絮凝剂技术文件.docx

　　(一) 无机混凝剂
　　1.低分子无机混凝剂 目前应用最广泛的简单无机型絮凝剂是铁系、铝系金属盐.主要有三氯化铁、硫酸亚铁和硫酸铝.三氯化铁(Fe:常用的是六水合三氯化铁(FeCl3•6H20)形成的矾花沉淀性好,处理低温水或低浊度水效果比铝盐好,适宜pH值范围较宽,但处理后水的色度比铝系的高,有腐蚀性.
　　硫酸亚铁(FeS04•H20)离解出的Fe2+只能生成最简单的单核络合物,不如二价铁盐那样有良好的混凝效果.硫酸铝(Al2(S04)3)是废水处理中使用最多的絮凝剂,使用便利,絮凝效果好,当水温低时水解困难,形成的絮体较松散,它的有效pH值范围较窄.明矶(Al2(S04)3•K2S04.24H20)的作用机理与硫酸铝同.
　　2.无机高分子絮凝剂 无机离分子絮凝剂混凝效果高、价格低,有逐步成为主流药剂的趋势.我国此类絮凝剂的开发成绩显著.无机高分子絮凝剂的品种有阳离子型,如聚合氯化铝(PACL聚合硫酸铝(PAS)、聚合磷酸铝(PAP)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铁(PFC)、聚合磷酸铁(PFP)、聚亚铁和阴离子型,如聚合硅酸〔PS〕.
　　聚合氯化铝(PAC)：对各种废水都可以达到好的絮凝效果,能快速形成大的矾花,沉淀性能好,适宜的pH值范围较宽(pH在5-9之间),且处理后水的pH值和碱度下降较小.水温低时,仍可保持稳定的絮凝效果,其碱化度比其它铝盐、铁盐为高,因此药液对设备的侵蚀作用小.
　　聚合硫酸铁(PFS)：混凝体形成速度快,密集且质量大且沉降速度快.尤其对低温低浊水有优良的处理效果,适用水体pH值范围(pH在4-11之间),腐蚀性小.实验表明,用聚铁净化水,可降低亚硝氮及铁的含量.因此,它是优良安全的饮用水混凝剂剂,有取代对人体有害的聚合铝混凝剂的趋势.
　　聚亚铁：可将高价金属离子还原成低价金属离子,且不需酸化.该混凝剂在水体中具有电荷中和与吸附架桥双重功能.与活性剂共用,可使胶体物质转变为混凝体,同时除去废水中的Cu、Zn、Ni等金属离子,成为高效电镀废水净化剂.
　　聚合硫酸铝(PAS)：去除浊度效果显著,并有较广的温度使用范围和对原水的适用范围.不仅可处理工业用水,还可处理工业废水.聚合硫酸铝混凝剂国外已有报道.
　　聚合硅酸(PS)：目前对聚合硅酸制备方法、聚合机制、聚合度的影响因素匀己研究较为透彻.研究发现,可利用中和所达到pH值的不同来控制聚合速度.聚硅酸具有很强的粘结聚集能力和吸附架桥作用.杨修造等[16]对聚硅酸的胶凝特性进行了研究,证明了聚硅属阴离子型.聚 文档冲亿季,硅酸的最大缺点是产品性质不稳定,故不能成为独立商品.
　　(二)有机高分子混凝剂
　　有机高分子混凝剂具有用最少、混凝速度快,受盐类、pH值及温度影响小,生成污泥量少且易处理等优点,有广阔的应用前景.
　　目前使用的混凝剂主要有合成和天然改性两种.
　　聚丙烯酰胺：在合成的有机高分子絮凝剂中,聚丙烯酰胺的应用最多.聚丙烯酰胺有非离子型、阳离子型和阴离子型三种.它们的分子量均在50-600万之间.由于这类絮凝剂存在一定量的残余单体丙烯酰胺,不可避免地带来了毒性.高分子量(106以上)的聚丙烯酸纳属阴离子型混凝剂,有强的混凝作用且无毒.聚丙烯酸纳对悬浮于水介质中的细粒子产生非离子吸附,使粒子间产生交联.它对具有金属氢氧化物这类正电荷的胶体粒子更显示出其优良的性能.
　　聚二甲基二丙烯基氯化铵：阳离子型高分子化合物,用于水处理能获得比目前较常用的无机高分子絮凝剂和有机高分子混凝剂聚丙烯酰胺更好的处理效果,可单独使用,也可与无机混凝剂并用. 淀粉衍生物：可以吸附带负电荷的有机或无机悬浮物质.近年来淀粉聚丙烯酰胺接枝共聚物的研究已取得了一定的进展. 甲壳素衍生物：对甲壳素进行分子改良得到的壳聚糖是一种很好的混凝剂.
　　植物胶改性多功能处理剂：进入70年代以来,国外陆续开发了一些兼具混凝、缓蚀等多种功能的合成有机高分子处理剂,这些药剂不仅具有良好的混凝性能,而且还有缓蚀、杀菌等作用.
　　(三)复合型混凝剂
　　高效复合型混凝剂是近年来才发展起米的,其发展非常迅猛,种类比较多,它的作用机理在于离子间的相互增效作用.
　　聚合氯化铝铁：可利用煤石为原料制得,兼具有铁盐和铝盐的特性,在pH值7.O-8.2的范围内,其去除浊度效果和絮体沉降性能都优于聚合铝.
　　聚合硫酸氯化铝铁：以铝土矿等为原料制得,其组成为含有多核聚铁及聚铝与氯根、硫酸根配位的复合型无机高分子,兼备铁、铝混凝剂的优良性能.在某些方面,具有比PAC更好的效果.并且其生产工艺简单,成本低,在水处理中具有广阔的应用价值.
　　聚氯硫酸铁：利用硫酸/盐酸混酸溶解轧钢废钢渣的溶出液为原料,可制得聚氯硫酸铁.它具有电荷中和与吸附架桥功能,形成的矾花大,沉降快,污泥脱水性能好,无二次污染.
　　聚合硫酸铝铁：以硫酸亚铁为原料在酸性条件下反应l小时,即得到盐基度20%以上的复合聚合硫酸铝铁,它对污水具有很好的混凝效果.
　　聚磷氯化铝：聚磷氯化铝比PAC具有更强的吸附性能,且混凝反应速度快,生成的矾花大等优点.
　　聚磷氯化铁：在聚合氯化铁中引入适量的P043-能制得,研究表明P043-在聚合铁中的含量有一定的范围,超出此范围混凝效果反而下降.
　　聚硅氯化铝：用聚硅酸与聚合氯化铝可制得性能优异的聚硅氯化铝. 聚硅酸铁铝：其实验结果体现了电中和、吸附架桥、沉淀网捕作用的综合效应.适应pH值范围宽、贮存期长(超过1个月)、易操作、用药量少、沉降性能好,用药量范围宽等优点.
　　无机化合物还可与有机化合物组合形成复合型的混凝剂,如聚合铝/聚丙烯酰胺、聚合铁/甲壳素、聚合铝/阳离子有机高分子等等,复合型的高效混凝剂性能、经济、二次污染等方面的综合性能是最好的,目前混凝研究领域最热的也是复合型高效混凝剂.
　　(四)微生物混凝剂
　　有机型混凝剂尽管非常有效,但残留物有害,如丙烯酰胺单体是很强的致癌物,无机型及复合型混凝剂也存在残留问题.微生物混凝剂正是在此形势下开发的新一代混凝剂.
　　国内自90年代已开始进行研究,目前已经发现许多微生物如格兰氏阳性菌、格兰氏阴性菌和其它如土壤杆菌属、厄氏菌属、假单胞菌属等都能产生混凝物质.其中具有最强混凝作用的是红平红球菌(Rhodococcus erythropolis),这种细菌在旱田土壤中最常见,在沉降性良好的活性污泥微生物相中约占2%,用它开发的纯微生物混凝剂命名为NOC-1.
喷雾型干燥型聚合氯化铝
[英文名称]Polyaluminium　Chloride，缩写为PAC
[CAS RN]1327-41-9;101707-17-9;11097-68-0;114442-10-3;
[EINECS]215-477-2
[分 子 式]Al2Cl(OH)5
[分 子 量]174.45
[技术标准]产品质量符合国家GB15892-2009标准
[产品外观] 高档白色、中档浅黄色粉末状
白色聚合氯化铝因为被称为高纯无铁白色聚合氯化铝，或食品级白色聚合氯化铝，与其它聚氯化铝相比是品质最高产品，主要的原材料是优质的氢氧化铝粉、盐酸，采用的生产工艺是最先进的技术喷雾干燥法。白色聚合氯化铝用于造纸施胶剂，制糖脱色澄清剂、鞣革、医药、化妆品和精密铸造及水处理等多个领域。
PAC(聚合氯化铝)的溶解与使用   1) PAC为无机高分子化合物,易溶于水,有一定的腐蚀性；     2) 根据原水水质情况不同,使用前应先做小试求得最佳用药量(具体方法可参见第2条:聚合硫酸铁的溶解与使用-加药量的确定)；(参考用量范围:20-800ppm)     3) 为便于计算,实验小试溶液配置按重量体积比(W/V),一般以2～5%配为好。如配3%溶液:称PAC3g,盛入洗净的200ml量筒中,加清水约50ml,待溶解后再加水稀释至100ml刻度,摇匀即可；  4) 使用时液体产品配成5-10%的水液,固体产品配成3-5%的水液(按商品重量计算)；  5) 使用配制时按固体:清水=1:5(W/V)左右先混合溶解后,再加水稀释至上述浓度即可；    6) 低于1%溶液易水解,会降低使用效果；浓度太高易造成浪费,不容易控制加药量；    7) 加药按求得的最佳投加量投加；     8) 运行中注意观察调整,如见沉淀池矾花少、余浊大，则投加量过少；如见沉淀池矾花大且上翻、余浊高，则加药量过大，应适当调整；    9) 加药设施应防腐。
2.3.2 PAC絮凝除浊作用及电泳特征
图5为向浊度为10NTU的原水中投加2mg/L的PAC后凝聚微粒的ζ值和上清液剩余浊度在不同pH的条件下的变化情况.当pH为4~6时ζ值比较稳定,平均ζ值为-9.5mV,上清液剩余浊度为0.7~1NTU.pH上升到7时ζ值继续减小,pH为7~10时ζ值又出现稳定,平均ζ值为-6.25mV,上清液剩余浊度为0.5NTU以下.pH为10以上时ζ值开始升高.当pH在4~10范围,上清液剩余浊度小于1NTU,ζ值变化不大,产生良好絮凝的ζ值范围为?6mV.PAC不论是在pH高区、pH低区或pH中区都能较好地发挥压缩双电层、电中和吸附脱稳、凝聚絮凝的效能,这表明了PAC稳定性好,形态较为稳定,可以适应于更广pH范围内的水质净化.

图5 F电位以及剩余浊度与pH的关系
从图5中还可发现,ζ值在pH=4~10范围内并没有出现等电态,这主要由于投药量少,没有完全降低F电位.絮凝效果很好,是由于絮凝剂在水中发挥电性中和和压缩双电层的作用,并且由于粒子数目增多,碰撞次数增多,相对降低了对脱稳的要求.
2.3.3 硫酸铝絮凝除浊作用及电泳特征
图6为向浊度为10NTU的原水中投加2mg/L硫酸铝后,凝聚微粒的ζ值和上清液剩余浊度在不同pH条件下的变化情况.可见凝聚微粒的ζ值随pH的增大而减小,当pH<5时ζ值均为较高负值,所以不能产生凝聚.当pH=5.5时ζ值为-10mV,开始凝聚,pH为6左右时ζ值为-5.12mV,具有良好凝聚效果,此时发挥絮凝作用主要为高电荷低聚合度的电中和脱稳作用.在pH值7附近,ζ值上升为-10mV,发挥絮凝作用的铝几乎全是中性不溶解性的[Al(OH)3]]大型聚合体或低电荷高聚合度的物质,这时粘土粒子和铝聚合体之间几乎失去电排斥力,主要依靠OH-
离子的架桥,使粘土粒子和[Al(OH)3]]粘结生成大的絮凝体,产生良好的絮凝沉淀效果.随pH的继续增大,ζ值增大,当pH值超过8.5以后,絮凝效果降低,此时发挥絮凝效果的主要成分为负电荷铝离子,这些阴离子成为Al(Ó)的主要形态,架桥聚合态铝离子也不足,浊度去除率也显著降低.
从剩余浊度来看,当pH为6时上清液剩余浊度最低为0.5NTU以下.当pH<5.5或pH>8.5时基本上无絮凝效果,在5.5或pH>8.5时基本上无絮凝效果,在5.5<pH<8.5时为最佳除浊区段,这主要是由于铝矾水解生成的带电荷的聚合物质或氢氧化铝凝胶物对脱稳微粒产生粘结架桥絮凝和卷扫沉淀作用所致.

图6 F电位以及剩余浊度与pH的关系
配水浊度为10NTU,水温为20.5e, 硫酸铝投加量2mg/L
2.3.4 几种絮凝剂对水中TOC去除效果的对比影响
TOC去除率絮凝效果的因素有絮凝剂品种、絮凝剂投加量、混合水力条件、原水水质变化以及药剂投加方式等.图7示出3种絮凝剂对水中TOC去除效果的对比.从图7中可知:同一种原水,不同絮凝剂对水中的TOC去除效果不同,在同样加药量的情况下聚合,氯化铝好于硫酸铝和三氯化铁,同时也发现过量加入同等剂量的混凝剂,聚合氯化铝对水中TOC的去除效果也明显好于其他两种混凝剂,并且随着混凝剂投加量的增加,TOC去除率明显增大,当聚合氯化铝投加量为42mg/L(Al2O35mg/L)时,TOC去除率达到99%以上.

图7 不同投加量条件下TOC的去除率对比
3 结 论
        (1)对一定浊度的水质,PAC、三氯化铁和硫酸铝3种絮凝剂都存在最佳投加量,分别为2mg/L(以Al2O3计)、8mg/L(以FeCl3计)和2mg/L(以Al2O3计).
(2)同一种絮凝剂在不同pH条件下,絮凝效果不一样.PAC和三氯化铁适应pH范围基本相同,都比硫酸铝范围宽.从絮凝效果可见,pH>7时PAC优于三氯化铁.
(3)絮凝剂投放在不同的pH水中所表现的形态对絮凝效果会产生影响.
(4)总体来看,PAC对浊度去除率最好,三氯化铁次之,硫酸铝最差.
(5)PAC对水中TOC的去除效果明显好于三氯化铁和硫酸铝,并且随着混凝剂投加量的增加,TOC去除率明显增大.