有机高分子絮凝剂的絮凝机理

有机高分子絮凝剂在对水体的絮凝过程中发生了部分物理化学变化，目前在国内外已经提出了许多不同的絮凝机理，其中广泛认可的机理主要有电中和作用及吸附架桥作用。 1、电中和作用

当絮凝剂分子链和胶体颗粒表面带有相反电荷时，通常其主要的絮凝机理为电荷中和作用。而在许多实际情况下，废水中的疏水性胶体颗粒是带负电荷的，因此在水处理中多采用阳离子有机絮凝剂。在絮凝过程中，带有相反电荷的絮凝剂吸附在胶体颗粒表面上会导致颗粒的表面电荷减少，即 zeta 电位降低，从而使得胶体颗粒之间的静电斥力变小，当范德华引力大于静电斥力时，胶体颗粒和悬浮物质开始团聚形成微絮体（图 1-1）。

图1-1有机高分子絮凝的电中和机理图解

研究发现，当有机高分子絮凝剂的用量刚刚完全中和胶体颗粒电荷，或者 zeta电位为零（等电点）时，絮凝剂的絮凝效果达到最佳。此时胶体颗粒在范德华力的作用下趋向于团聚，开始脱稳形成絮体，进而沉降下来。然而，若有机高分子絮凝剂使用过量，胶体颗粒会发生电荷反转的现象，将重新分散在水中，此时颗粒带正电荷。 2、吸附架桥作用

一般来说，在水处理中，当有机高分子絮凝剂为分子量高达几百万、电荷密度较低的长链聚合物时，絮凝剂的絮凝机理主要是吸附架桥作用[31]，这时分子链在氢键、静电引力、范德华力等的共同作用下吸附在颗粒表面上，可能会形成长的闭合环，这些长环和分子链末端伸展入溶液中，其长度远远超出了双电层的范围（图 1-2a）。这使得这些“悬挂”的高分子链段与其他粒子之间可能发生吸附相互作用，从而在粒子之间产生“桥接”（图 1-2b）。

在吸附架桥作用中，聚合物链的长度应该足以从一个颗粒表面上延伸到另一个颗粒表面。因此，具有更长分子链（高分子量）的聚合物的絮凝效果比较短分子链（低分子量）的更好。此外，在胶体颗粒表面上应该有足够的未被占据的空位，以便吸附在其他颗粒上的聚合物链段吸附。由此可见，絮凝剂的用量不应过多，否则颗粒表面会被聚合物完全覆盖，以致没有空位与其他粒子发生吸附架桥作用，胶体颗粒就会重新稳定分散下来（图 1-2c）；也不应过少，否则无法形成足够多的“桥接”。与电中和作用相比，有机高分子絮凝剂的吸附架桥作用形成的絮体更大、更密实，也更能抵抗高剪切强度。

图1-2有机高分子絮凝的吸附架桥机理图解

3、静电簇作用

当低分子量、高电荷密度的有机高分子絮凝剂吸附在含少量电荷空位的阴离子颗粒表面上时，絮凝剂的吸附架桥作用降低，此时的主要絮凝机理可能是“静电簇”机制。其基本的概念是，当一个高电荷密度的阳离子聚合物（图 1-3b）吸附在低电荷密度的阴离子颗粒表面上发生电中和时（图 1-3a），在物理层面上，颗粒表面上的电荷位不可能都被阳离子高分子链段所中和，因此在未覆盖的带负电荷的表面之间形成了阳离子“簇”或“岛屿”。当颗粒之间靠得比较近时，正电荷簇和负电荷区域之间会产生静电引力，导致颗粒互相吸附团聚而絮凝沉淀（图 1-3c）。以这种机理产生的絮体不像吸附架桥作用形成的那样密实，但比仅靠电

中和作用下形成的絮体更好。当有机高分子絮凝剂的电荷密度非常高时，絮凝时静电簇作用才会起到主导作用，随着电荷密度降低，吸附架桥作用会逐渐增强。

图 1-3 有机高分子絮凝的静电簇机理图解