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絮凝剂
中国纸业网造纸厂设备:2018-5-23 造纸机械|卫生纸机|铜版纸|瓦楞纸|絮凝剂
  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。

            

      理论基础是:“聚并”理论,絮凝剂主要是带有正(负)电性的基团和水中带有负(正)电性的难于分离的一些粒子或者颗粒相互靠近,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和污水处理领域。

      絮凝剂的品种繁多,从低分子到高分子,从单一型到复合型,总的趋势是向廉价实用、无毒高效的方向发展。无机絮凝剂价格便宜,但对人类健康和生态环境会产生不利影响;有机高分子絮凝剂虽然用量少,浮渣产量少,絮凝能力强,絮体容易分离,除油及除悬浮物效果好,但这类高聚物的残余单体具有“三致”效应(致崎、致癌、致突变),因而使其应用范围受到限制;微生物絮凝剂因不存在二次污染,使用方便,应用前景诱人。微生物絮凝剂将可能在未来取代或部分取代传统的无机高分子和合成有机高分子絮凝剂。微生物絮凝剂的研制和应用方兴未艾,其特性和优势为水处理技术的发展展示了一个广阔的前景。

      无机絮凝剂主要分为两大类别:铁制剂系列和铝制剂系列,当然也包括其丛生的高聚物系列。

      无机絮凝剂包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等,其中硫酸铝最早是由美国开发的,并一直沿用至今的一种重要的无机絮凝剂。常用的铝盐有硫酸铝AL2(SO4)3.18H2O和明矾AL2(SO4)3.K2SO4.24H2O,另一类是铁盐有三氯化铁水合物FeCL3.6H2O.硫酸亚铁水合物FeSO4.7H2O和硫酸铁。

      简单的无机聚合物絮凝剂,这类无机聚合物絮凝剂主要是铝盐和铁盐的聚合物。如聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合氯化铁(PFC)以及聚合硫酸铁(PFS)等。无机聚合物絮凝剂之所以比其它无机絮凝剂效果好,其根本原因在于它能提供大量的络合离子,且能够强烈吸附胶体微粒,通过吸附、桥架、交联作用,从而使胶体凝聚。同时还发生物理化学变化,中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷,降低了δ电位,使胶体微粒由原来的相斥变为相吸,破坏了胶团稳定性,使胶体微粒相互碰撞,从而形成絮状混凝沉淀,沉淀的表面积可达(200~1000)m2/g,极具吸附能力。

      硫酸铁

      性状:灰白色粉末或正交棱形结晶流动浅黄色粉末。对光敏感。易吸湿。在水中溶解缓慢,但在水中有微量硫酸亚铁时溶解较快,微溶于乙醇,几乎不溶于丙酮和乙酸乙酯。在水溶液中缓慢地水解。相对密度(d18)3.097。热至480℃分解。商品通常约含20%水呈浅黄色。也有含9分子结晶水的。相对密度2.1。175℃失去7分子结晶水。

      用途:1、用于银的分析,糖的定量测定。用作染料。墨水。净水。铝的雕刻。消毒。聚合催化剂等。2、分析试剂、糖定量测定、铁催化剂、媒染剂、净水剂制颜料、药物。3、水处理行业用作净水的混凝剂和污泥的处理剂。4、被用作媒染剂以及工业废水的凝结剂,也用于颜料中。5、医药上用硫酸铁作收敛剂和止血剂。6、用于镀锌镍铁合金、镀锌铁钴合金等电解液中。

      硫酸铝

      性质:极易溶于水,硫酸铝在纯硫酸中不能溶解(只是共存),在硫酸溶液中与硫酸共同溶解于水,所以硫酸铝在硫酸中溶解度就是硫酸铝在水中的溶解度。常温析出含有18分子结晶水,为18水硫酸铝,工业上生产多为18水硫酸铝。含无水硫酸铝51.3%,即使100℃也不会自溶(溶于自身结晶水)。不易风化而失去结晶水,比较稳定,加热会失水,高温会分解为氧化铝和硫的氧化物。加热至770℃开始分解为氧化铝、三氧化硫、二氧化硫和水蒸气。溶于水、酸和碱,不溶于乙醇。水溶液呈酸性。水解后生成氢氧化铝。水溶液长时间沸腾可生成碱式硫酸铝。工业品为灰白色片状、粒状或块状,因含低铁盐而带淡绿色,又因低价铁盐被氧化而使表面发黄。粗品为灰白色细晶结构多孔状物。无毒,粉尘能刺激眼睛。

      作用:1.造纸工业中用作纸张施胶剂,以增强纸张的抗水、防渗性能;2.溶于水后能使水中的细小微粒和自然胶粒凝聚成大块絮状物,从而自水中除去,故用作供水和废水的混凝剂;3.用作浊水净化剂,也用作沉淀剂、固色剂、填充剂等。在化妆品中用作抑汗化妆品原料(收敛剂);4.消防工业中,与小苏打、发泡剂组成泡沫灭火剂;5.分析试剂,媒染剂,鞣革剂,油脂脱色剂,木材防腐剂;6.白蛋白巴氏杀菌的稳定剂(包括液体或冷冻全蛋、蛋白或蛋黄); 7.可作原料,用于制造人造宝石和高级铵明矾,其他铝酸盐;8.燃料工业中,在生产铬黄和色淀染料时作沉淀剂,同时又起固色和填充剂作用。

      改性的单阳离子无机絮凝剂

      除常用的聚铝、聚铁外,还有聚活性硅胶及其改性品,如聚硅铝(铁)、聚磷铝(铁)。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、磷酸根等以增加配位络合能力,从而改变絮凝效果,其可能的原因是:某些阴离子或阳离子可以改变聚合物的形态结构及分布,或者是两种以上聚合物之间具有协同增效作用。

     聚硅酸絮凝剂(PSAA)由于制备方法简便,原料来源广泛,成本低,是一种新型的无机高分子絮凝剂,对油田稠油采出水的处理具有更强的除油能力,故具有极大的开发价值及广泛的应用前景。

      聚硅酸硫酸铁(PFSS)絮凝剂,发现高度聚合的硅酸与金属离子一起可产生良好的混凝效果。将金属离子引到聚硅酸中,得到的混凝剂其平均分子质量高达2×105,有可能在水处理中部分取代有机合成高分子絮凝剂。

      聚磷氯化铁(PPFC)中PO43-高价阴离子与Fe3+有较强的亲和力,对Fe3+的水解溶液有较大的影响,能够参与Fe3+的络合反应并能在铁原子之间架桥,形成多核络合物;对水中带负电的硅藻土胶体的电中和吸附架桥作用增强,同时由于PO43-的参与使矾花的体积、密度增加,絮凝效果提高。

     聚磷氯化铝(PPAC)也是基于磷酸根对聚合铝(PAC)的强增聚作用,在聚合铝中引入适量的磷酸盐,通过磷酸根的增聚作用,使得PPAC产生了新一类高电荷的带磷酸根的多核中间络合物。

      聚硅酸铁(PSF)它不仅能很好地处理低温低浊水,而且比硫酸铁的絮凝效果有明显的优越性,如用量少,投料范围宽,矾花形成时间短且形态粗大易于沉降,可缩短水样在处理系统中的停留时间等,因而提高了系统的处理能力,对处理水的pH值基本无影响。

      改性的多阳离子无机絮凝剂

     聚合硫酸氯化铁铝(PAFCS)在饮用水及污水处理中,有着比明矾更好的效果;在含油废水及印染废水中PAFCS比PAC的效果均优,且脱色能力也优;絮凝物比重大,絮凝速度快,易过滤,出水率高;其原料均来源于工业废渣,成本较低,适合工业水处理。铝铁共聚复合絮凝剂也属这类产品,它的生产原料氯化铝和氯化铁均是廉价的传统无机絮凝剂,来源广,生产工艺简单,有利于开发应用。铝盐和铁盐的共聚物不同于两种盐的混合物,它是一种更有效地综合了PAC和FeCl3的优点,增强了去浊效果的絮凝剂。其有效铁铝含量(AL2O3+Fe2O3)大于22%,产品吸湿性强。研究表明:在聚合氯化铝的(PAC)的有效铝含量大于PAFCS有效铝铁含量的情况下,PAFCS在污水处理中有着比明矾更好的结果;在含油废水中及印染废水中PAFCS比PAC的效果均优,且脱色能力也强。絮凝物比重大、絮凝速度快、易过滤、出水率高,其原料均于工业废渣,成本较低,适合废水处理。

      聚合聚铁硅絮凝剂也是其中之一,采用其处理生活污水,其处理效果及COD去除率均优于聚合铁,除浊率达99%以上,脱色率65%~70%,COD去除率达70%,同时可除去生活污水中的大部分氨氮和全部磷。

      铝铁共聚复合絮凝剂也属于这类产品,它的生产原料氯化铝和氯化铁均是廉价的传统的无机絮凝剂,来源广、生产工艺简单,有利于开发利用。铝盐和铁盐的共聚物不同于两种盐的混合物,它是一种更有效地综合了PAC和FeCL3的优点,增强了去浊效果的絮凝剂。其中铝铁共聚复合絮凝剂中铁的含量及形态分布对絮凝性能的影响有待于进一步研究,共聚物的pH值由PAC和FeCL3溶液的水解能力决定,对应溶液的pH值在其两种母液之间,视其中铝盐或铁盐含量的多少而定。

      其他

      聚合硫酸铁是一种多羟基、多核结合体的阳离子型无机高分子絮凝剂, 它可以与水以任意比例快速混合,它比一般的无机混合凝剂有较大的分子量,用作水处理剂时,具有较强的吸附、絮桥、凝聚沉淀性能,且絮凝体形成大而快,絮体不易破碎,重凝性能好,沉淀后的水过滤快,净水PH值范围宽等优点。

      聚合氯化铝属于无机混凝剂。主要是饮用水处理,市政污水处理以及造纸印染废水处理。其价格低,市场应用范围广。

      聚合氯化铝铁加入单质铁离子或三氧化铁和其它含铁化合物复合而制得的一种新型高效混凝剂。主要用于饮用水以及工业废水处理。

      有机高分子絮凝剂 无机絮凝剂的优点是比较经济、用法简单;但用量大、絮凝效果低,而且存在成本高、腐蚀性强的缺点。有机高分子絮凝剂是20世纪60年代后期才发展起来的一类新型废水处理剂。与传统絮凝剂相比,它能成倍的提高效能,且价格较低,因而有逐步成为主流药剂的趋势。加上产品质量稳定,有机聚合类絮凝剂的生产已占絮凝剂总产量30%~60%。

     某些天然的高分子有机物例如含羧基较多的多聚糖和含磷酸基较多的淀粉都有絮凝性能。用化学方法在大分子中引入活性基团可提高这种性能,如将一种天然多糖进行醚化反应引入羧基、酰胺基等活性基团后,絮凝性能较好,可加速蔗汁沉降。

      将天然的高分子物质如淀粉、纤维素、壳聚糖等与丙烯酰胺进行接枝共聚,聚合物有良好的絮凝性能,或兼有某些特殊的性能。国内研制的一些产品,主要应用于污水处理和污泥脱水。

     由于大多数有机高分子絮凝剂本身或其水解、降解产物有毒,且合成用丙烯酰胺单体有毒,能麻醉人的中枢神经,应用领域受到一定限制,迫使絮凝剂向廉价实用、无毒高效的方向发展。

      品种分类

      有机絮凝剂有不少品种。它们都是含有大量活性基团的高分子有机物,主要有三大类:
      1、以天然的高分子有机物为基础,经过化学处理增加它的活性基团含量而制成。
      2、用现代的有机化工方法合成的聚丙烯酰胺系列产品。
     3、用天然原料和聚丙烯酰胺接枝(或共聚)制成。
      有机高分子絮凝剂有天然高分子和合成高分子两大类。从化学结构上可以分为以下3种类型:(1)聚胺型-低分子量阳离子型电解质;(2)季铵型-分子量变化范围大,并具有较高的阳离子性;(3)丙烯酰胺的共聚物-分子量较高,可以几十万到几百万、几千万,均以乳状或粉状的剂型出售,使用上较不方便,但絮凝性能好。根据含有不同的官能团离解后粒子的带电情况可以分为阳离子型、阴离子型、非离子型3大类。有机高分子絮凝剂大分子中可以带-COO-、-NH-、-SO3、-OH等亲水基团,具有链状、环状等多种结构。因其活性基团多,分子量高,具有用量少,浮渣产量少,絮凝能力强,絮体容易分离,除油及除悬浮物效果好等特点,在处理炼油废水上有不错的效果。

      聚丙烯酰胺
      在国内水处理中使用最广泛的絮凝剂,是合成的聚丙烯酰胺系列产品,主要分为阴离子型,阳离子型,非离子型和两性离子型。聚丙烯酰胺(polyacrylamide),常简写为PAM(过去亦有简写为PHP)水处理使用的各种PAM,实质上是用一定比例的丙烯酰胺和丙烯酸钠经过共聚反应生成的高分子产物,有一系列的产品。

      聚丙烯酰胺按分子量的大小可分为超高相对分子量聚丙烯酰胺、高相对分子量聚丙烯酰胺、中相对分子量聚丙烯酰胺和低相对分子量聚丙烯酰胺。超高相对分子量聚丙烯酰胺主要用于油田的三次采油,高相对分子量聚丙烯酰胺主要用做絮凝剂,中相对分子量聚丙烯酰胺主要用做纸张的干强剂,低相对分子量聚丙烯酰胺主要用做分散剂。

      聚丙烯酰胺属于高分子聚合物。专业针对各种难以处理的废水的处理以及污泥脱水的处理。(污泥脱水一般采用阳离子聚丙烯酰胺)在市政污水以及造纸印染行业的污泥处理中,应用广泛。
丙烯酰胺的分子式为:CH2 = CH-CONH2
丙烯酸钠的分子式为:CH2 = CH-COONa

      非离子型有机高分子絮凝剂
      非离子型有机高分子絮凝剂主要是聚丙烯酰胺。它由丙烯酰胺聚合而得。
     
阴离子型有机高分子絮凝剂
      聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钙以及聚丙烯酰胺的加碱水解物等聚合物。
      苯乙烯磺酸盐、木质磺酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸等共聚物。
      阳离子型有机高分子絮凝剂
      2.4.1季铵化的聚丙烯酰胺
      季铵化的聚丙烯酰胺阳离子均是将-NH2经过羟甲基化和季铵化而得,可以分为聚丙烯酰胺阳离子化和阳离子化丙烯酰胺聚合。
聚丙烯酰胺(PAM)先与甲醛水溶液反应,酰胺基部分羟甲基化,其次与仲胺反应进行烷胺基化,然后与盐酸或胺基化试剂反应使叔胺季铵化。
      在碱性条件下,先由丙烯酰胺与甲醛水溶液反应,然后与二甲胺反应,冷却后加盐酸季铵化。产物经蒸发浓缩、过滤,得季铵化丙烯酰胺单体。
      聚丙烯酰胺的阳离子衍生物
      这类产品多是由丙烯酰胺与阳离子单体共聚合得到的。
     
两性聚丙烯酰胺聚合物
      以部分水解聚丙烯酰胺加入适量甲醛和二甲胺,通过曼尼兹反应合成出具有羧基和胺甲基的两性型聚丙烯酰胺絮凝剂。
     
丙烯酰胺接枝共聚物
      因为淀粉价廉来源丰富,其本身也是高分子化合物,它具有亲水的刚性链,以这种刚性链为骨架,接上柔性的聚丙烯酰胺支链,这种刚柔相济的网状大分子除了保持原聚丙烯酰胺的功能之外,还具有某些更为优异的性能。

      复合絮凝剂 有机无机复合絮凝剂以品种多样和性能多元化占主导地位。作用机理主要与协同作用相关。无机高分子成分吸附杂质和悬浮微粒,使形成颗粒并逐渐增大;而有机高分子成分通过自身的桥联作用,利用吸附在有机高分子上的活性基团产生网捕作用,网捕其它杂质颗粒一同下沉。同时,无机盐的存在使污染物表面电荷中和,促进有机高分子的絮凝作用,大大提高絮凝效果。我国无机高分子絮凝剂的生产和应用已取得长足进展,最具有代表性的聚合氯化铝和聚合硫酸铁的研究,已居世界前列。

      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。

     絮凝剂是目前污水治理中应用最为广泛的一种药剂,絮凝过程是污水处理工艺中不可缺少的关键环节。按其化学成分可分为:无机盐类絮凝剂、有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。用户可以依据废水性质不同进行合理选择。絮凝剂与废水处理设备相结合,使废水处理效果更加,有效解决了废水处理难题。

     絮凝剂在废水处理中的应用有效的提升了污水处理速率,使废水处理效果显著。目前,该药剂在各行业废水处理中应用较为广泛,确保经大型污水处理设备处理后的水质能够符合国家规定排放标准,有效防止了水污染现状的恶化,确保生态环境可持续发展。

      有机高分子絮凝剂在处理炼油废水加入絮凝剂就是使水与杂质快速、比较彻底的分离开来。

      絮凝剂注意事项 絮凝剂在不良条件下发生的导致絮凝性能下降的变化,通称为降解作用(degradation),具体表现为分子量下降、溶液粘度降低、絮凝性能变差甚至失效。可能产生这种作用的因素很多。就此而言,高分子量的pam是相当“娇气”的物质。而且,pam的分子量越高,越容易产生这些变化,对有关的因素就越敏感。必须十分重视这个问题,否则再好的絮凝剂也不能取得良好效果。现代的聚丙烯酰胺产品的分子量很高,这是它具有良好絮凝性能的基础。但是这种絮凝剂的大分子容易受到外界因素的影响而破坏,使它的性能大大下降。絮凝剂的配制和使用过程必须认真防止出现这个问题。导致pam溶液粘度和絮凝效能降低的主要因素有:1、机械的作用:高速搅拌或在溶液中施加强烈的机械剪切,都会使大分子断裂。如将pam溶液在离心泵内搅几秒钟,其分子量下降达75%。如用高速搅拌溶解或高速设备输送,都会明显降低它的分子量和絮凝性能。2、铁锈和铁化合物:在pam溶液中加入很微量(如2mg/l)的铁化合物(如fecl3),或微量的铁锈粉末,轻微搅拌使之分散,pam溶液的粘度和絮凝性能便大幅度降低。将pam溶液置于生锈的铁器中,4小时后粘度下降78%,絮凝效能大大降低。3、高温的作用:pam大分子对高温很敏感,如0.1%的pam溶液在80℃下放4小时,分子量由2100万降至760万,在50℃下放置亦降至1690万;分子量为1050万的pam,在80℃下放置4小时后分子量降到330万。如在30℃下,分子量下降很慢。若pam原来的分子量很低,如370万,则受热的降解很少。4、并存杂质的影响:pam溶液中如有悬浮杂质会降低它的粘度。无机离子特别是高价离子也有很大影响。如一种pam溶液的粘度为191厘泊,加入含na+100mg/l的nacl后,溶液粘度降至140,而加入含ca2+100mg/l的cacl2后,粘度降至30厘泊。5、其他:紫外线照射会使pam迅速降解,强烈照射4小时可使pam的分子量由1800万下降到1000万,溶液中存有氧化剂亦加速降解。pam的降解属于通过游离基的链式反应(free radical chain reaction),凡是能引发产生游离基的因素都会加速pam的降解。氧和铁的反应能生成游离基,紫外线也是这样,都要注意避免。pam溶液的性能下降,部分是由于大分子形态的变化:由线形伸张的长链状变为收缩卷曲的球状。pam分子中含有大量的负电基,它们互相排斥而使大分子呈伸展状态,分子较长并充分露出活性基团,善于起架桥联结作用,絮凝性能较好。但是如果 pam 溶液中存有较多阳离子,它们在大分子负电基的周围形成双电层,就会减弱负电基之间的相斥力,使pam大分子转变成卷曲状态。离子浓度越高,这种影响越大。双价离子如ca2+不但较强烈地被负电基吸附,而且可能使两个负电基桥联起来,更增强了大分子的卷缩。这既造成了溶液粘度下降(球状大分子的溶液粘度比线状分子低很多),而且也降低了pam分子中羧基的有效活性,使絮凝性能明显下降。
     
PAC使用方法
      最佳设置方案如下:
      1 先进行实验室分析,如果悬浮物质固液相面电位为阴性(一般情况下为阴性),可以采用PAC+CPAM方案。
      2 确定PAC的用量:也需要先在试验室内做一个用量试验,确定PAC单独使用时的用量与去浊效果曲线。
      3 如果PAC单独使用时候的最佳效果下添加量为A,则可以将实际使用量定为A值的1/4--1/3,而剩余的工作交给CPAM来完成。
     4 试验室确定PAC与CPAM的添加比例:就是在PAC使用量为A值的1/3情况下,确定需要多少CPAM来将PAC的凝聚效果桥联起来最合适。通过实验,确定PAC与CPAM的添加使用比例。
      以上几步,将使污水处理企业获得最佳效果与最低的絮凝成本。
      例如:如果1000方水消耗PAC量20KG时效果最佳,那么,实际上可以采用6KG的PAC来完成凝聚。而用200克CPAM(一般为PAC用量的1/30)来完成原本14KGPAC才能完成的微小絮团的连接工作。在此配合中,PAC与CPAM各自完成了自己的最得心应手的工作,并实现了最佳效益。
      以上处理方法,也是一致公认的高效,低成本组合。

      影响絮凝剂使用效果的因素是多方面的,主要有絮凝剂的种类、浓度、用量、混凝处理时的搅拌状况、ph值、温度及其变化等,应该根据具体情况采用不同的对策。

      1、絮凝剂的种类和用量:对不同的废水应该选用不同的絮凝剂。絮凝剂的用量在很大程度上影响絮凝的效果,过量与不足都将导致溶胶粒子的分散和稳定,因此都应该通过实验确定最佳投加量。

      2、搅拌与反应时间的影响:把一定的絮凝剂投加到废水中后,首先要使絮凝剂迅速、均匀地扩散到水中。絮凝剂充分溶解后,所产生的胶体与水中原有的胶体及悬浮物接触后,会形成许许多多微小的矾花,这个过程又称混合。混合过程要求水流产生激烈的湍流,在较快的时间内使药剂与水充分混合,混合时间一般要求几秒到2分钟。

     3、ph值、碱度的影响:ph值对絮凝剂操作具有很大的影响,所以废水进行絮凝处理时,必须充分注意其有效的ph值范围。有机高分子絮凝剂对ph值的限制不太严格,但ph值偏小时对絮凝剂的絮凝效果有较大的影响。无机絮凝剂对废水的ph值比较敏感,由于絮凝剂水解反应不断产生氢离子,因此要保持水解反应充分进行。

      4、温度的影响:水温对絮凝效果也有影响,无机絮凝剂的水解反应是吸热反应,水温低时不利于絮凝剂的水解,水的黏度也与水温有关,如果水温低时水的黏度大,致使水分子的布朗运动减弱,不利于水中污染物质胶体的脱稳与絮凝,因而絮凝体形成不易。因此冬天絮凝剂使用量要比夏天多。温度升高有利于胶体间的碰撞而产生凝聚,但温度超过90摄氏度易使絮凝剂老化或分解产生不溶性物质,反而降低絮凝效果。

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