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絮凝劑的分類以及作用

發布時間:2018-12-01 08:12:23 瀏覽


    絮凝劑按照其化學成分總體可分為無機絮凝劑和有機絮凝劑兩類。其中無機絮凝劑又包括無機凝聚劑和無機高分子絮凝劑;有機絮凝劑又包括合成有機高分子絮凝劑、天然有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。
    無機絮凝劑:
    主要分為兩大類別:鐵制劑系列和鋁制劑系列,當然也包括其叢生的高聚物系列。
    無機絮凝劑包括硫酸鋁、氯化鋁、硫酸鐵、氯化鐵等,其中硫酸鋁最早是由美國開發的,并一直沿用至今的一種重要的無機絮凝劑。常用的鋁鹽有硫酸鋁AL2(SO4)3.18H2O和明礬AL2(SO4)3.K2SO4.24H2O,另一類是鐵鹽有三氯化鐵水合物FeCL3.6H2O.硫酸亞鐵水合物FeSO4.7H2O和硫酸鐵。
簡單的無機聚合物絮凝劑,這類無機聚合物絮凝劑主要是鋁鹽和鐵鹽的聚合物。如聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合氯化鐵(PFC)以及聚合硫酸鐵(PFS)等。無機聚合物絮凝劑之所以比其它無機絮凝劑效果好,其根本原因在于它能提供大量的絡合離子,且能夠強烈吸附膠體微粒,通過吸附、橋架、交聯作用,從而使膠體凝聚。同時還發生物理化學變化,中和膠體微粒及懸浮物表面的電荷,降低了δ電位,使膠體微粒由原來的相斥變為相吸,破壞了膠團穩定性,使膠體微粒相互碰撞,從而形成絮狀混凝沉淀,沉淀的表面積可達(200~1000)m2/g,極具吸附能力。
    硫酸鐵:
    性狀
    灰白色粉末或正交棱形結晶流動淺黃色粉末。對光敏感。易吸濕。在水中溶解緩慢,但在水中有微量硫酸亞鐵時溶解較快,微溶于乙醇,幾乎不溶于丙酮和乙酸乙酯。在水溶液中緩慢地水解,相對密度(d18)3.097,熱至480℃分解。商品通常約含20%水呈淺黃色,也有含9分子結晶水的,相對密度2.1,175℃失去7分子結晶水。
    用途:
    1、用于銀的分析,糖的定量測定。用作染料。墨水。凈水。鋁的雕刻。消毒。聚合催化劑等。
    2、分析試劑、糖定量測定、鐵催化劑、媒染劑、凈水劑制顏料、藥物。
    3、水處理行業用作凈水的混凝劑和污泥的處理劑。
    4、被用作媒染劑以及工業廢水的凝結劑,也用于顏料中。
    5、醫藥上用硫酸鐵作收斂劑和止血劑。
    6、用于鍍鋅鎳鐵合金、鍍鋅鐵鈷合金等電解液中。
    硫酸鋁:
    性質
    極易溶于水,硫酸鋁在純硫酸中不能溶解(只是共存),在硫酸溶液中與硫酸共同溶解于水,所以硫酸鋁在硫酸中溶解度就是硫酸鋁在水中的溶解度。常溫析出含有18分子結晶水,為18水硫酸鋁,工業上生產多為18水硫酸鋁。含無水硫酸鋁51.3%,即使100℃也不會自溶(溶于自身結晶水)。不易風化而失去結晶水,比較穩定,加熱會失水,高溫會分解為氧化鋁和硫的氧化物。加熱至770℃開始分解為氧化鋁、三氧化硫、二氧化硫和水蒸氣。溶于水、酸和堿,不溶于乙醇。水溶液呈酸性。水解后生成氫氧化鋁。水溶液長時間沸騰可生成堿式硫酸鋁。工業品為灰白色片狀、粒狀或塊狀,因含低鐵鹽而帶淡綠色,又因低價鐵鹽被氧化而使表面發黃。粗品為灰白色細晶結構多孔狀物。無毒,粉塵能刺激眼睛。
    用途
    1、造紙工業中用作紙張施膠劑,以增強紙張的抗水、防滲性能;
    2、溶于水后能使水中的細小微粒和自然膠粒凝聚成大塊絮狀物,從而自水中除去,故用作供水和廢水的混凝劑;
    3、用作濁水凈化劑,也用作沉淀劑、固色劑、填充劑等。在化妝品中用作抑汗化妝品原料(收斂劑);
    4、消防工業中,與小蘇打、發泡劑組成泡沫滅火劑;
    5、分析試劑,媒染劑,鞣革劑,油脂脫色劑,木材防腐劑;
    6、白蛋白巴氏殺菌的穩定劑(包括液體或冷凍全蛋、蛋白或蛋黃);
    7、可作原料,用于制造人造寶石和高級銨明礬,其他鋁酸鹽;
    8、燃料工業中,在生產鉻黃和色淀染料時作沉淀劑,同時又起固色和填充劑作用。
    改性的單陽離子無機絮凝劑:
    除常用的聚鋁、聚鐵外,還有聚活性硅膠及其改性品,如聚硅鋁(鐵)、聚磷鋁(鐵)。改性的目的是引入某些高電荷離子以提高電荷的中和能力,引入羥基、磷酸根等以增加配位絡合能力,從而改變絮凝效果,其可能的原因是:某些陰離子或陽離子可以改變聚合物的形態結構及分布,或者是兩種以上聚合物之間具有協同增效作用。
    1、聚硅酸絮凝劑(PSAA)由于制備方法簡便,原料來源廣泛,成本低,是一種新型的無機高分子絮凝劑,對油田稠油采出水的處理具有更強的除油能力,故具有極大的開發價值及廣泛的應用前景。
    2、聚硅酸硫酸鐵(PFSS)絮凝劑,發現高度聚合的硅酸與金屬離子一起可產生良好的混凝效果。將金屬離子引到聚硅酸中,得到的混凝劑其平均分子質量高達2×105,有可能在水處理中部分取代有機合成高分子絮凝劑。
    3、聚磷氯化鐵(PPFC)中  高價陰離子與Fe3+有較強的親和力,對Fe3+的水解溶液有較大的影響,能夠參與Fe3+的絡合反應并能在鐵原子之間架橋,形成多核絡合物;對水中帶負電的硅藻土膠體的電中和吸附架橋作用增強,同時由于  的參與使礬花的體積、密度增加,絮凝效果提高。
    4、聚磷氯化鋁(PPAC)也是基于磷酸根對聚合鋁(PAC)的強增聚作用,在聚合鋁中引入適量的磷酸鹽,通過磷酸根的增聚作用,使得PPAC產生了新一類高電荷的帶磷酸根的多核中間絡合物。
    5、聚硅酸鐵(PSF)它不僅能很好地處理低溫低濁水,而且比硫酸鐵的絮凝效果有明顯的優越性,如用量少,投料范圍寬,礬花形成時間短且形態粗大易于沉降,可縮短水樣在處理系統中的停留時間等,因而提高了系統的處理能力,對處理水的pH值基本無影響。
    改性的多陽離子無機絮凝劑:
    1、聚合硫酸氯化鐵鋁(PAFCS)在飲用水及污水處理中,有著比明礬更好的效果;在含油廢水及印染廢水中PAFCS比PAC的效果均優,且脫色能力也優;絮凝物比重大,絮凝速度快,易過濾,出水率高;其原料均來源于工業廢渣,成本較低,適合工業水處理。鋁鐵共聚復合絮凝劑也屬這類產品,它的生產原料氯化鋁和氯化鐵均是廉價的傳統無機絮凝劑,來源廣,生產工藝簡單,有利于開發應用。鋁鹽和鐵鹽的共聚物不同于兩種鹽的混合物,它是一種更有效地綜合了PAC和FeCl3的優點,增強了去濁效果的絮凝劑。其有效鐵鋁含量(AL2O3+Fe2O3)大于22%,產品吸濕性強。研究表明:在聚合氯化鋁的(PAC)的有效鋁含量大于PAFCS有效鋁鐵含量的情況下,PAFCS在污水處理中有著比明礬更好的結果;在含油廢水中及印染廢水中PAFCS比PAC的效果均優,且脫色能力也強。絮凝物比重大、絮凝速度快、易過濾、出水率高,其原料均于工業廢渣,成本較低,適合廢水處理。
    2、聚合聚鐵硅絮凝劑也是其中之一,采用其處理生活污水,其處理效果及COD去除率均優于聚合鐵,除濁率達99%以上,脫色率65%~70%,COD去除率達70%,同時可除去生活污水中的大部分氨氮和全部磷。
    3、鋁鐵共聚復合絮凝劑也屬于這類產品,它的生產原料氯化鋁和氯化鐵均是廉價的傳統的無機絮凝劑,來源廣、生產工藝簡單,有利于開發利用。鋁鹽和鐵鹽的共聚物不同于兩種鹽的混合物,它是一種更有效地綜合了PAC和FeCL3的優點,增強了去濁效果的絮凝劑。其中鋁鐵共聚復合絮凝劑中鐵的含量及形態分布對絮凝性能的影響有待于進一步研究,共聚物的pH值由PAC和FeCL3溶液的水解能力決定,對應溶液的pH值在其兩種母液之間,視其中鋁鹽或鐵鹽含量的多少而定。
   其他:
    1、聚合硫酸鐵是一種多羥基、多核結合體的陽離子型無機高分子絮凝劑, 它可以與水以任意比例快速混合,它比一般的無機混合凝劑有較大的分子量,用作水處理劑時,具有較強的吸附、絮橋、凝聚沉淀性能,且絮凝體形成大而快,絮體不易破碎,重凝性能好,沉淀后的水過濾快,凈水PH值范圍寬等優點。
    2、聚合氯化鋁屬于無機混凝劑。主要是飲用水處理,市政污水處理以及造紙印染廢水處理。其價格低,市場應用范圍廣。
    3、聚合氯化鋁鐵加入單質鐵離子或三氧化鐵和其它含鐵化合物復合而制得的一種新型高效混凝劑。主要用于飲用水以及工業廢水處理。
    有機高分子絮凝劑:
    無機絮凝劑的優點是比較經濟、用法簡單;但用量大、絮凝效果低,而且存在成本高、腐蝕性強的缺點。有機高分子絮凝劑是20世紀60年代后期才發展起來的一類新型廢水處理劑。與傳統絮凝劑相比,它能成倍的提高效能,且價格較低,因而有逐步成為主流藥劑的趨勢。加上產品質量穩定,有機聚合類絮凝劑的生產已占絮凝劑總產量30%~60%。
    某些天然的高分子有機物例如含羧基較多的多聚糖和含磷酸基較多的淀粉都有絮凝性能。用化學方法在大分子中引入活性基團可提高這種性能,如將一種天然多糖進行醚化反應引入羧基、酰胺基等活性基團后,絮凝性能較好,可加速蔗汁沉降。
將天然的高分子物質如淀粉、纖維素、殼聚糖等與丙烯酰胺進行接枝共聚,聚合物有良好的絮凝性能,或兼有某些特殊的性能。國內研制的一些產品,主要應用于污水處理和污泥脫水。
    由于大多數有機高分子絮凝劑本身或其水解、降解產物有毒,且合成用丙烯酰胺單體有毒,能麻醉人的中樞神經,應用領域受到一定限制,迫使絮凝劑向廉價實用、無毒高效的方向發展。
    品種分類:
    有機絮凝劑有不少品種。它們都是含有大量活性基團的高分子有機物,主要有三大類:
    1、以天然的高分子有機物為基礎,經過化學處理增加它的活性基團含量而制成。
    2、用現代的有機化工方法合成的聚丙烯酰胺系列產品。
    3、用天然原料和聚丙烯酰胺接枝(或共聚)制成。
    有機高分子絮凝劑有天然高分子和合成高分子兩大類。從化學結構上可以分為以下3種類型:
    (1)聚胺型-低分子量陽離子型電解質;
    (2)季銨型-分子量變化范圍大,并具有較高的陽離子性;
    (3)丙烯酰胺的共聚物-分子量較高,可以幾十萬到幾百萬、幾千萬,均以乳狀或粉狀的劑型出售,使用上較不方便,但絮凝性能好。根據含有不同的官能團離解    后粒子的帶電情況可以分為陽離子型、陰離子型、非離子型3大類。有機高分子絮凝劑大分子中可以帶-COO-、-NH-、-SO3、-OH等親水基團,具有鏈狀、環狀等多種結構。
    因其活性基團多,分子量高,具有用量少,浮渣產量少,絮凝能力強,絮體容易分離,除油及除懸浮物效果好等特點,在處理煉油廢水上有不錯的效果。
    聚丙烯酰胺:
    在國內水處理中使用最廣泛的絮凝劑,是合成的聚丙烯酰胺系列產品,主要分為陰離子型,陽離子型,非離子型和兩性離子型。聚丙烯酰胺(polyacrylamide),常簡寫為PAM(過去亦有簡寫為PHP)水處理使用的各種PAM,實質上是用一定比例的丙烯酰胺和丙烯酸鈉經過共聚反應生成的高分子產物,有一系列的產品。
聚丙烯酰胺按分子量的大小可分為超高相對分子量聚丙烯酰胺、高相對分子量聚丙烯酰胺、中相對分子量聚丙烯酰胺和低相對分子量聚丙烯酰胺。超高相對分子量聚丙烯酰胺主要用于油田的三次采油,高相對分子量聚丙烯酰胺主要用做絮凝劑,中相對分子量聚丙烯酰胺主要用做紙張的干強劑,低相對分子量聚丙烯酰胺主要用做分散劑。
    聚丙烯酰胺屬于高分子聚合物。專業針對各種難以處理的廢水的處理以及污泥脫水的處理。(污泥脫水一般采用陽離子聚丙烯酰胺)在市政污水以及造紙印染行業的污泥處理中,應用廣泛。
    丙烯酰胺的分子式為:CH2 = CH-CONH2
    丙烯酸鈉的分子式為:CH2 = CH-COONa
    非離子型有機高分子絮凝劑
    非離子型有機高分子絮凝劑主要是聚丙烯酰胺。它由丙烯酰胺聚合而得。
    陰離子型有機高分子絮凝劑
    聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鈣以及聚丙烯酰胺的加堿水解物等聚合物。
    苯乙烯磺酸鹽、木質磺酸鹽、丙烯酸、甲基丙烯酸等共聚物。
    陽離子型有機高分子絮凝劑
    季銨化的聚丙烯酰胺陽離子均是將-NH2經過羥甲基化和季銨化而得,可以分為聚丙烯酰胺陽離子化和陽離子化丙烯酰胺聚合。
    聚丙烯酰胺(PAM)先與甲醛水溶液反應,酰胺基部分羥甲基化,其次與仲胺反應進行烷胺基化,然后與鹽酸或胺基化試劑反應使叔胺季銨化。
    在堿性條件下,先由丙烯酰胺與甲醛水溶液反應,然后與二甲胺反應,冷卻后加鹽酸季銨化。產物經蒸發濃縮、過濾,得季銨化丙烯酰胺單體。
    聚丙烯酰胺的陽離子衍生物
    這類產品多是由丙烯酰胺與陽離子單體共聚合得到的。
    兩性聚丙烯酰胺聚合物
    以部分水解聚丙烯酰胺加入適量甲醛和二甲胺,通過曼尼茲反應合成出具有羧基和胺甲基的兩性型聚丙烯酰胺絮凝劑。
    丙烯酰胺接枝共聚物
    因為淀粉價廉來源豐富,其本身也是高分子化合物,它具有親水的剛性鏈,以這種剛性鏈為骨架,接上柔性的聚丙烯酰胺支鏈,這種剛柔相濟的網狀大分子除了保持原聚丙烯酰胺的功能之外,還具有某些更為優異的性能。
    復合絮凝劑
    有機無機復合絮凝劑以品種多樣和性能多元化占主導地位。作用機理主要與協同作用相關。無機高分子成分吸附雜質和懸浮微粒,使形成顆粒并逐漸增大;而有機高分子成分通過自身的橋聯作用,利用吸附在有機高分子上的活性基團產生網捕作用,網捕其它雜質顆粒一同下沉。同時,無機鹽的存在使污染物表面電荷中和,促進有機高分子的絮凝作用,大大提高絮凝效果。我國無機高分子絮凝劑的生產和應用已取得長足進展,最具有代表性的聚合氯化鋁和聚合硫酸鐵的研究,已居世界前列。
    微生物絮凝劑
    國外微生物絮凝劑的商業化生產始于20世紀90年代,因不存在二次污染,使用方便,應用前景誘人。如紅平紅球菌及由此制成的NOC-1是目前發現的最佳微生物絮凝劑,具有很強的絮凝活性,廣泛用于畜產廢水、膨化污泥、有色廢水的處理。我國微生物絮凝劑的制品尚未見報導。
微生物絮凝劑主要包括利用微生物細胞壁提取物的絮凝劑,利用微生物細胞壁代謝產物的絮凝劑、直接利用微生物細胞的絮凝劑和克隆技術所獲得的絮凝劑。微生物產生的絮凝劑物質為糖蛋白、粘多糖、蛋白質、纖維素、DNA等高分子化合物,相對分子質量在105以上。
    微生物絮凝劑是利用生物技術,從微生物體或其分泌物提取、純化而獲得的一種安全、高效,且能自然降解的新型水處理劑。由于微生物絮凝劑可以克服無機高分子和合成有機高分子絮凝劑本身固有的缺陷,最終實現無污染排放,因此微生物絮凝劑的研究正成為當今世界絮凝劑方面研究的重要課題。
微生物絮凝劑的研究者早就發現,一些微生物如酵母、細菌等有細胞絮凝現象,但一直未對其產生重視,僅是作為細胞富集的一種方法。近十幾年來,細胞絮凝技術才作為一種簡單、經濟的生物產品分離技術在連續發酵及產品分離中得到廣泛的應用。
    微生物絮凝劑是一類由微生物產生的具有絮凝功能的高分子有機物。主要有糖蛋白、粘多糖、纖維素和核酸等。從其來源看,也屬于天然有機高分子絮凝劑,因此它具有天然有機高分子絮凝劑的一切優點。同時,微生物絮凝劑的研究工作已由提純、改性進入到利用生物技術培育、篩選優良的菌種,以較低的成本獲得高效的絮凝劑的研究,因此其研究范圍已超越了傳統的天然有機高分子絮凝劑的研究范疇。具有分泌絮凝劑能力的微生物稱為絮凝劑產生菌。
最早的絮凝劑產生菌是Butterfield從活性污泥中篩選得到。1976年,Nakamura j.等人從霉菌、細菌、放線菌、酵母菌等菌種中,篩選出19種具有絮凝能力的微生物,其中以醬油曲霉(Aspergillus souae)AJ7002產生的絮凝劑效果最好。
    1985年,Takagi H等人研究了擬青霉素(Paecilomyces sp.l-1)微生物產生的絮凝劑PF101。PF101對枯草桿菌、大腸桿菌、啤灑酵母、血紅細胞、活性污泥、纖維素粉、活性炭、硅藻土、氧化鋁等有良好的絮凝效果。
    1986年,Kurane等人利用紅平紅球菌 (Rhodococcuserythropolis)研制成功息生物絮凝劑NOC-1,對大腸桿菌、酵母、泥漿水、河水、粉煤灰水、活性碳粉水、膨脹污泥、紙漿廢水等均有極好的絮凝和脫色效果,是目前發現的最好的微生物絮凝劑。
    絮凝劑的分子質量、分子結構與形狀及其所帶基團對絮凝劑的活性都有影響。一般來講,分子量越大,絮凝活性越高;線性分子絮凝活性高,分子帶支鏈或交聯越多,絮凝性越差;絮凝劑產生菌處于培養后期,細胞表面蔬水性增強,產生的絮凝劑活性也越高。處理水體中膠體離子的表面結構與電荷對絮凝效果也有影響。一些報道指出,水體中的陽離子,特別是Ca2+、Mg2+的存在能有效降低膠體表面負電荷,促進“架橋”形成。另外,高濃度Ca2+的存在還能保護絮凝劑不受降解酶的作用。微生物絮凝劑高效、安全、不污染環境的優點,在醫藥、食品加工、生物產品分離等領域也有巨大的潛在應用價值。
    工作原理:
    絮凝沉淀法是選用無機絮凝劑(如硫酸鋁)和有機陰離子型絮凝劑聚丙烯酰銨(PAM)配制成水溶液加入廢水中,便會產生壓縮雙電層,使廢水中的懸浮微粒失去穩定性,膠粒物相互凝聚使微粒增大,形成絮凝體、礬花。絮凝體長大到一定體積后即在重力作用下脫離水相沉淀,從而去除廢水中的大量懸浮物,從而達到水處理的效果。為提高分離效果,可適時、適量加入助凝劑。處理后的污水在色度、含鉻、懸浮物含量等方面基本上可達到排放標準,可以外排或用作人工注水采油的回注水。
    絮凝劑是目前污水治理中應用最為廣泛的一種藥劑,絮凝過程是污水處理工藝中不可缺少的關鍵環節。按其化學成分可分為:無機鹽類絮凝劑、有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。用戶可以依據廢水性質不同進行合理選擇。絮凝劑與廢水處理設備相結合,使廢水處理效果更加,有效解決了廢水處理難題。
絮凝劑在廢水處理中的應用有效的提升了污水處理速率,使廢水處理效果顯著。目前,該藥劑在各行業廢水處理中應用較為廣泛,確保經大型污水處理設備處理后的水質能夠符合國家規定排放標準,有效防止了水污染現狀的惡化,確保生態環境可持續發展。
有機高分子絮凝劑在處理煉油廢水加入絮凝劑就是使水與雜質快速、比較徹底的分離開來。
    作用:
    與有機高分子絮凝劑相比,微生物絮凝劑擁有絮凝范疇廣、活性高、安全無毒、不污染環境等特色,而且使用條件細置,存在廣譜絮凝活性,因而,能夠普遍用于給水污水處理中。
    1、高濃度有機廢水處理,高濃度有機廢水主要包含畜產廢水及其它一些食品及農廠廢水,此類廢水在生化處理之前正常添絮凝等預處理進程。微生物絮凝劑比SPA的絮凝動機更糟,借指沒假如異時將微生物絮凝劑戰大批SPA混雜先,錯味精廢水的預處理后果可退一步進步,且藥劑的總投添質顯明縮小。
    2、印染廢水的穿色印染廢水果其色澤淺,組總龐雜,露無染料、漿料、幫劑、纖維、因膠、蠟量、有機鹽等多種物資,仍替邦內隱止產業廢水亂理下的多少小困難之一。其處理易點一非COD高,而B/C值較老,可師化較差;二非色度高且組總龐雜。處理印染廢水要害在于脫色,在各種處理方式外以絮凝法果其投資用度矮、裝備占天多、處置容質小、脫色率高而被廣泛采取。異聚鐵種絮凝劑種相比微死物絮凝劑不僅具備良孬的絮凝積淀性能,而且存在良糟的穿色后果,在印染廢火西無著正常絮凝劑不擁有的上風,絮凝劑。
    3、 高淡度有機物懸浮廢水的解決高淡度有機懸浮廢水非一種不否熟化提系的廢水,傳統農藝正常采取化教絮凝及處理法。微熟物絮凝劑也否用于高嶺洋、泥水漿、粉煤灰等水樣處理外,在實驗外通功用微師物絮凝及處理陶瓷廠廢水,釉藥廢水戰坯體廢水。
    4、活性污泥解決零碎的效力常果污泥的輕提性能變差而下降,在活性污泥西參加微死物絮凝劑時,否使污泥容積指數能很速降落,預防污泥系絮,打消污泥收縮狀況,主而恢回生性污泥重升才能,進步全部處置體系的效力。
息替一種故型的絮凝劑,微熟物絮凝劑有著良糟的利用遠景,未普遍運用于高淡度無機廢水的解決、染料廢火的穿色、活性污泥的處理等寶物處置西,并顯示了強盛的性命力。

 

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