凝聚剂絮凝剂

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含于水中杂质的某些性质,一般天然水中游离的水分子是很少的,大约只占0.1%,其存在的形态绝大局部是数个分子的集合如(H2O)n。水分子的两个氢和一个氧结合呈现一个非对称构造,这种非对称构造使水具有双极性,因而它易于附着在水中杂质的外表上形成水合层。少量的水电离成氢离子和氢氧根离子存在于水中。这些离子与水中所含杂质相互作用后,使水的性质产生了一定的差异。,4,水溶液和水中杂质的形态,含于水中的杂质有混入或溶解于水中的某些气体、液体和固体,其中包括有机物和无机物。,按胶体化学的观点,分散于水中的这些物质,由于其分散的程度不同可分为三种类型:一为,悬浮液,与,悬浊液,m,这种体系属于动力学不稳定的,借重力作用终究能沉淀下来。其次是,真溶液,,其分散相的颗粒直径小于1nm,是单相、均衡的,属于热力学稳定体系。第三是,胶体溶液,,其分散相颗粒的大小在1-200nm范围内,它介于真溶液的上限和悬浮液的下限之间,不能用一般过滤方法去除,由于颗粒在水中做布朗运动也不能借重力而下沉,它可以是聚集体,也可以是单一的大分子。,5,从物理学观点看,不管是悬浮体系、溶解体系或胶态体系,其不同之处仅是颗粒的大小不同而已。其分类是:粒径在m -1mm范围内,属悬浮体系;粒径1nm者,属溶解体系;粒径在m范围内,属胶态体系。按国际标准化机构的规定,以通过m的滤膜作为划分体系的界限。从工程设计上概括起来说,水中的杂质可简单地分为溶存物与不溶解的悬浮物。,6,7.2,凝聚的机理,在原水的预处理过程中,向水中投加凝聚剂后其所发生的凝聚作用是非常复杂的反响过程,它涉与水中分散介质的性质、各种凝聚剂的特性、分散介质与各种凝聚剂的相互作用条件与它们彼此间的一系列反响等,因而凝聚是受物理、化学与动力学等各方面的作用力所影响的。,近年来,由于胶体化学的开展和高分子聚合物凝聚剂的应用,对电中和胶体吸附有了进一步的研究。因而在凝聚作用的理论上了较趋向一致的看法,即双电层压缩机理。,7,7.2.1,双电层压缩的作用机理,水中胶体微粒一般带有负电荷,这可能是由于:它们外表的一些成分溶于水后被水中的一些带正电离子所置换,使胶体外表产生多余的负电荷;胶体微粒有选择地吸附了一些负电荷,因而造成它带负电;有效胶体外表的化学构造的基团离解,当离解后显示电性。,胶体微粒外表带电荷,必然要吸引水中带异电荷的离子。如胶体带正电荷,那么吸引了水溶液中许多负离子,它们被吸附在微粒的外表上,因而形成了一个固定层。这种静电吸引作用使其在水溶液中产生一种浓度梯度,在热运动与分散介质(水)的极性作用下,胶体微粒所吸引的这些负离子又有朝向相反方向力图离开向着浓度低的水溶液扩散的趋势。,8,当吸引和扩散到达平衡时在其外侧就形成了一个所谓的扩散层。固定层的厚度大约是(2-3)10-7mm,不随温度而变化,但扩散层厚度那么较大,且随温度和其他因素而变化。这种固定层和扩散层总称为“双电层。当这种颗粒在水中移动、两相之间产生剪切力形成滑动时,滑动面的电位称为电位。一般认为扩散层愈厚那么电位越高,胶体微粒的电荷和胶体微粒间的斥力也越大,因而这种胶体溶液的稳定性就大。,滑动面,电势,固体,斯特恩面,电位的上下成为凝聚反响好与坏的一个重要因素。当投加高价电解质能使颗粒外表的电荷减小,同时使扩散层受到压缩,这样电位就降低,促进了凝聚。,9,对于两个带一样电荷的微粒,在其扩散层未接触前两个微粒并不发生任何关系。当两个微粒接近到其扩散层重叠时,重叠区内离子将同时受到两微粒的作用,使离子产生重新分布的趋势,由于静电力的不平衡,产生微粒间互相排斥而别离。排斥力以排斥势能来表示,它同微粒间的距离以指数规律成反比。另一方面,胶体微粒相互接近时,还受到范德华引力作用。微粒相距愈近,虽吸引大,但由于带同号电荷,斥力也大;当微粒间距离小到粒子间斥力和引力相等时,两颗粒处于平衡。参加电介质,使排斥势能降到一定程度,两微粒就发生凝聚。,10,7.2.2,水中粘土的离子交换容量,水中悬浮胶体微粒与凝聚剂的反响,是金属离子、凝聚剂水解产生的高价络合离子与胶体微粒外表产生吸附、浓缩,降低胶体微粒外表电荷,从而发生凝聚。这是金属离子或络合离子与胶体微粒的官能团之间的配位结合,属于化学吸附反响,并非物理作用。,利用扩散层压缩等凝聚理论都难以确切地表达出外加电解质的临界浓度与水中悬浊质的量与质的关系。在实践中已证明,同样浊度、pH值和碱度下,在凝聚处理中其所用的凝聚剂量也常有所不同,这主要是悬浊液中的物质性质不同,导致凝聚的效果也不同。如果用阳离子交换容量,那么可表达出悬浊质的量与其特性。,11,由于水中所含的胶体物质不同,交换能力也不同。Langmuir曾用不同交换容量的粘土进展凝聚试验,得出以下结论:,(1)交换容量低时,需要的凝聚剂量也少。但有效凝聚区变窄,这在实际应用中较难控制。,(2) 如交换容量高,那么临界凝聚浓度也相应地高;,(3)如欲投药量少且能取得最大凝聚效果,那么应使凝聚剂水解后与胶体微粒的交换容量到达适当平衡;,(4)交换容量到达250mol/L 时,才不会有再稳出现,此时控制也容易;,12,根据河村劝的实验,得出几种不同性质的悬浊质与其交换容量的关系为:高岭土表土胶质粘土硅藻土。,胶质粘土的交换容量为52mmol/100g。从其试验看,胶质粘土的水虽凝聚剂用量大,但使用的有效凝聚范围也大,因而运行时平安。,可见,利用阳离子交换容量可反映出不同性质粘土的水在凝聚过程中其交换容量也不同这样一个量的概念。水中所含粘土的量与性质将直接影响到凝聚效果。如果离子交换容量大,用在异向凝聚的过程中,那么可取得较好的凝聚效果。,13,7.3,铝盐,自1884年美国开发使用硫酸铝(AS)以来,铝盐在水处理工业中占有重要地位。到本世纪60年代,聚合氯化铝(PAC)以其优越的净水性能被广泛应用。迄今为止,铝盐在饮用水处理中使用最广泛,产量最大。据日本水协报道,PAC与AS相比,浓度与投加量相等情况下需碱量后者比前者约多1倍,且PAC除浊、除菌的效果均优于AS。,三价金属铝在水中的存在形态是带有6个结晶水的Al(H2O)63+。当pH值小于4时,这种水合铝离子是水中存在的主要形态。如pH值升高,水合离子就产生结合水的水解过程,生成各种羟基铝离子;如pH值继续升高,那么其水解就继续进展,最后生成氢氧化铝沉淀物。,14,一般pH值约在5左右即会出现氢氧化铝胶体、pH值到达7以上,三价铝就成为存在的主要形态,但pH值到达8附近又重新溶解,水解成带负电荷的阴离子。可见,pH值偏低,那么是高电荷低聚合度的多核络合离子占主要地位;pH值升高时,那么不断地转化低电荷高聚合度的无机高分子电解质并占主要地位;再进一步提高pH值那么又生成中性的而聚合度无限大的难溶氢氧化铝。,15,7.3.1,常见铝盐凝聚剂,硫酸铝,又名明矾,分子式:Al2(SO4)3.xH2O,性能:以下结晶为27水合物。,硫酸铝是目前市面上最常见的凝聚剂。当添加于水中时,能迅速被溶解,解析出SO42-。铝离子与水而水解。在原水中,铝离子被6个水分子包围,形成带三价正电荷,以Al(H2O)63+八面体存在。在pH值大于3时,水合分子逐步被OH-所取代。当水解时,将有各种不同的水化分子进展聚合反响。在适当的pH值之下,在水处理过程中(如原水净化与冷石灰软化法),水解作用与聚合反响将迅速发生,形成各种不同的单核子和多核子络合物。,16,硫酸铝是目前市面上最常见的凝聚剂。当添加于水中时,能迅速被溶解,解析出SO42-。铝离子与水而水解。在原水中,铝离子被6个水分子包围,形成带三价正电荷,以Al(H2O)63+八面体存在。在pH值大于3时,水合分子逐步被OH-所取代。当水解时,将有各种不同的水化分子进展聚合反响。在适当的pH值之下,在水处理过程中(如原水净化与冷石灰软化法),水解作用与聚合反响将迅速发生,形成各种不同的单核子和多核子络合物。,17,硫酸铝铵,又名铵明矾,分子式:(NH,4,),2,SO,4,.Al,2,(SO,4,),3,.24H,2,O,性能,:白色透明结晶硬块硫酸铝铵(十二水合物),为无色透明的正八面体结晶。,硫酸铝铵主要用作净化污水的混凝剂。在用作处理污水的混凝剂时,为了提高絮凝效果,应通过实验确定絮凝条件(如pH值范围、投加量等)。,18,碱式氯化铝,又名多羟基聚合氯化铝、聚氯化铝,分子式:,Al,2,(OH),n,Cl,6-,n,m,性能,:纯品为褐色透明液体。是高效水处理剂和凝聚沉降剂。用于各类水厂生活用水净化,也可用于废水处理。在原水浊度为50-1000mg/L时按6-15mg/L的剂量投加。,碱式氯化铝是由铝灰为主要原料生产的无机高分子净水剂。因铝灰中的铝分子是金属状态的,比矿石状态的铝分子活泼,所以混凝效果非常明显。其净水效果大大优于一般的净水品。特别是对工业污水、造纸、印染等污水有独特的成效。,19,7.3.2,铝盐凝聚剂对出水残留铝的影响,由于铝盐水解产物的絮凝作用,各种铝盐作为净水剂被广泛应用于饮用水工艺中。近10年的研究说明,铝经各种渠道进入人体后,通过蓄积和参与许多生物化学反响,能将体内必需的营养元素和微量元素置换流失或沉积,干扰破坏各部位的生理功能,导致人体出现诸如铝性脑病、铝性骨病、铝性贫血等中毒病症。,世界卫生组织对水中残留铝含量的限制标准为,美国定为0.05 mg/L。我国也在2000年暂行水质目标中,增加了铝的标准值为。我国局部水厂的自来水铝含量的平均值约为,其偏高的原因可能与药剂的质量与絮凝过程不完善有关,导致局部铝以氢氧化铝微粒存于水中。,20,可采用如下方法降低自来水中铝的含量:,(1)开发和采用能减少铝投加量的复合铝盐,例如使用复合聚氯化铝,可在同等药耗条件下减少铝投加量;,(2)通过添加无毒的高分子絮凝剂;,(3)以新型的无铝絮凝剂代替单铝盐、复铝盐或聚铝盐。铁盐比铝盐的凝聚沉降速度快,沉渣量少,pH值适用范围广。如果能解决铁盐腐蚀较强和造色的问题,以铁盐代替铝盐是可行的。优质聚合硅酸铁被认为是有应用前景的药剂;,(4)改进凝聚沉淀技术。应根据实际情况,改进凝聚的工艺和技术,尤其要注意选择适宜的药剂和合理的搅拌速度和时间,促进絮体长大,通过强化凝聚来降低出水中残留铝的含量。,21,7.4 铁盐,铁盐形成的矾花密度和强度较大,净水效果显著,受水温影响小,pH值适用范围广,价格廉价,对某些原水(硬水)有较好的处理效果。但铁盐腐蚀性强对设备要求高,且铁盐絮凝剂中Fe2+与水中腐殖质等有机物可形成水溶性污物,造成自来水带色,故而南方水厂一般不直接使用。,聚合硫酸铁(PFS)是一种性能优越的无机高分子絮凝剂,它是在硫酸铁分子簇的网络构造中引入了羟基,以OH-架桥形成核络离子。PFS具有一些突出特点:如优良的凝聚性能,絮体沉降速度快,有较强的去除水中BOD、COD与重金属的能力,能降低亚硝氮和铁的含量。,22,新近研究成功的聚氯硫酸铁(PFCS)以硫酸-盐酸混酸溶解废钢渣的溶出液为原料制成,其本钱低,与聚合氯化铝(PAC)相比,一样水质的处理本钱可降低30%左右。,近10年来,我国以煤矸石、铁矿石等为原料制取聚合氯化铝铁(PAFC),它兼有铁盐和铝盐的特性,反响速度快、沉降快、除浊效果好,但对以矿石和废渣为原料生产的药剂,其重金属含量与作为饮用水的卫生平安性无疑是应该强调的。,23,三价铁盐的作用相当于三价铝盐,也会形成水合单核络合物。铁盐水解后与硫酸铝水合的产物可当凝聚剂用,即Fe(H2O)3(OH)3沉淀物、带正电荷的水合单核离子与多核离子络合物会吸附带负电荷的胶质粒子。唯一不同的是,铁盐或亚铁盐(氯化铁除外)适用的pH值范围(4-11)较硫酸铝(5.5-6.5)为宽。通常硫酸铁与硫酸亚铁凝聚剂的最适当的pH值为8以上,因此,要保持这一pH值,往往参加碱性物(如石灰、苏打、苛性碱)。,当氯化铁(FeCl3)被用作凝聚剂时,最适宜絮体形成的pH值是5-6。因此,所有铁盐凝聚剂都具腐蚀性,必须以耐酸的设备来储存或添加。,24,当硫酸亚铁(FeSO4,俗称绿矾)添加于水中时,它会和碱度(如CaCO3)产生反响,生成局部可溶的Fe(OH)2,Fe(OH)2和水中溶解氧反响,生成不溶性的Fe(OH)3。然而由于CO2的存在影响了Fe(OH)2的溶解度。通常参加石灰以中和CO2。如果配合曝气塔,那么氧化作用更迅速且更容易。理论上,一份的FeSO4.7H22来完成氧化作用。所以,1mg/L的FeSO4.7H242-,并降低0.36mg/L的碱度(均以CaCO3表示),25,当以Fe2(SO4)3作为凝聚剂参加水中时,它会与水中的碱度反响形成不溶性的Fe(OH)3,而且该反响不需添加石灰。每参加1mg/L的Fe2(SO4)342-,并减少0.75mg/L的碱度(均以CaCO3表示),CO2的含量会增加0.66mg/L。,为去除悬浮粒子,预计化学剂量的添加量,大约为50mg/L的FeSO4与25mg/L的Fe2(SO4)3。当然,一切以杯瓶试验来评估。,26,7.4.1,常见铁盐凝聚剂,三氯化铁,分子式:FeCl3,性状:常用的净水剂。黑棕色结晶,大局部是薄片状,属于立方晶系。吸湿性强,易溶于水、甲醇、丙酮、乙醚和异丙醚。三氯化铁水溶液稀释时,能水解生成棕色絮状氢氧化铁沉淀。,27,7.4.1,常见铁盐凝聚剂,聚铁,又名聚合硫酸铁,分子式:Fe,2,(OH),n,(SO,4,),3-,n,/2,m,n,107的聚氧化乙烯沉淀铜矿石,用带末端羟基的聚氧化乙烯或聚氧化乙烯与缩醛化合物的混合物作为污泥处理剂,絮凝粘土水悬浊液与牛皮纸木质素等,都有良好的效果。,49,聚氧化乙烯可用来凝聚许多类型的煤的悬浮体。低至5mg/L的用量就能明显加快洗煤水沉降速度,处理后的泥浆比较厚密,易去垢,尤其对氧化煤悬浮液絮凝更有效,不需调pH值。在这方面比PAM的絮凝能力强,滤饼的水分也由26.5%降到20.1%。聚氧化乙烯对于酸滤溶液中别离不需要的二氧化硅是非常有效的。在天然水中为去除二氧化硅也可有效地使用PEO,用量为5-100mg/L。此外,聚氧化乙烯对粘土 (如高岭土、蒙脱土、伊利石、活性白土)絮凝沉降特别有效,用量为5 mg/L至粘土量的0.2%不等。,50,7.,二烯丙基二甲基氯化铵聚合物,这是一种阳离子型絮凝剂。白色固体粉末或无色透明液体。易溶于水,易潮解,不溶于丙酮与甲醇等有机溶剂。,油田污水是油田回注水的主要来源之一。但由于污水具有油量、含硫酸复原菌高、含有机色素与机械杂质高等特点,需要经过净化、杀菌、过滤等一系列工序严格处理,方可回收。否那么,将严重腐蚀输油设备、堵塞地层、降低注水量,直接影响油田开发。国内主要采用碱式氯化铝或丙烯酰胺使油质和机械杂质絮凝,但这两种净化剂都存在两种弊病:一是絮凝速度慢,净化效果差,使得后序设备复杂化;二是聚沉的油质和大量机械杂质为硫酸盐复原菌生长提供养分,从而大大加重了杀菌工序的负担。二烯丙基二甲基氯化铵的聚合物由于其本身的优点(如去油力强,絮凝速度快),现广泛地运用于油田污水的处理中。,51,通常的高分子絮凝剂或无机类絮凝剂对分散性染料(疏水性)的脱色效果较佳,但对亲水性的染料(活性染料、酸性染料)的脱色、脱COD方面效果差。尤其是对于那些相对质量小、亲水性基团数较多的染料无效。因此一般絮凝剂不能全部除色,造成综合性污水处理本钱高,处理困难。,利用二烯丙基二甲基氯化铵类高分子絮凝剂对污水进展脱色实验,对疏水性染料和亲水性染料的污水处理都有效,同时也降低COD的成分,而且毒性均在允许范围之内。,此外,这类高分子絮凝剂还广泛用于纺织丝绸、造纸等工业污水处理,也可运用于自来水厂的水质处理。,52,8.环氧氯丙烷与胺反响产物,这类阳离子絮凝剂与其他阳离子絮凝剂相比最大的特点是:它们能使用在含氯分散相的水中,而不与氯化物起作用,从而在含氯分散相的水分散体中使用时,不会降低其絮凝效果。而其他阳离子絮凝剂却做不到这一点。,这类阳离子絮凝剂根据所使用的胺的性质不同,可得到不同品种、不同性能的阳离子絮凝剂。如仲胺与环氧氯丙烷反响产物:该聚合物用在河水的絮凝处理中能得到优良的絮凝效果;亚烷基多胺与环氧氯丙烷反响产物:这种絮凝剂不仅对河水的净化是有效的,而且对处理聚氯乙烯生产中的有机废水也是有效的,所得污泥体积很少。还可用来处理涂料胶乳、塑料胶乳与纸厂废水。这种絮凝剂不仅单独使用是有效的,还可以与无机絮凝剂合并使用。,53,9.,聚亚乙基亚胺,为透明粘稠的水溶液,具有氨臭味,pH值8-11(5%水溶液)。通常生产20%-50%浓度的水溶液。稳定性很好,但在酸存在下发生凝胶化。一般外观为黄色或无色。,作絮凝剂。可有效捕集,金属离子,和,有机毒物,,是有效的废水处理剂,而且还是纸张的增强剂,可提高纸浆的网上留着率,提高滤水性。聚亚乙基亚胺和其他物质并用,能絮凝水中的无机和有机物质。通常对于,砂石清洗废水、上水道用水、纸浆与造纸废水、染料厂废水、合成树脂厂悬浊液废水有效。,54,10.,甲醛缩合物,用于纸浆废液处理的脱色方面有显著效果。酸性或弱碱性下,用量为纸浆残留物的20%以下。阳离子基团与纸浆废水中着色物质的阴离子基团发生静电相互作用而成为难溶盐。与硫酸铝比较,用量2-8g/L,脱色效果如下表,脱色剂用量,2g/L,4g/,L,8 g/L,脱色率/%,苯胺-甲醛缩合物,90,95,97,硫酸铝,25,50,68,如果将苯胺改为苯酚,与甲醛反响也可制备絮凝剂,用于各种含树脂或外表活性剂的废水中,在中性或酸性时也有良好的澄清作用。如果用双氰胺代替苯胺,制得的絮凝剂可用于硫酸法制纸浆废液处理。,55,1.通常硫酸铁与硫酸亚铁凝聚剂的最适当的pH值为(8)以上,因此,要保持这一pH值,往往参加(碱性物(如石灰、苏打、苛性碱)。,2. 所有铁盐凝聚剂都具腐蚀性,必须以(耐酸的)设备来储存或添加。,3.当硫酸亚铁(FeSO4,俗称绿矾)添加于水中时,它会和碱度(如CaCO3)产生反响,生成局部可溶的Fe(OH)2,Fe(OH)2和水中溶解氧反响,生成不溶性的Fe(OH)3。然而由于CO2的存在影响了Fe(OH)2的溶解度。通常参加(石灰)以中和CO2。,4.简而言之,凝聚作用可称(电性中和),絮凝作用可称(架桥反响)。,5.按胶体化学的观点,分散于水中的物质,由于其分散的程度不同可分为三种类型:(悬浮液与悬浊液)、(真溶液)、(胶体溶液)。凝聚剂主要用于(胶体)溶液中。,6. 凝聚作用的机理主要是(双电层压缩)机理。,7.硫酸铝是目前市面上最常见的(凝聚)剂。,8.铝盐凝聚剂最大的缺点是(出水残留铝对人体有影响)。,9.环氧氯丙烷与胺反响产物这类阳离子絮凝剂与其他阳离子絮凝剂相比最大的特点是:它们能使用在(含氯分散相的水分散)中,不会降低其絮凝效果。而其他阳离子絮凝剂却做不到这一点。,复习题,56,10.目前使用最广的无机高分子复合絮凝剂是(聚磷氯化铝(PPAC)。,11.利用(量筒 )与(秒表),测絮体的沉降速度与胶凝程度。,12.大多数的胶体颗粒带有(负)电荷,,13.利用(二烯丙基二甲基)氯化铵类高分子絮凝剂对污水进展脱色实验,对疏水性染料和亲水性染料的污水处理都有效,同时也降低COD的成分,而且毒性均在允许范围之内。,14. (二烯丙基二甲基)氯化铵的聚合物由于其本身的优点(如去油力强,絮凝速度快),现广泛地运用于油田污水的处理中。,15. 聚丙烯酸酰胺是一大类系列产品。从相对分子质量大小来分类,可分为(低相对分子质量)聚丙烯酸酰胺 ;(中相对分子质量)聚丙烯酸酰胺 ;(高相对分子质量)聚丙烯酸酰胺 。作为絮凝剂,应该选择(中相对分子质量)聚丙烯酸酰胺 。,16. (甲醛缩合物)絮凝剂用于纸浆废液处理的脱色方面有显著效果。,17.聚丙烯酰胺系列产品按离子特性可分为阳离子型,主要用于(水处理);阴离子型,主要用于造纸、水处理;非离子型,主要用于污泥脱水处理。,18.铁盐凝聚剂的主要缺点是(腐蚀性强对设备要求高,造成自来水带色)。,57,人有了知识,就会具备各种分析能力,,明辨是非的能力。,所以我们要勤恳读书,广泛阅读,,古人说“书中自有黄金屋。,通过阅读科技书籍,我们能丰富知识,,培养逻辑思维能力;,通过阅读文学作品,我们能提高文学鉴赏水平,,培养文学情趣;,通过阅读报刊,我们能增长见识,扩大自己的知识面。,有许多书籍还能培养我们的道德情操,,给我们巨大的精神力量,,鼓舞我们前进。,58,The End,谢谢您的聆听!,期待您的指正!,
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