水中離子過多,不宜再利用)。
理論上講,帶負電的顆粒可以吸附在任何陽離子聚合物上;反之,帶正電荷的顆粒可以吸附在任何陰離子聚合物上。隨著顆粒上聚合物的大量吸附,顆粒將帶有與聚合物電性相同的電荷,至此,絮凝劑的吸附停止。
由于顆粒的表面電荷不均勻,表面各區域的局部zeta電位將比顆粒的整體zeta電位或高或低,甚至相反。例如,原來帶負電的顆粒,吸附一定量陽離子聚合物后,其大部分表面將帶正電荷,但也可能有帶負電的小區域。于是,陽離子性聚合物就會吸附在該小區域上。吸附了帶電聚合物分子后的顆粒,其表面zeta電位降低,顆粒便在范德華引力作用下彼此靠攏,線狀的聚合物分子在顆粒間吸附架橋,形成絮團。
絮凝劑有離子型和非離子型之分,各自的絮凝機理不盡相同。