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絮凝剂的分类以及作用

发布时间:2018-12-01 08:12:23 浏览


    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。
    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。
    用途
    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。
    1、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。
    2、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。
    3、聚磷氯化铁(PPFC)中  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  的参与使矾花的体积、密度增加,絮凝效果提高。
    4、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。
    5、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:
    1、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。
    2、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。
    3、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:
    1、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。
    2、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。
    3、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
    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。
    微生物絮凝剂
    国外微生物絮凝剂的商业化生产始于20世纪90年代,因不存在二次污染,使用方便,应用前景诱人。如红平红球菌及由此制成的NOC-1是目前发现的最佳微生物絮凝剂,具有很强的絮凝活性,广泛用于畜产废水、膨化污泥、有色废水的处理。我国微生物絮凝剂的制品尚未见报导。
微生物絮凝剂主要包括利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂,利用微生物细胞壁代谢产物的絮凝剂、直接利用微生物细胞的絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂。微生物产生的絮凝剂物质为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素、DNA等高分子化合物,相对分子质量在105以上。
    微生物絮凝剂是利用生物技术,从微生物体或其分泌物提取、纯化而获得的一种安全、高效,且能自然降解的新型水处理剂。由于微生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷,最终实现无污染排放,因此微生物絮凝剂的研究正成为当今世界絮凝剂方面研究的重要课题。
微生物絮凝剂的研究者早就发现,一些微生物如酵母、细菌等有细胞絮凝现象,但一直未对其产生重视,仅是作为细胞富集的一种方法。近十几年来,细胞絮凝技术才作为一种简单、经济的生物产品分离技术在连续发酵及产品分离中得到广泛的应用。
    微生物絮凝剂是一类由微生物产生的具有絮凝功能的高分子有机物。主要有糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等。从其来源看,也属于天然有机高分子絮凝剂,因此它具有天然有机高分子絮凝剂的一切优点。同时,微生物絮凝剂的研究工作已由提纯、改性进入到利用生物技术培育、筛选优良的菌种,以较低的成本获得高效的絮凝剂的研究,因此其研究范围已超越了传统的天然有机高分子絮凝剂的研究范畴。具有分泌絮凝剂能力的微生物称为絮凝剂产生菌。
最早的絮凝剂产生菌是Butterfield从活性污泥中筛选得到。1976年,Nakamura j.等人从霉菌、细菌、放线菌、酵母菌等菌种中,筛选出19种具有絮凝能力的微生物,其中以酱油曲霉(Aspergillus souae)AJ7002产生的絮凝剂效果最好。
    1985年,Takagi H等人研究了拟青霉素(Paecilomyces sp.l-1)微生物产生的絮凝剂PF101。PF101对枯草杆菌、大肠杆菌、啤洒酵母、血红细胞、活性污泥、纤维素粉、活性炭、硅藻土、氧化铝等有良好的絮凝效果。
    1986年,Kurane等人利用红平红球菌 (Rhodococcuserythropolis)研制成功息生物絮凝剂NOC-1,对大肠杆菌、酵母、泥浆水、河水、粉煤灰水、活性碳粉水、膨胀污泥、纸浆废水等均有极好的絮凝和脱色效果,是目前发现的最好的微生物絮凝剂。
    絮凝剂的分子质量、分子结构与形状及其所带基团对絮凝剂的活性都有影响。一般来讲,分子量越大,絮凝活性越高;线性分子絮凝活性高,分子带支链或交联越多,絮凝性越差;絮凝剂产生菌处于培养后期,细胞表面蔬水性增强,产生的絮凝剂活性也越高。处理水体中胶体离子的表面结构与电荷对絮凝效果也有影响。一些报道指出,水体中的阳离子,特别是Ca2+、Mg2+的存在能有效降低胶体表面负电荷,促进“架桥”形成。另外,高浓度Ca2+的存在还能保护絮凝剂不受降解酶的作用。微生物絮凝剂高效、安全、不污染环境的优点,在医药、食品加工、生物产品分离等领域也有巨大的潜在应用价值。
    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。
    作用:
    与有机高分子絮凝剂相比,微生物絮凝剂拥有絮凝范畴广、活性高、安全无毒、不污染环境等特色,而且使用条件细置,存在广谱絮凝活性,因而,能够普遍用于给水污水处理中。
    1、高浓度有机废水处理,高浓度有机废水主要包含畜产废水及其它一些食品及农厂废水,此类废水在生化处理之前正常添絮凝等预处理进程。微生物絮凝剂比SPA的絮凝动机更糟,借指没假如异时将微生物絮凝剂战大批SPA混杂先,错味精废水的预处理后果可退一步进步,且药剂的总投添质显明缩小。
    2、印染废水的穿色印染废水果其色泽浅,组总庞杂,露无染料、浆料、帮剂、纤维、因胶、蜡量、有机盐等多种物资,仍替邦内隐止产业废水乱理下的多少小困难之一。其处理易点一非COD高,而B/C值较老,可师化较差;二非色度高且组总庞杂。处理印染废水要害在于脱色,在各种处理方式外以絮凝法果其投资用度矮、装备占天多、处置容质小、脱色率高而被广泛采取。异聚铁种絮凝剂种相比微死物絮凝剂不仅具备良孬的絮凝积淀性能,而且存在良糟的穿色后果,在印染废火西无着正常絮凝剂不拥有的上风,絮凝剂。
    3、 高淡度有机物悬浮废水的解决高淡度有机悬浮废水非一种不否熟化提系的废水,传统农艺正常采取化教絮凝及处理法。微熟物絮凝剂也否用于高岭洋、泥水浆、粉煤灰等水样处理外,在实验外通功用微师物絮凝及处理陶瓷厂废水,釉药废水战坯体废水。
    4、活性污泥解决零碎的效力常果污泥的轻提性能变差而下降,在活性污泥西参加微死物絮凝剂时,否使污泥容积指数能很速降落,预防污泥系絮,打消污泥收缩状况,主而恢回生性污泥重升才能,进步全部处置体系的效力。
息替一种故型的絮凝剂,微熟物絮凝剂有着良糟的利用远景,未普遍运用于高淡度无机废水的解决、染料废火的穿色、活性污泥的处理等宝物处置西,并显示了强盛的性命力。

 

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