分离纯化技术干货分享：发酵液絮凝的原理与方法

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[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]    水或液体中的悬浮微粒/胶体在药剂作用下集聚变大，或形成絮团，从而加快粒子的聚沉，达到初步的固-液分离的目的，这一现象或操作称作絮凝。[color=rgba(0, 0, 0, 0.9)]本文从相关概念的厘清、絮凝机理、絮凝剂的种类、影响发酵液絮凝的因素以及絮凝和破乳化的区别与联系等方面对絮凝操作进行全方位解读。
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一、几个相关概念的厘清

在水处理等领域，与之相关的概念有三个，分别是凝聚、絮凝和混凝，其定义如下：

（1）凝聚：主要是指胶体脱稳并生成微小聚集体的过程；

（2）絮凝：絮凝主要是指脱稳的胶体或微小悬浮物聚集成大的絮凝体的过程；

（3）混凝：既有凝聚作用（胶体脱稳）又有絮凝作用（脱稳的胶体或微小悬浮物聚集），是凝聚、絮凝两个过程的总称。

但在实际运用中，水处理人员或科研人员或工厂操作人员一般也不会分得那么清楚，一般统称为絮凝，相应的投加的试剂称为絮凝剂。因此，本文对凝聚、絮凝和混凝不做区分，统称为絮凝。

二、絮凝操作的作用

（1）改变分散状态：絮凝操作通过添加化学药剂，改变发酵液中胶体粒子的分散状态，使其从原先的悬浮状态转变为聚集状态。（2）便于分离：形成较大的絮凝团后，这些团块更易于通过过滤、离心等方法进行分离，从而提高分离效率。（3）减少能耗：通过絮凝使胶体粒子聚集，可以减少后续分离过程中的能耗，因为较大的团块更容易被分离。

三、絮凝原理

胶体脱稳并生成微小聚集体的过程机理一般有：压缩双电子层机理、吸附-电性中和机理、吸附架桥作用机理和网捕-卷扫作用机理这四种解释。

1、压缩双电层作用

根据DLVO理论，加入含有高价态正电荷离子的电解质时，高价态正离子通过静电引力进入到胶体颗粒表面，置换出原来的低价正离子，这样双电层仍然保持电中性，但正离子的数量却减少了，也就是双电层的厚度变薄，胶体颗粒滑动面上的ξ电位降低。当ξ电位降至0时，称为等电状态，此时排斥势垒完全消失。ξ电位降至某一数值使胶体颗粒总势能曲线上的势垒Emax=0，胶体颗粒即发生聚集作用，此时的ξ电位称为临界电位ξk。

2、吸附—电性中和

胶体颗粒表面吸附异号离子、异号胶体颗粒或带异号电荷的高分子，从而中和了胶体颗粒本身所带部分电荷，减少了胶粒间的静电引力，使胶体颗粒更易于聚沉。驱动力包括静电引力、氢键、配位键和范德华力等。这可以解释胶体颗粒的再稳定现象:即絮凝剂添加适量，正负电荷中和，易于聚沉；絮凝剂添加过量，电荷中和被破坏，胶体颗粒重新分散。

3、吸附架桥作用

分散体系中的胶体颗粒通过吸附有机物或无机高分子物质架桥连接，凝集为大的聚集体而脱稳聚沉。分为：（1）长链高分子架桥；（2）短距离架桥分为三种类型：①胶粒与不带电荷的高分子物质发生架桥，涉及范德华力、氢键、配位键等吸附力。②胶粒与带异号电荷的高分子物质发生架桥，除范德华力、氢键、配位键外，还有电中和作用。③胶粒与带同号电荷的高分子物质发生架桥，“静电斑”作用。

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4、网捕—卷扫作用

投加到水中的铝盐、铁盐等混凝剂水解后形成较大量的具有三维立体结构的水合金属氧化物沉淀，当这些水合金属氧化物体积收缩沉降时，象筛网一样将水中胶体颗粒和悬浊质颗粒捕获卷扫下来。网捕-卷扫作用主要是一种机械作用。
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