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絮凝剂定义和分类

时间:2023-01-10 15:17:30 来源: 浏览|:32次

絮凝剂定义和分类

絮凝剂也称混凝剂,是一种能使水溶液中的溶质、胶体或悬浮物颗粒脱稳而产生絮状物或絮状沉淀物的药剂。

絮凝剂理论基础是;“聚并”理论,絮凝剂主要是带有正电(负)性的基团中和一些水中带有负(正)电性难于分离的一些粒子或者叫颗粒,降低其电势,使其处于不稳定状态,并利用其聚合性质使得这些颗粒,集中,并通过物理或者化学方法分离出来。

一般为达到这种目的而使用的药剂,称之为絮凝剂。絮凝剂主要应用于给水各污水处理ling域。

絮凝剂按照其化学成分总体可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类。其中无机絮凝剂又包括无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂;有机絮凝剂又包括合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。

絮凝剂的分类及作用絮凝剂的分类:

1、无机高分子絮凝剂:
聚丙烯酰胺(pam),聚合氯化铝、硫酸亚铁等。

2、有机高分子絮凝剂;聚乙烯醇、淀粉等。

3、微生物絮凝剂;细菌,真菌,放线菌,酵母菌等。

4、复合型gaoxiao无机高分子和有机高分子混合型絮凝剂。

5、其他类如:
木质素磺酸盐、腐殖酸及其衍生物、甲壳质及其衍生物等.

1、无机絮凝剂

无机絮凝剂是水处理中用量较大的品种。在100多年的工业发展阶段,无机絮凝剂除了产量的高速增长外,技术上也有了明显的进步和提高。我国在基础理论研究、新产品及其应用工艺的开发、工业产品标准化的制定、卫生和毒理学研究等方面,形成了比较完善的无机絮凝剂的研究开发体系。

(1)无机低分子絮凝剂

无机低分子絮凝剂主要包括铝、铁等无机盐类絮凝剂。目前常用的有明矾、三氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁等品种。由于它们的价格便宜、对多种水质条件下悬浮颗粒的絮凝沉淀效果显著,特别是在废污水处理中可以沉淀去除重金属、硫化物,生成的絮体矾花又可以吸附去除水中难降解的油类和聚合物,并能有效降低磷含量,因此应用相当广泛。但是,它们也存在如下主要缺点:残留在水中的铝离子会导致二次污染;铁离子本身有颜色,并对设备有腐蚀作用;聚集速度慢,形成的絮状物较小,投加量大,产泥量高,运行费用高。

(2)无机高分子絮凝剂

为了克服二次污染及设备腐蚀等问题,从20世纪60年代起人们在传统铝盐、铁盐的基础上开始了对无机高分子絮凝剂的研究。无机高分子絮凝剂(Inorganic PolymerFlocculant,IPF)(又被称为二代絮凝剂)可分为聚合铝、聚合铁、聚合硅酸以及复合型无机高分子絮凝剂四大类,但按照水中胶粒所带电荷种类也可以将其分为阳离子型、阴离子型和若干复合系列。*近十几年来,无机高分子絮凝剂的品种已逐渐形成系列,专利也有几十种,有些还在少量生产。

无机高分子絮凝剂的研制与开发大致经历了以下4个阶段:

(1)聚合铝、聚合铁或聚硅酸;

(2)在聚合铝、聚合铁或聚硅酸中引入单种金属离子Al或Fe;

(3)在聚合铝、聚合铁或聚硅酸中同时引入两种金属离子Al和Fe;

(4)在聚合铝、聚合铁或聚硅酸中引入多种金属离子Al、Fe、Mn、Ca等。

改性的目的是引入某些高电荷离子以提高电荷的中和能力,引入羟基、磷酸根等以增强配位络合能力,从而达到改善其絮凝效果的目的。如在聚铁中加入少量的改性剂,使羟基更容易插入硫酸铁的网状结构中,就可制得改性的聚铁,其盐基度和聚合度更高,絮凝效果也大大优于普通的聚铁和聚铝。

阳离子型无机高分子絮凝剂是铝盐或铁盐水解过程的中间产物和溶液中的不同阴离子及带负电荷溶胶粒的结合体,即各种类型的羟基多核络合物或无机高分子化合物。无机复合型高分子絮凝剂中由于引入其它离子,尤其是高电荷离子,其聚合度和电荷中和能力大大加强,絮凝性能远优于聚硅酸或单独的聚金属离子。

与其它传统絮凝剂相比,无机高分子絮凝剂具有絮凝效果好,残留在水中的铝、铁离子少,易生产、价格价廉、使用范围广等特点。现在它已经成功地应用在给水、工业废水以及城市污水的各种流程(包括前处理、中间处理和深度处理)中,并逐渐成为主流絮凝剂。

当前,在美国、日本、西欧、俄罗斯,IPF都有相当规模的生产和应用,IPF的生产已chao过了絮凝剂总量的50%,生产达到了工业化、规模化和自动化,产品质量相当稳定。在我国絮凝剂市场上,传统絮凝剂的用量仅占20%,而无机高分子絮凝剂的用量则占80%以上,我国无机高分子絮凝剂的生产占混凝剂总量的30%-60%。近年来,这类絮凝剂的研制和应用正成为热点,专利产品也有逐年增加的趋势。

我国对无机絮凝剂的开发应用较好,除个别pinpai的絮凝剂未开发外,基本具备了生产无机高分子絮凝剂的技术水平。但同时也存在着缺少系列化、规模化生产,changjia多,规模小,产品单一,生产工艺设备落后,生产出的絮凝剂质量不够稳定,对药剂所含重金属等毒害性物质缺少必要的统一控制与管理,水不溶物与杂质含量较高等问题。

今后,无机高分子絮凝剂的主要发展趋势和研究方向总体可归纳为以下几个方面:

(1)深入开展絮凝剂基础理论的研究,建立定量化的数学模型系统;

(2)针对不同的水质,开展新型多功能、复合型絮凝剂的研究;

(3)进一步开展无机高分子混凝剂的应用条件研究;

(4)引进或开发先进的工艺设备,提高水处理剂产业的竞争力。

2、有机絮凝剂

有机高分子絮凝剂,也称有机聚合物或聚电解质,相对分子量由数千至上万不等。它含有带电的官能团或中性的官能团,溶于水中而具有电解质的行为。因此,按照它们的来源,有机高分子絮凝剂可分为天然有机高分子絮凝剂和人工合成有机高分子絮凝剂两类。

天然有机高分子絮凝剂主要有淀粉类、半乳甘露聚糖类、纤维素衍生物类、微生物多糖类及动物骨胶类等五大类。它大多与其它带有特殊官能团的化合物接枝共聚后,再用于处理废水。因为天然高分子絮凝剂来源有限,性质不稳定,所以水处理上应用较少。

人工合成有机高分子絮凝剂常用的有:聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸盐等,其中聚丙烯酰胺应用较多,占合成高分子絮凝剂的80%左右。但这一类絮凝剂价格偏高,且存在着一定量的残余单体丙烯酰胺,毒性较大,所以限制了它在水处理方面的应用。

我国对有机高分子絮凝剂的研制、生产和应用,尚处于开发阶段,仍属薄弱环节。与国外发达国家相比还存在很大的差距。主要表现在以下几个方面:

(1)系列化水平低,专用种类少,商品化的产品仅有聚丙烯酰胺和聚丙烯酸盐两大类。

(2)产量低,未形成规模经营,某些国外已工业化的品种至今我国仍不过关。

(3)天然与改性阳离子有机高分子絮凝剂相对国外而言品种较少。

(4)工业设备和单体生产落后,整体质量水平不高。

3、微生物絮凝剂

微生物絮凝剂是一类出微生物或其分泌物产生的具有絮凝活性的有机物质,其形式可以是微生物细胞,也可以是细胞的结构物质或是代谢产物,主要成分是糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素、核酸等大分子物质,因其特定结构和组合而形成了良好的絮凝沉淀性能。

虽然它们性质各异,但均能快速絮凝各种颗粒物质,在废水脱色和食品工业废水的再生利用等方面具有独特的效果。尤其是其具有可生物降解性,克服了铝盐、丙烯酸胺等毒性问题,对环境无二次污染,故受到国内外研究者的广泛关注,成为絮凝剂研究和发展的重要方向之一。

微生物絮凝剂的絮凝活性不但与分子结构、分子量、活性基团等多种内部环境因素有关,而且与pH值、温度、离子种类、离子强度等外界环境因素有关。

微生物絮凝剂主要包括三类:

(1)直接利用微生物细胞的絮凝剂,如某些细菌、霉菌、放线菌和酵母,它们大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中;

(2)利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂,如酵母细胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质和N-乙酰葡萄糖胺等成分均可用作絮凝剂;

(3)利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂,微生物细胞分泌到细胞外的代谢产物主要是细菌的荚膜和黏液质,除水分外,其主要成分为多糖及少量的多肽、蛋白质、脂类及其复合物,其中多糖在某种程度上可用作絮凝剂。

微生物絮凝剂的主要优点是絮凝效果好,使用量少,wuduwuhai,不会影响应用水体的质量,且沉降的污泥较易降解。

1960年,进行用微生物作为佛罗里达磷灰石粘土矿絮凝剂的研究,20世纪80年代许多研究者用其它的细菌、菌藻等作为磷灰石粘土矿以外各种矿物悬浮液的絮凝剂。近期的研究包括用小母念珠菌及其衍生物对细粒赤铁矿、方解石和高岭土的悬浮液进行絮凝处理。目前,工作已经扩大到用草分支杆菌全细胞和细胞碎片作为含黄铁矿和灰分煤的选择性絮凝研究。但是,微生物絮凝剂的研究还处于菌种筛选的实验室研究阶段,所用成本较高,一些工艺条件不太成熟,离工业化生产还有一定的距离。

4、助凝剂

在絮凝处理中,有时使用单一的絮凝剂不能取得良好的效果,往往需要投加辅助药剂以提高絮凝效果,这种辅助药剂称为助凝剂。

助凝剂本身不起凝聚作用,因为它不能降低胶粒的ζ电位或起吸附架桥作用。助凝剂的作用只是提高絮凝体的强度,增加其重量,促进沉降,且使产生的污泥有较好的脱水性能:或者用于调整pH值,破坏对絮凝作用有干扰的物质。

常用的助凝剂有两类:

(1)调节或改善絮凝条件的助凝剂,如CaO、Ca(OH)2、Na2CO3、NaHCO3等碱性物质,用来调整pH,以达到絮凝剂使用的较佳pH值。

(2)提高凝聚性、加强絮凝和沉降效果的助凝剂,如活性炭、膨润土、活化硅藻土、粉煤灰及各种黏土等。

在各类絮凝剂中,无机高分子凝剂聚合氯化铝PAC因为价格便宜、混凝效果好、适用性强、絮体形成快等优点而现已得到广泛的应用,并逐渐替代硫酸铝成为当前产量较大、应用范围较为广泛的絮凝剂。

絮凝剂工作原理
  絮凝沉淀法是选用无机絮凝剂(如硫酸铝)和有机阴离子型絮凝剂聚丙烯酰铵(PAM)配制成水溶液加入废水中,便会产生压缩双电层,使废水中的悬浮微粒失去稳定性,胶粒物相互凝聚使微粒增大,形成絮凝体、矾花。絮凝体长大到一定体积后即在重力作用下脱离水相沉淀,从而去除废水中的大量悬浮物,从而达到水处理的效果。为提高分离效果,可适时、适量加入助凝剂。处理后的污水在色度、含铬、悬浮物含量等方面基本上可达到排放标准,可以外排或用作人工注水采油的回注水。


影响絮凝因素

絮凝作用是复杂的物理和化学过程,絮凝处理效果是由多种因素综合作用的结果。影响絮凝效果的因素主要有以下几点:
温度的影响:水温升高絮凝效果则会提高,在低温条件下,必须增加絮凝剂用量。另一方面,水温过高,形成的絮凝体细小,污泥含水率增大,难以处理。所以,水温过高或过低对絮凝均不利。一般水温条件宜控制在20-30℃。
水体PH值的影响:每种絮凝剂都有它适合的PH值范围,chao出它的范围就会影响絮凝效果。比如聚丙烯酰胺,阳离子型适用于酸性和中性的环境中使用,阴离子型适用于在中性和碱性的环境中使用,非离子型适用于从强酸性到碱性的环境中使用。
絮凝剂的性质和结构影响:对于高分子絮凝剂来说,其结构和性质对絮凝作用影响很大。无机高分子絮凝剂的聚合度越大,其电中和能力和吸附架桥功能越强。而对于有机絮凝剂来说,除了聚合度的影响外,线性结构的絮凝剂絮凝作用大,而环状或支链结构的有机高分子絮凝剂絮凝效果就差。

絮凝剂投加量的影响:各种絮凝剂都有在相应条件下的zui佳投加量,低于或者chao过这个zui佳量都会使絮凝效果变差。用量不足时,絮凝不彻底,用量过量则会造成胶体的再稳定,降低絮凝效果。所以,不同的絮凝剂要在使用之前做小试确定其zui佳加入量。
水力条件的影响:为了使絮凝剂与水体充分接触,增加颗粒碰撞速率,往往要进行机械搅拌,而搅拌的速度和时间必须适当。搅拌时间太短,絮凝不充分;搅拌速度太快,时间太长,会使已经形成的絮凝被打碎,降低高分子链的架桥吸附能力。

絮凝剂应用ling域
1城市污水 用从城市生活污水中分离出的具有絮凝、降解作用的gaoxiao混合菌群对生活污水进行处理,可使污水 COD 和 BOD 的去  除率达到 100 %1[0。]
2 建材废水  含有高悬浮物的建筑材料加工废水也是较难处理的一类废水,例如陶瓷厂废水,主要包括胚体废水和釉药废水两种,  前者主要含有较多的黏土颗粒,后者除含黏土颗粒外,还有相当数量釉药。当添加 NOC-1 后 5 min,胚体废水的浊度从原来1.4 降低到 0.043;釉药废水的浊度从 17.2 下降到 0.35;浊度去除率分别为 96.6 %和 97.9 %,可得到几乎透明的上清液1[2。]用红平红球菌产生的絮凝剂处理瓦厂废水,处理后的上清液几乎是透明的[13。]
3 其他应用 由于水处理絮凝剂具有ANQUAN、wudu的特性,逐渐在食品废水处理中被采用 ,并达到了满意的效果。
此外,微生物絮凝剂还可广泛应用于城市污水、医院污水、石化废水、造纸废液、制药废水等多方面的处理过程中。

废水处理中如何选择絮凝剂要根据具体行业的废水 的特性来选择,同时还要看在哪个环节添加絮凝剂,做何用途。 一般选择无机絮凝剂时要考虑废水的成分及 PH 等,然后选择ZUI适合的一种(铁盐、铝盐或 铁铝盐、硅铝盐、硅铁盐等)。

在选择有机絮凝剂时(比如:聚丙烯酰胺 PAM),主要是看要用到阴离子聚丙烯酰胺、阳 离子聚丙烯酰胺还是非离子聚丙烯酰胺。 阴离子聚丙烯酰胺依据水解度不同一般分弱阴、 中 阴、强阴。

阳离子的选择一般用在污泥脱水方面, 阳离子聚丙烯酰胺的选型很重要, 城市污水处理厂一 般用到中强阳离子聚丙烯酰胺,造纸、印染厂污泥脱水一般选择弱阳离子,医药废水一般选 强阳离子等等。

每一种废水都有它自己独有的特性, 非离子聚丙烯酰胺主要是在弱酸性条件下使用, 印染厂 用到非离子 PAM 的比较多。

所有的这些絮凝剂的选型都要根据试验才能确定, 在试验中首先确定大致加药量, 观察絮凝 沉淀速度,核算处理成本,选择经济、适用的絮凝药剂。

从絮凝剂的带电类型、电荷密度、分子量、分子结构剖析关于絮凝剂的分类情况,了解其概况,更加明晰的了解各种絮凝剂的应用情况,对污水絮凝剂的选择有了更明确的认识,

1、絮凝剂的带电类型;

根据污水中颗粒的类型来选择絮凝剂带电性。一般来讲,絮凝剂的带电性选择应该遵循如下

原则;

利用带负电的絮凝剂来捕捉无机物颗粒

利带正电的絮凝剂来捕捉有机物颗粒

通常通过实验的方法才能比较准确的絮凝剂带电类型

2、絮凝剂带电电荷分布密度(离子度)

絮凝剂带电电荷分布的密度表示,在絮凝剂使用量ZUI少的情况下,获得ZUI佳的絮凝效果所需要絮凝剂所带的正电荷或者负电荷的数量。电荷分布密度与污泥类型相关,市政污泥的电荷分布密度通常是污泥中有机物含量的函数,而有机物含量通常又与挥发份的含量有关,挥发份含量越高,则需要带电量越高的絮凝剂。

3、 分子量

分子量的选择取决于脱水处理所用设备的类型,同时分子量也表示了聚合物链的长度。对于离心机式的脱水处理设备:聚合物的分子量越大越好,因为在进行离心脱水处理工程中,絮团将受到一个很大的剪切力的作用。对于过滤式的脱水处理设备:选择分子量较低到中等分子量之间的絮凝剂就可以满足要求,同时可以得到一个良好的虑水功能。

4、分子结构

絮凝剂分子结构的选择取决于所要求的脱水性能。阳离子絮凝剂的分子结构分为:线性结构、支状结构、交联网状结构

从以上几个方面我们不难发现,絮凝剂的选择是有很大的规律性的,只要我们用心去观察其规律,在日常应用中去总结,发现每一种废水都有其特定的那一种或几种絮凝剂可以满足污水处理絮凝或脱水状况。


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