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絮凝劑知識系列二
來源: | 作者:先創化工科技 | 發布時間: 2022-05-19 | 646 次瀏覽 | 分享到:

11PAC的堿化度是什么?

 

由于聚合氯化鋁可以看作是AlCl3逐步水解轉化為Al(OH)3過程中的中間產物,也就是Cl-逐步被羥基OH-取代的各種產物。聚合氯化鋁的某種形態中羥基化程度就是堿化度,堿化度是聚合氯化鋁中羥基當量與鋁的當量之比。

 

實踐表明,堿化度是聚合氯化鋁的最重要指標之一,聚合氯化鋁的聚合度、電荷量、混凝效果、成品的pH值、使用時的稀釋率和儲存的穩定性等都與堿化度有密切關系。常用聚合氯化鋁的堿化度多為50%~80%。

 

12復合絮凝劑的特點和使用的注意事項有哪些?

 

復合絮凝劑有各種成分,其主要原料是鋁鹽、鐵鹽和硅酸鹽。從制造工藝方面講,它們可以預先分別羥基化聚合再加以混合,也可以先混合再加以羥基化聚合,但最終總是要形成羥基化的更高聚合度的無機高分子形態,才能達到優異的絮凝效果。復合劑中每種組分在總體結構和凝聚—絮凝過程中都會發揮一定作用,但在不同的方面,可能有正效應,也可能有負效應。

IPF產品通常要綜合考慮穩定性、電中和能力和吸附架橋能力三種因素。聚合鋁、聚合鐵類絮凝劑的弱點是分子量和粒度尚不夠高而聚集體的粘附架橋能力不夠強,因而需要加入粒度較大的硅聚合物來增強絮凝性能。但加入陰離子型的硅聚合物后,總體電荷會有所降低,從而減弱了電中和能力。

 

因此,目前的復合絮凝劑即使制造質量優良,與聚合鋁相比,其效果只能提高10~30%。作為使用IPF的廢水處理技術人員,必須了解不同種類復合絮凝劑的特性、適應性、優點及不足是同樣重要的。在選用最合適的絮凝劑和投加工藝操作程序時,只有根據廢水水質特點,仔細分析和判斷,才能獲得最佳的處理效果。

 

13人工合成有機高分子絮凝劑的種類有哪些?

 

人工合成有機高分子絮凝劑多為聚丙烯、聚乙烯物質,如聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺等。這些絮凝劑都是水溶性的線型高分子物質,每個大分子由許多包含帶電基團的重復單元組成,因而也稱為聚電解質。包含帶正電基團的為陽離子型聚電解質,包含帶負電基團的為陰離子型聚電解質,既包含帶正電基團又包含帶負電基團,稱之為非離子型聚電解質。

 

目前使用較多的高分子絮凝劑是陰離子型,它們對水中負電膠體雜質只能發揮助凝作用。往往不能單獨使用,而是配合鋁鹽、鐵鹽使用。陽離子型絮凝劑能同時發揮凝聚和絮凝作用而單獨使用,故得到較快發展。

 

我國當前使用較多的是聚丙烯酰胺類非離子型高聚物,常與鐵、鋁鹽合用。利用鐵、鋁鹽對膠體微粒的電性中和作用和高分子絮凝劑優異的絮凝功能,從而得到滿意的處理效果。聚丙烯酰胺在使用中具有投量少,凝聚速度快,絮凝體粒大強韌的特點。我國目前生產的人工合成有機高分子絮凝劑中80%是這種產品。

 

14聚丙烯酰胺類絮凝劑的特點有哪些?

 

聚丙烯酰胺PAM是一種目前應用最廣泛的人工合成有機高分子絮凝劑,有時也被用作助凝劑。聚丙烯酰胺的生產原料是聚丙烯腈CH2=CHCN,在一定條件下,丙烯腈水解生成丙烯酰胺,丙烯酰胺再通過懸浮聚合得到聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺屬于水溶性樹脂,產品有粒狀固體和一定濃度的粘稠水溶液兩種。

 

聚丙烯酰胺在水的實際存在形態是無規線團,由于無規線團具有一定的粒徑尺寸,其表面又有一些酰胺基團,因此能夠起到相應的架橋和吸附能力,即具有一定的絮凝能力。但由于聚丙烯酰胺長鏈卷曲成線團,使其架橋范圍較小,兩個酰胺基締結后,相當于作用相互抵消而喪失兩個吸附位,再加上部分酰胺基卷藏在線團結構的內部,不能與水中的雜質顆粒相接觸和吸附,所以其擁有的吸附能力不能充分發揮。

 

為了使締結在一起的酰胺基再次分開、內藏的酰胺基也能暴露在外表,人們設法將無規線團適當延伸展開,甚至設法在長分子鏈上增加一些帶有陽離子或陰離子的基團,同時提高吸附架橋能力和電中和壓縮雙電層的作用。這樣一來,在PAM的基礎上又衍生出一系列性質各異的聚丙烯酰胺類絮凝劑或助凝劑。

 

比如說在聚丙烯酰胺溶液中加堿,使部分鏈節上的酰胺基轉化為羧酸鈉,而羧酸鈉在水中容易離解出鈉離子,使COO-基保留在支鏈上,因此生成部分水解的陰離子型聚丙烯酰胺。陰離子型聚丙烯酰胺分子結構上的COO-基使分子鏈帶有負電荷,彼此相斥將原來締結在一起的酰胺基拉開,促使分子鏈由線團狀逐漸伸展成長鏈狀,從而使架橋范圍擴大、提高絮凝能力,作為助凝劑其優勢表現得更為出色。

 

陰離子型聚丙烯酰胺的使用效果與其“水解度”有關,“水解度”過小會導致混凝或助凝效果較差,“水解度”過大會增加制作成本。

 

15什么是陰離子型聚丙烯酰胺的水解度?

 

陰離子型聚丙烯酰胺“水解度”是水解時PAM分子中酰胺基轉化成羧基的百分比,但由于羧基數測定很困難,實際應用中常用“水解比”即水解時氫氧化鈉用量與PAM用量的重量比來衡量。

 

水解比過大,加堿費用較高,水解比過小,又會使反應不足、陰離子型聚丙烯酰胺的混凝或助凝效果較差。一般將水解比控制在20%左右,水解時間控制在2~4h。

 

16影響絮凝劑使用的因素有哪些?

 

⑴水的pH值

 

水的pH值對無機絮凝劑的使用效果影響很大,pH值的大小關系到選用絮凝劑的種類、投加量和混凝沉淀效果。水中的H+和OH-參與絮凝劑的水解反應,因此,pH值強烈影響絮凝劑的水解速度、水解產物的存在形態和性能。以通過生成Al(OH)3帶電膠體實現混凝作用的鋁鹽為例,當pH值﹤4時,Al3+不能大量水解成Al(OH)3,主要以Al3+離子的形式存在,混凝效果極差。pH值在6.5~7.5之間時,Al3+水解聚合成聚合度很大的Al(OH)3中性膠體,混凝效果較好。pH值﹥8后,Al3+水解成AlO2-,混凝效果又變得很差。

 

水的堿度對pH值有緩沖作用,當堿度不夠時,應添加石灰等藥劑予以補充。當水的pH值偏高時,則需要加酸調整pH值到中性。相比之下,高分子絮凝劑受pH值的影響較小。

 

⑵水溫

 

水溫影響絮凝劑的水解速度和礬花形成的速度及結構?;炷乃舛嗍俏鼰岱磻?,水溫較低時,水解速度慢且不完全。低溫情況下,水的粘度大,布朗運動減弱,絮凝劑膠體顆粒與水中雜質顆粒的碰撞次數減少,同時水的剪切力增大,阻礙混凝絮體的相互粘合;因此,盡管增加了絮凝劑的投加量,絮體的形成還是很緩慢,而且結構松散、顆粒細小,難以去除。低溫對高分子絮凝劑的影響較小。但要注意的是,使用有機高分子絮凝劑時,水溫不能過高,高溫容易使有機高分子絮凝劑老化甚至分解生成不溶性物質,從而降低混凝效果。

 

⑶水中雜質成分

 

水中雜質顆粒大小參差不齊對混凝有利,細小而均勻會導致混凝效果很差。雜質顆粒濃度過低往往對混凝不利,此時回流沉淀物或投加助凝劑可提高混凝效果。水中雜質顆粒含有大量有機物時,混凝效果會變差,需要增加投藥量或投加氧化劑等起助凝作用的藥劑。水中的鈣鎂離子、硫化物、磷化物一般對混凝有利,而某些陰離子、表面活性物質對混凝有不利影響。

 

⑷絮凝劑種類

 

絮凝劑的選擇主要取決于水中膠體和懸浮物的性質及濃度。如果水中污染物主要呈膠體狀態,則應首選無機絮凝劑使其脫穩凝聚,如果絮體細小,則需要投加高分子絮凝劑或配合使用活化硅膠等助凝劑。很多情況下,將無機絮凝劑與高分子絮凝劑聯合使用,可明顯提高混凝效果,擴大應用范圍。對于高分子而言,鏈狀分子上所帶電荷量越大,電荷密度越高,鏈越能充分伸展,吸附架橋的作用范圍也就越大,混凝效果會越好。

 

⑸絮凝劑投加量

 

使用混凝法處理任何廢水,都存在最佳絮凝劑和最佳投藥量,通常都要通過試驗確定,投加量過大可能造成膠體的再穩定。一般普通鐵鹽、鋁鹽的投加范圍是10~100mg/L,聚合鹽為普通鹽投加量的1/2~1/3,有機高分子絮凝劑的投加范圍是1~5mg/L。

 

⑹絮凝劑投加順序

 

當使用多種絮凝劑時,需要通過試驗確定最佳投加順序。一般來說,當無機絮凝劑與有機絮凝劑并用時,應先投加無機絮凝劑,再投加有機絮凝劑。而處理雜質顆粒尺寸在50μm以上時,常先投加有機絮凝劑吸附架橋,再投加無機絮凝劑壓縮雙電層使膠體脫穩。

 

⑺水力條件

 

在混合階段,要求絮凝劑與水迅速均勻地混合,而到了反應階段,既要創造足夠的碰撞機會和良好的吸附條件讓絮體有足夠的成長機會,又要防止已生成的小絮體被打碎,因此攪拌強度要逐步減小,反應時間要足夠長。

 

17天然有機高分子絮凝劑的種類有哪些?

 

天然有機高分子絮凝劑在水處理中應用具有悠久的歷史,直到今天,天然高分子化合物仍是一類重要的絮凝劑,只是使用量遠低于人工合成高分子絮凝劑,原因是天然高分子絮凝劑電荷密度較小,分子量較低,且易發生生物降解而失去絮凝活性。

 

與人工合成的絮凝劑相比,天然有機高分子絮凝劑的毒性小,提取工藝簡單,無論是化學成分還是生產工藝,都能很好地與自然和諧一致,因此研究、利用這些自然資源用作水處理藥劑成為當前的熱點,這與全球重視合理利用資源,保護和改善環境的形勢密不可分。

 

目前天然高分子絮凝劑的種類很多,按照其主要天然成分(包括改性所用的基質成分),可以分為:殼聚糖類絮凝劑、改性淀粉絮凝劑、改性纖維素絮凝劑、木質素類絮凝劑、樹膠類絮凝劑、褐藻膠絮凝劑、動物膠和明膠絮凝劑等。這些天然高分子多數具有多糖結構,其中淀粉主鏈中僅含有一種單糖結構,屬于同多糖;殼聚糖、樹膠、褐藻膠等含有多種單糖結構,屬于雜多糖;木質素是一種特殊的芳香型天然高聚物;動物膠和明膠屬于蛋白質類物質。

 

18使用高分子有機絮凝劑時,應注意哪些事項?

 

有機高分子絮凝劑屬于線團結構的長鏈大分子,在水中必然經歷一個溶漲過程,固體產品或高濃度液體產品在使用之前必須配制成水溶液再投加到待處理水中。配制水溶液的溶藥池必須安裝機械攪拌設備,溶藥連續攪拌時間要控制在30min以上。水溶液的濃度一般為0.1%左右,再高,溶液的粘度增大,投加困難,再低,需要的溶液池體積又會過大。溶藥使用的水中應盡量避免含有大量的懸浮物,以避免有機高分子絮凝劑與這些懸浮物進行絮凝反應形成礬花,影響投加后的使用效果。

 

對固體有機高分子絮凝劑進行溶解時,固體顆粒的投加點一定要在水流紊動最強烈的地方,同時一定要以最小投加量向溶藥池中緩慢投入,使固體顆粒分散進入水中,以防固體投加量太快在水中分散不及而相互粘結形成團塊,團塊的結構是內部有固體顆粒、外部包圍部分水解物,這樣的團塊一旦形成,往往要花費很長時間才能再均勻地溶入水中,在連續溶藥池中甚至可以存在長達數天。

 

固體顆粒的投加點一定要遠離機械攪拌器的攪拌軸,因為攪拌軸通常是溶藥池中水流紊動性最差的地方,溶解不充分的有機高分子絮凝劑經常會附著在軸上,日益積累,有時可以形成相當大的粘團,如果不及時認真地予以清理,粘團會越變越大,影響范圍也就越來越大。

 

作為助凝劑時,一般要先在處理水中投加無機絮凝劑進行壓縮雙電層脫穩后,再投加有機高分子絮凝劑實現架橋作用。在無機絮凝劑投加充足的條件下,有機高分子絮凝劑的助凝效果不會因投加量的差異而有較大差別。因此,作為助凝劑時,有機高分子絮凝劑的投加量一般為0.1mg/L。

 

固體有機高分子絮凝劑容易吸水潮解成塊,必須使用防水包裝,保存地點也必須干燥,避免露天存放。

 

19微生物絮凝劑的種類有哪些?

 

微生物絮凝劑與傳統無機或有機絮凝劑有顯著不同,它們或是直接利用微生物細胞,或是利用微生物細胞壁提取物、代謝產物等。前者是微生物絮凝劑研究的主要方面,至今發現的具有絮凝性能微生物有17種以上,包括霉菌、細菌、放線菌和酵母,后者與有機絮凝劑為同類物質。微生物絮凝劑具有傳統無機或有機絮凝劑所不能比擬的許多優點,如不產生二次污染、生產成本低等。

 

微生物絮凝劑的絮凝性能受諸多因素影響,內在因素包括絮凝基因的遺傳和表達,外在因素則有微生物培養基的組成、細胞表面疏水性的變化、環境中二價金屬離子的存在等。目前,國外已有性能良好的微生物絮凝劑商品,如日本生產的NOC--1。微生物絮凝劑從研究到生產的關鍵問題是發展成熟的微生物育種技術,同時努力降低生產成本。我國的微生物絮凝劑研制正朝著這一方向邁進,但是離工業化生產還有一定距離。

 

20如何確定使用絮凝劑的種類和投加劑量?

 

絮凝劑的選擇和用量應根據相似條件下的水廠運行經驗或原水混凝沉淀試驗結果,結合當地藥劑供應情況,通過技術經濟比較后確定。選用的原則是價格便宜、易得,凈水效果好,使用方便,生成的絮凝體密實、沉淀快、容易與水分離等。

 

混凝的目的在于生成較大的絮凝體,由于影響因素較多,一般通過混凝燒杯攪拌試驗來取得相應數據?;炷囼炘跓羞M行,包括快速攪拌、慢速攪拌和靜止沉降三個步驟。投入的絮凝劑經過快速攪拌迅速分散并與水樣中的膠粒相接觸,膠粒開始凝聚并產生微絮體;通過慢速攪拌,微絮體進一步互相接觸長成較大的顆粒;停止攪拌后,形成的膠粒聚集體依靠重力自然沉降至燒杯底部。通過對混凝效果的綜合評價,如絮凝體沉降性、上清液濁度、色度、pH值、耗氧量等,確定合適的絮凝劑品種及其最佳用量。

 

試驗用六聯攪拌機,它有六個可垂直移動的轉軸,其底部位置處帶有攪拌葉片,葉片尺寸150px×50px。轉軸的旋轉速度和旋轉時間可以預先設定,能自動工作。一般試驗按快速攪動2min,n=300r/min;慢速攪動3min,n=60r/min。試驗時在6個1000mL大燒杯中加入1L原水后,分別放在六個轉軸的正下方,將轉軸下移到底;再在連接在一水平轉軸上的6個小玻璃燒杯內,依次加入不同數量的藥液,轉動水平軸,則小管內的藥液同時倒入相應的原水中。然后啟動攪拌器使其自動工作。

 

攪動自動停止后,將葉片從燒杯中緩慢拉起,靜置20min,用移液管自水面下約250px處,吸取水樣25ml,用濁度計測量上清液的濁度。以投藥量為橫坐標,上清液的剩余濁度為縱坐標,繪制成曲線將不同絮凝劑的效果進行對比,根據除濁效果和綜合技術經濟多方面因素,選擇確定處理這種廢水的絮凝劑。

 

燒杯攪拌試驗方法可分單因素試驗和多因素試驗兩種。試驗時要做到所用原水與實際水質完全相同,同時在根據水的pH值、雜質性質等因素考慮確定絮凝劑的種類、投加量、投加順序,而且試驗應該是實際過程的模擬,兩者的水力條件(主要是GT值)必須相同或接近。


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