2.9　聚硅氯化铝的絮凝机理

在开展混凝机理研究时，基本上都是根据混凝剂的电性以及水解聚合形态的分布特点等，并结合混凝效果来推测其混凝机理。也就是说，把混凝体系当作一个“黑箱”，根据实验现象来提出假想的混凝过程。国外于20世纪80年代，Ishibashi［95］第一个将透射电镜引入到水处理混凝过程研究中，把微观的絮体结构和形态观测与宏观的混凝现象结合起来进行综合分析，开辟了研究混凝过程的一条新路子。国内汤忠红［96］率先利用这一新的研究方法进行了用聚丙烯酰胺（PAM）絮凝高浊度水的机理研究。由于这一新的研究方法是依据水体中胶体颗粒和所加混凝剂在水体中相互作用的真实结构来研究整个混凝过程的，所以能比较准确地描述和解释混凝过程。目前这种研究方法引起了有关学者的高度关注，并得到越来越多的应用。

本节利用透射电镜技术研究探讨了PASC和PAC的混凝机理。研究中，为了便于区分水体中的颗粒物和所投加的混凝剂，以及为了便于观察水体中混凝剂和颗粒物间的相互作用情况，在实验中选用了球形的SiO2颗粒作为凝聚对象来配制模拟悬浊水样。球形SiO2微细颗粒的粒径范围为0.60～7.69μm，平均粒径为1.96μm，比表面积为1.93m2/g。用比例为1:1的自来水和去离子水配制SiO2微粒含量为500mg/L的悬浊液作为实验水样，水样pH=7.10。

2.9.1　SiO2颗粒形状与大小

水样经超声波分散10min后，置于透射电镜下观察其形状和大小，结果见图2-65。可见，SiO2颗粒呈球形，大小不均且差别很大，粒径范围为0.52～8.20μm（这和用Coulter粒子计数仪测出的粒径范围为0.60～7.89μm基本是一致的，这说明了透射电镜所反映的颗粒物的尺寸是相当准确的）。尽管对SiO2颗粒进行了超声波处理，但有些小颗粒仍然和一些大颗粒聚集在一起。

2.9.2　搅拌对混凝作用的影响

水样经超声波处理后，在搅拌下加入4.0×10-2mmol/L（以Al计）的B=2.0、Al/Si=10的PASC（共）混凝剂，然后分别搅拌不同的时间，结果见图2-66。由图2-66的系列照片可见，混凝剂加入到SiO2悬浊液中后，快速搅拌10s后只有部分PASC（共）混凝剂的水解产物被吸附到SiO2颗粒表面上，仍有大部分混凝剂［图2-66（a）中灰色的膜状物及枝状物］没有和SiO2颗粒发生作用，SiO2颗粒仍呈分散状态。随着快速搅拌时间的增长，以及随后一定时间的慢速搅拌，更多的混凝剂被SiO2吸附。由于混凝剂的电中和作用，被吸附到SiO2颗粒表面上的混凝剂改变了SiO2颗粒表面的电性，使得SiO2颗粒间的斥力变小，众多颗粒物聚集在一起形成了大的絮体［见图2-66（b）和（c）］。随着慢速搅拌时间的增长，可观察到混凝剂的吸附架桥作用［见图2-66（d）］，使得许多SiO2颗粒通过PASC（共）混凝剂的吸附架桥作用连在一起。通过上述混凝过程的观察，并结合2.6部分PASC混凝剂电动特性的结果，可以认为PASC混凝剂的混凝机理为：PASC混凝剂加入到水样中后，带正电荷的水解聚合产物被吸附到带负电荷的胶体颗粒表面上，通过电中和作用使胶粒脱稳，脱稳后的胶体颗粒相互间进行桥联或借助于PASC混凝剂大分子的架桥作用进行桥联黏结成大的絮体，絮体迅速下沉使水变清。

2.9.3　PASC的投量对混凝作用的影响

在搅拌下，向SiO2模拟水样中投加不同量的B=2.0，Al/Si=10的PASC（共）混凝剂后，快速搅拌30s，然后慢速搅拌3min，取样进行透射电镜观察、拍照，结果见图2-67。由图可见，PASC（共）在低投量情况下［见图2-67（a）］的水解聚合物被黏附在SiO2颗粒表面上，SiO2颗粒通过这些黏附的混凝剂相互聚集而形成较大的凝聚颗粒。但由于混凝剂的投量太低，PASC（共）没能使这些凝聚颗粒进一步聚集成大的絮体，反映在混凝效果上就是处理后的水剩余浊度高。随着混凝剂投量的增加，较小的SiO2颗粒聚集体进一步相互聚集在一起形成大的絮体［见图2-67（b）、（c）、（d）］，并可观察到混凝剂的黏结架桥作用［见图2-67（c）和（d）］，此时，絮体极易下沉，净水效果好。当PASC（共）投量过多时，可观察到SiO2颗粒表面上形成的混凝剂包裹层［见图2-67（e）中灰色的膜状物］，并可观察到混凝剂大分子的黏结架桥作用。由于混凝剂的投量过多，仍有一部分未作用的混凝剂分散于水溶液中。另外，从图2-67（e）可见，尽管PASC（共）混凝剂的投量过多，但SiO2颗粒仍是以大凝聚颗粒形式聚集在一起，所以仍可取得良好的混凝效果，没有出现投药量过多，絮体颗粒再稳定现象。

上述研究结果表明PASC是通过吸附电中和作用及吸附架桥作用的机理取得良好的混凝效果的。确信，电镜技术在混凝领域中的应用必将极大地推进混凝形态学及混凝机理研究的发展。若以后能做到利用电镜技术对混凝剂的形态及混凝过程进行在线观测，必将获得更多的和更准确的信息。