1、凈水絮凝劑環(huán)工 呂長苓 2012309011目錄絮凝劑理論基礎絮凝機理絮凝劑的分類無機絮凝劑有機高分子絮凝劑有機多活性高分子絮凝劑微生物絮凝劑結語絮凝劑理論基礎 絮凝劑理論基礎是：“聚并”理論，絮凝劑帶有正電（負）性的基團中和水中一些帶有負（正）電性的懸浮微粒難于分離的一些粒子（或者叫顆粒），降低其電勢，使其處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并利用其聚合性質(zhì)使得這些顆粒集中，并通過物理或者化學方法分離出來。一般為達到這種目的而使用的藥劑，稱之為絮凝劑。絮凝機理 + + + + + + +膠體表面帶大量電荷，擴散層相排斥，使膠體穩(wěn)定。膠體顆粒表面上的電荷被中和，隨著絮凝劑的不斷加入，表面電荷被中和的越來越多，Z電

2、位不斷降低，排斥能不斷下降，最終當顆粒間以吸引力為主產(chǎn)生絮凝沉淀。（1）電中和架橋（或橋聯(lián)）：是指溶液中膠體和懸浮顆粒物通過有機或無機高分子絮凝劑架橋聯(lián)接形成絮凝體，而沉淀下來。（3）沉降作用 絮體一旦形成，便需在靜止狀態(tài)下借重力而沉降。由絮體沉降的快慢可測知形成絮體的大小，絮體沉降速度必會影響到澄清池的效率。 利用量筒及秒表，可測知絮體的沉降度及膠凝程度。在傳統(tǒng)水平流向澄清池中，如果絮體具有足夠的沉降速度，能于較短時間在沉降區(qū)域內(nèi)完全沉淀下來，則可得非常清澈的水質(zhì)。絮凝劑無機絮凝劑有機絮凝劑無機低分子 AS AC KAL(SO4)2 FS FC FeCL2無機高分子聚鋁 PAC PAS聚鐵

3、PFC PFS人工合成陰、陽、非天然有機高分子絮凝劑絮凝劑的分類 無機絮凝劑按金屬鹽可分為鋁鹽系及鐵鹽系兩大類；鋁鹽以硫酸鋁、氯化鋁為主，鐵鹽以硫酸鐵、氯化鐵為主。后來在傳統(tǒng)的鋁鹽和鐵鹽的基礎上發(fā)展合成出聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵等新型的水處理劑，它的出現(xiàn)不僅降低了處理成本，而且提高了功效。這類絮凝劑中存在多羥基絡離子，以OH 為架橋形成多核絡離子，從而變成了巨大的無機高分子化合物，相對分子質(zhì)量高達1105。1.1 無機絮凝劑的分類和性質(zhì)1 無機絮凝劑1.2 無機聚合物絮凝劑 無機聚合物絮凝劑之所以比其他無機絮凝劑能力高、絮凝效果好，其根本原因就在于它能提供大量的如上所述的絡合離子，能夠強烈吸附膠

4、體微粒，通過粘附、架橋和交聯(lián)作用，從而促使膠體凝聚。同時還發(fā)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Zeta電位，使膠體粒子由原來的相斥變成相吸，破壞了膠團的穩(wěn)定性，促使膠體微粒相互碰撞，從而形成絮狀混凝沉淀，而且沉淀的表面積可達(200-1000) m2/g，極具吸附能力。也就是說，聚合物既有吸附脫穩(wěn)作用，又可發(fā)揮黏附、橋聯(lián)以及卷掃絮凝作用。1.2.1 高分子絮凝劑的類型分子量低分子量很高、電荷密度高分子量高、電荷密度低1.2.2 絮凝機理三種類型絮凝劑的絮凝情況分子量小的被吸附在固體顆粒表面的多，橋連少，絮凝效果差。雙電層分子量高，電荷密度高，與顆粒的接觸點多，但在雙電層外面

5、的部分少，不能很好的橋連，絮凝效果差。分子量高，電荷密度低的絮凝劑，許多部分伸展到液相中，提高了電中和效率。這部分還可以吸附更多的膠體顆粒，促進絮凝沉淀。此種絮凝劑效果最好。1.3 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(tài)結構及分布，或者是兩種以上聚合物之間具有協(xié)同增效作用。1.4 改性的多陽離子無機絮凝劑聚合硫酸氯化鐵鋁(PAFCS)在飲用水及污水處理中，有著比明礬更好

6、的效果；在含油廢水及印染廢水中PAFCS比PAC的效果均優(yōu)，且脫色能力也優(yōu)；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(yè)廢渣，成本較低，適合工業(yè)水處理。鋁鐵共聚復合絮凝劑也屬這類產(chǎn)品，它的生產(chǎn)原料氯化鋁和氯化鐵均是廉價的傳統(tǒng)無機絮凝劑，來源廣，生產(chǎn)工藝簡單，有利于開發(fā)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(yōu)點，增強了去濁效果的絮凝劑。1.5 小結:無機絮凝劑二次污染問題 隨著人們對水處理認識的不斷提高，殘留鋁對生物體產(chǎn)生的毒害作用倍受人們的關注，如何減少二次污染的問題已經(jīng)越來越引起重視。國內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)方法制得的飲用水中鋁含量比原

7、水一般高1-2倍。飲用水中殘留鋁等含量高，原因可能是絮凝過程不完善，導致部分鋁以氫氧化鋁的微細顆粒存在于水中。采用強化絮凝凈化法，改善絮凝反應條件，延長慢速絮凝時間等可有效地降低鋁等含量?？紤]到無機絮凝劑具有一定的腐蝕性和毒性對人類健康和生態(tài)環(huán)境會產(chǎn)生不利影響，人們研制開發(fā)出了有機高分子絮凝劑。2.1 有機高分子絮凝劑種類和性質(zhì) 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(zhì)； (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

8、售，使用上較不方便，但絮凝性能好。 根據(jù)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(huán)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(chǎn)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，其它工業(yè)廢水，高懸浮物廢水及固液分離中陽離子型絮凝劑有著廣泛的用途。特別是丙烯酰胺系列有機高分子絮凝劑以其分子量高，絮凝架橋能力強而顯示出在水處理中的優(yōu)越性。 2.2 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

9、得。 2.3 陰離子型有機高分子絮凝劑(1)陰離子型有機高分子絮凝劑主要有聚丙烯酸、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。(2)丙烯酰胺和苯乙烯磺酸鹽、木質(zhì)磺酸鹽、丙烯酸、甲基丙烯酸等共聚物。2.4 陽離子型有機高分子絮凝劑2.4.1 季銨化的聚丙烯酰胺 季銨化的聚丙烯酰胺陽離子均是將-NH2經(jīng)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。 (1)由聚丙烯酰胺季銨化 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。 (2)由季銨化的丙烯酰胺聚合 在堿性條件下，先由丙烯

10、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(chǎn)物經(jīng)蒸發(fā)濃縮、過濾，得季銨化丙烯酰胺單體。2.4.2 聚丙烯酰胺的陽離子衍生物 這類產(chǎn)品多是由丙烯酰胺與陽離子單體共聚合得到的。2.5 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。2.6 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(wǎng)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(yōu)異的性能。 由于大多數(shù)有機高分子絮凝劑本身或其水解、降解產(chǎn)物有毒

11、，且合成用丙烯酰胺單體有毒，能麻醉人的中樞神經(jīng)，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(fā)展。3 新一代絮凝劑 有機多活性高分子絮凝劑 中國濰坊瑞豐實業(yè)公司生產(chǎn)的“騰達”多功能絮凝劑是二十一世紀高科技環(huán)保型理想產(chǎn)品，是替代聚丙烯酰胺的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，是無機絮凝劑、有機絮凝劑、微生物絮凝劑的改良換代產(chǎn)品。3.2 使用機理 該產(chǎn)品主要通過靜電吸附，電中和脫穩(wěn)，雙電層壓縮、架橋、網(wǎng)捕等多種作用形式將污染物微粒聚集成密集的大顆粒，在重力作用下沉降，使污染物絮體從水中析出，從而達到污水處理的目的。3.3 使用方法 該產(chǎn)品主要用于城市生活污水處理，造紙、油田、洗煤、印染廢水以及相應的污泥處理。

12、使用時按照1:20的比例將其兌水稀釋成5%的工作液；一定量濃縮液可處理800010000倍體積污水。最佳用量應參照被處理污水實際流程。4 微生物絮凝劑國外微生物絮凝劑的商業(yè)化生產(chǎn)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(fā)現(xiàn)的最佳微生物絮凝劑，具有很強的絮凝活性，廣泛用于畜產(chǎn)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。4.1 微生物絮凝劑概述 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(chǎn)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(chǎn)生的絮凝劑物質(zhì)為糖蛋白、

13、粘多糖、蛋白質(zhì)、纖維素、DNA等高分子化合物，相對分子質(zhì)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(xiàn)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。4.2 微生物絮凝劑的種類和性質(zhì) 微生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)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(yōu)點。同時，微生物絮凝劑的研究工作已由提純、改性進入到

14、利用生物技術培育、篩選優(yōu)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(tǒng)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(chǎn)生菌。最早的絮凝劑產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)生的絮凝劑PF101。PF101對枯草桿菌、大腸桿菌、啤灑酵母、血紅

15、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(fā)現(xiàn)的最好的微生物絮凝劑。4.3 影響微生物絮凝劑活性的因素 絮凝劑的分子質(zhì)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(lián)越多，絮凝性越差；絮凝劑產(chǎn)生菌處于培養(yǎng)后期，細胞表面蔬水性增強，產(chǎn)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。 5 結 語 縱觀絮凝劑的現(xiàn)狀可以看出，絮凝劑的品種繁多，從低分子到高分子，從單一型到復合型，總的趨勢是向廉價實用