聚合氯化铝和聚丙烯酰胺反应

反应原理

聚合氯化铝（PAC）在水中主要发生水解反应，产生氢氧化铝胶体以及一系列带正电荷的多核羟基络合物。这些水解产物带有正电荷，可以中和污水中悬浮颗粒的负电荷。而聚丙烯酰胺（PAM）是一种高分子聚合物，分子链上含有酰胺基等官能团。当它加入到已经投加了 PAC 的污水中时，PAM 分子链可以与 PAC 形成的絮体颗粒相互作用。

从电荷角度来看，阴离子型聚丙烯酰胺可以与 PAC 水解产物中带正电荷的部分发生静电吸引。对于阳离子型聚丙烯酰胺，它本身带正电荷，在和 PAC 共同作用时，会在电荷的重新分布和颗粒的凝聚过程中发挥协同作用。PAM 分子链还能通过架桥吸附作用，将多个经过 PAC 处理后形成的小絮体连接在一起，形成更大、更稳定的絮体结构，从而促进沉淀过程。

反应过程中的现象

絮凝过程：在污水中先加入 PAC 后，会看到污水中的悬浮颗粒逐渐聚集形成小的絮体，溶液开始变得浑浊。随着 PAM 的加入，这些小絮体迅速聚集变大，形成肉眼可见的大絮团。如果搅拌强度合适，大絮团会逐渐沉淀到容器底部。例如，在实验室模拟污水处理实验中，先向含有泥沙和染料的污水中加入 PAC，溶液颜色变浅，有少量小颗粒聚集，再加入 PAM 后，短时间内就形成了大片的絮体沉淀，上层清液变得澄清。

沉淀过程：联合使用 PAC 和 PAM 时，沉淀速度比单独使用 PAC 时明显加快。这是因为 PAM 增强了絮体的结构和密度，使其更容易在重力作用下沉淀。而且沉淀后的污泥体积相对单独使用 PAC 时更加紧实，这是由于 PAM 的架桥吸附作用使污泥颗粒之间的结合更加紧密。

反应条件

对反应的影响pH 值：pH 值对 PAC 和 PAM 的反应有重要影响。对于 PAC 不同的 pH 值会影响其水解程度和水解产物的形态。在 pH 值为 6 - 8 的范围内，PAC 的水解效果较好，能够产生较多的氢氧化铝胶体和多核羟基络合物，有利于和 PAM 协同作用。对于 PAM，pH 值会影响其分子链的伸展程度和电荷性质。例如，阴离子型 PAM 在碱性环境下，分子链上的阴离子基团电离程度更高，更有利于和 PAC 水解产物相互作用。

搅拌强度和时间：在 PAC 和 PAM 的投加过程中，适当的搅拌强度和时间是必要的。在投加 PAC 后，需要一定的搅拌强度（一般 100 - 200 转 / 分钟）使 PAC 均匀分散在污水中，促进其水解和混凝作用。在加入 PAM 后，搅拌强度要适当降低（一般 50 - 100 转 / 分钟），避免破坏已经形成的絮体。搅拌时间也很关键，过长时间的搅拌会使絮体破碎，过短则导致 PAC 和 PAM 不能充分发挥作用。

投加顺序和间隔时间：一般先投加 PAC，让其对污水中的悬浮颗粒进行初步的混凝处理，间隔一段时间（ 1 - 3 分钟）后再投加 PAM。这样可以使 PAC 有足够的时间形成小絮体，为 PAM 的架桥吸附作用提供良好的基础。如果同时投加或顺序颠倒，会影响它们的协同效果，降低絮凝和沉淀效率。