3.2.1化学调理技术——化学调理基础研究

(1)化学调理定义和主要作用方式

化学调理方法也称加药调理法，是指通过向污泥中添加适量的化学药剂，使其在污泥胶质微粒表面起化学反应，中和污泥胶质微粒的电荷或改变胶体的立体结构，促使污泥微粒凝聚成大的颗粒絮体而发生沉淀，从而达到改善污泥脱水性能的目的。化学调理技术是传统的污泥调理技术，经济实用、简单方便，可以增加污泥胶体颗粒体积，大幅地降低其比表面积，改变污泥表面与内部的水分分布状况，减少水分的吸附，同时使水从污泥颗粒中分离出来，最终使污泥的脱水性能得到有效地提高。

一般认为，污泥化学调理影响污泥脱水性能的作用方式主要包括压缩双电层、吸附架桥和网捕3个方面。

1)压缩双电层作用

双电层即扩散层和吸附层的合称。由于污泥胶体颗粒本身带负电荷，离子间存在静电斥力，因此可以使污泥长时间的保持较为稳定的胶体分散状态。当双电层被压缩时，污泥胶体颗粒间的静电斥力就会减小，污泥胶体的稳定状态被打破从而导致胶体颗粒的聚集，并形成絮团。

当向污泥中加入大量的阳离子电解质时，阳离子就会涌入扩散层甚至吸附层，增加其中的阳离子浓度，使扩散层或吸附层变薄，从而削弱胶核表面的负电性，并降低胶粒间静电斥力。当大量阳离子涌入吸附层而导致扩散层完全消失时，胶体颗粒间的静电斥力就会消失，此时胶粒间最容易发生互相碰撞并产生较大的絮凝体。一般来说，絮凝剂所带的电荷量越多，达到同样絮凝效果时所消耗的絮凝剂的量就会越少。但是，絮凝剂的添加量不能过大，当添加量过大时，胶体颗粒表面的电荷就会发生逆转，从而导致胶体颗粒间静电斥力的恢复，并使已脱稳胶体又重新处于稳定的胶体分散状态，脱水性能恶化，如铝盐和铁盐以及一部分有机高分子絮凝剂均会导致这种情况的发生。

2)吸附架桥作用

吸附架桥是指当高分子絮凝剂浓度较低时，其分子链上的—COO一、—CONH2、—NH一等活性基团可以产生氢键、范德华力、配位键等而与污泥颗粒发生作用，使吸附在污泥颗粒表面上的高分子长链还能同时被吸附在另一颗粒的表面，从而实现“架桥”。通过这种架桥方式可以将两个或更多的污泥胶体颗粒吸附在一起，使颗粒逐渐增大，或在同电性的污泥胶体之间通过异电性的高分子将其链接起来，形成质量和体积较大的胶团，从而导致污泥絮凝。一般认为，高分子絮凝剂凝剂在污泥胶体表面的覆盖率为33.3%~50%时即为絮凝剂的最佳投加量，而当覆盖率增加至90%时，已脱稳的胶体会产生再悬浮或产生胶体保护作用。絮凝剂的最佳浓度与其分子量的大小无大，而主要取决于其所含官能团的数量与极性，因此最佳的絮凝效果发生于胶体颗粒电位为零的附近，但凝聚速度会随着分子量的增加而变快。

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3）网捕作用

当以铝盐或铁盐为絮凝剂投加到污泥溶液中时，此类阳离子型高分子絮凝剂会发生水解，形成溶解的单聚、二聚和多聚的羟基配合物离子水合物，进而产生水合金属氢氧化物沉淀。由于这类氧化物表现为巨大的网状表面结构，并且带一定正电荷量，具有一定静电黏附能力。因此在胶体粒子生成水合金属氢氧化物沉淀的过程中，此类沉淀会对带负电荷的胶粒产生吸附、集卷和网捕作用，从而进一步促进了絮凝状沉淀的形成。