水溶性高分子一、簡介水溶性高分涵蓋了一個非常廣泛的，品種繁多的產(chǎn)品家族，有天然，人工合成，其應用非常廣泛。在這些產(chǎn)品家族中，合成的，特別是混凝劑和絮凝劑，主要作用是促進水介質(zhì)中懸浮物的分離，同時它們也有助于對各種分離工藝過程的污泥進行脫水。當液體介質(zhì)的比重與其中的粒子比重顯著不同時，固液分離過程就發(fā)生的很快，要么沉淀要么上浮。當粒子的大小使其在液體中保持懸浮狀態(tài)時，固液分離就難以進行，在這種情況下，就要使用混凝劑和絮凝劑來促進分離過程的進行。二、目錄II簡介II目錄III膠體科學的基本原理III-1膠體懸浮液I-1-1疏水膠體I-1-2親水膠體I-2膠體濃度的測定W混凝作用和絮凝作用W-1電中和W-2吸附W-3懸浮液的混凝脫穩(wěn)W-4懸浮液的絮凝脫穩(wěn)W-4-1絮體的形成W-4-2絮體增長的動力學W-4-3絮體的形態(tài)W-5其它懸浮液脫穩(wěn)體系W-5-1封裝體系W-5-2雙元聚合物復合混凝體系W-5-3微粒體系W-6絮凝和混凝效率W-7影響混凝和絮凝效率的因素W-7-1顆粒的影響W-7-2聚合物的影響W-7-3聚合物在溶液中混合過程的影響W-7-4溶液的溫度和pH值的影響W-7-5懸浮液有機性的影響W-8人工合成混凝劑的優(yōu)點V水溶性聚合物V-1混凝劑V-1-1季銨化聚胺V-1-2聚二甲基二烯丙基氯化銨V-1-3雙氰胺樹脂V-2絮凝劑V-2-1非離子絮凝劑V-2-2陰離子絮凝劑V-2-3陽離子絮凝劑V-3兩性共聚物V-4其他聚合物-5溶液產(chǎn)品-6支化的聚合物-7增稠劑W聚合物的形態(tài)"-1干粉W-2乳液W-3珠狀聚合物W-4溶液產(chǎn)品⑷聚合物的化學特性切-1粘度切-2分子量的測定W-2-1光散射法W-2-2特性粘度法切-3穩(wěn)定性W-3-1化學和生物穩(wěn)定性W-3-2機械穩(wěn)定性切-4離子度W-5聚合物殘單含量W-6毒性哪實驗室測試和工業(yè)試驗W-1原理W-2主要實驗室工藝和市政污水的處理應用W-3聚合物的使用方法哪-3-1粉狀和珠狀聚合物哪-3-2乳液聚合物哪-3-1溶液聚合物—般應用1分離工程和絮凝作用1-1沉淀X-1-2離心X-1-3帶式壓濾X-2應用水X-3工藝水X-4工業(yè)廢水X-5市政污水X-6污泥濃縮和脫水X特殊應用X-1采礦工業(yè)-2造紙工業(yè)X-3石油工業(yè)X-4化妝品工業(yè)X-4-1頭發(fā)和皮膚用的調(diào)理劑和成膜劑X-4-2增稠劑和乳液穩(wěn)定劑X-5紡織工業(yè)X-5-1人工合成的增稠劑X-5-2固色劑X-6農(nóng)業(yè)土壤調(diào)節(jié)劑皿膠體科學的基本原理在液體介質(zhì)中，特別是水溶液介質(zhì)中，有機和無機物質(zhì)以溶解或固態(tài)形式存在。這兩種形態(tài)已顆粒的大小加以區(qū)分。溶解的化合物有：-無機化合物，粒徑最多為10-3pm，低分子量的離子和/或有機化合物；-高分子溶解的有機化合物，如粒徑稍大一點在10-2和10-3的蛋白質(zhì)或者聚合物。固體化合物有：-粒徑在IO-2和1pm之間的膠體化合物；-粒徑大于1pm，以懸浮狀態(tài)存在的化合物。III-1膠體懸浮液膠體顆粒是一種肉眼不見的，不斷處于高速布朗運動狀態(tài)的顆粒，其中最大粒徑的顆粒運動速度為0.004m/s,最小粒徑的顆粒運動速度為100m/s。這些顆粒具有很大的表面積（與其粒徑成反比），所以，他們對表面現(xiàn)象的敏感度大于地球的重力作用，從而使粒徑最大的膠體顆粒自然沉降1米深度所需要的時間超過2年，因此膠體顆粒形成的懸浮液可以長時間地非常穩(wěn)定。膠體懸浮液的穩(wěn)定性取決于相關(guān)的兩種相反作用力的平衡。這兩種相反的作用力是原子和分子之間普遍存在的萬有引力-范德華斯力和靜電相互作用力。這兩種作用力的不同取決于膠體的固有性質(zhì)—親水性（水分子被吸附在其表面）和相反的疏水性。III-1-1疏水膠體疏水膠體（如粘土）形成穩(wěn)定的懸浮液是由于其表面電荷是相同的，它們相互排斥，這些電荷的來自其表面選擇性的吸附了一種離子或者其表面本事帶電（由于晶格缺陷）。帶電顆粒表面在溶解中有不同的表面電位，膠體顆粒表面和溶劑之間的靜電平衡是通過兩個過渡層達成。第一層是固定的，保持吸附在膠體顆粒的表面，第二層從第一層外緣通過一個滑動面（剪切面）分離呈是擴散狀的。滑動面（剪切面）與溶液之間形成的電位差較Zeta電位，其電位差大約為10-200mV,當它減少到零或者接近零時（等電點），膠體顆粒在范德華斯力下趨于凝聚，膠體懸浮液變得不穩(wěn)定了。如下圖：III-1-2親水膠體親水膠體（一般是有機物）的穩(wěn)定性是由于其表面結(jié)合一道水分子層（水化膜），這種結(jié)合是化學性質(zhì)的，靜電荷的作用此時是次要。水分子層阻止了膠體顆粒之間的凝聚，在這種情況下，膠體顆粒和溶劑介質(zhì)之間已沒有真正意義上的界面了。親水膠體的穩(wěn)定性受電荷的影響，電荷影響的重要程度取決于膠體顆粒官能團的電離度（離子化程度），而電離度本身取決于介質(zhì)的pH值。一般而言，等電位時，溶解性最小，此時相應的pH值在4.0-6.5之間。因此，親水膠體的懸浮液類似于大分子或者小分子聚集的真溶液，與溶劑（此時是水）的親和力非常高。在某些情況下，親水膠體可以吸附到疏水膠體的表面，如粘土，從而將親水膠體顆粒的性質(zhì)傳給疏水膠體顆粒，這種膠體懸浮液就很難脫穩(wěn)。

電位離子反離子滑■動面膠團邊界，吸附層擴散層陽離子濃度陰離子濃度電位離子反離子滑■動面膠團邊界，吸附層擴散層陽離子濃度陰離子濃度III-2膠體濃度的測定目前還沒有直接測定膠體濃度的方法。我們可以用顯微鏡直接觀察到膠體顆粒，也可以用光反射或者丁達爾效應觀看到，這就是為什么膠體溶液是渾濁的原因。濁度可以用濁度法測量，是一種相對測量的方法，用比濁度單位表示，用福爾馬肼的水溶液作為零濁度標準。W混凝作用和絮凝作用傳統(tǒng)的固液分離的方法，如過濾、沉淀、離心和氣浮，不能直接用于穩(wěn)定的懸浮液。這些膠體顆粒太細小，相互之間保持分離的，只有通過混凝和絮凝作用使之脫穩(wěn)，才能使得固液分離得以進行。主要涉及到兩個機理，電中和與吸附。在水介質(zhì)中，疏水膠體顆粒表面帶負電荷，向介質(zhì)中投加陽電荷溶液，可以降低Zeta電位，從而使包圍在膠體表面的雙電層變薄。當膠體顆粒的電保護被消除或被降低到足夠低時，這些運動的膠體顆粒就會因為布朗運動和包含顆粒的液體運動和顆粒沉淀的相對運動）而相互碰撞，此時，范德華斯力合表面吸附現(xiàn)象占據(jù)主要地位，膠體顆粒結(jié)合在一起，懸浮液被脫穩(wěn)。電中和的機理是可逆的，一定量的濃度的陽電荷可以使電中和的現(xiàn)象發(fā)生，超過一個關(guān)鍵的濃度后，再投加陽離子電解質(zhì)，顆粒和溶液之間新的平衡又會建立，導致形成新的雙電層，懸浮液又重新穩(wěn)定。濃度相同的電解質(zhì)破壞膠體體系穩(wěn)定性的效率隨著離子化合價數(shù)增大而增大（Schulze-trivalent規(guī)則），這就解釋了，通常我們優(yōu)先選擇二價或三價電解質(zhì)作為膠體脫穩(wěn)用的電解質(zhì)的原因。W-2吸附吸附是一種表面機理，可以使得兩個靠近顆粒通過范德華斯力或氫鍵相互結(jié)合在一起。通過測定被膠體懸浮液吸附的高分子聚合物和其作用時間，可得繪出一個曲線—蘭格繆爾吸附等溫線。吸附對時間、溫度有強烈的依賴性，所以任何的測定必須是在連續(xù)的溫度下進行。吸附是一個不可逆的過程，通常要經(jīng)過兩個步驟。首先、一般幾秒鐘后，大部分吸附反應已經(jīng)發(fā)生，再經(jīng)過一個相對長的第二個階段，會達到一個平衡，這個平衡會受到顆粒吸附點數(shù)量的限制，當所有的吸附點都被占據(jù)了，就不會再有更多的分子吸附到顆粒的表面了。吸附是一個很復雜的機理，涉及到大量相關(guān)的參數(shù)：1、 混凝劑：分子鏈結(jié)構(gòu)、電荷度、分子量。2、膠體顆粒：可吸附點的數(shù)量、表面電荷、比表面積、顆粒的濃度。3、水相介質(zhì)：PH值、電導率、其他物質(zhì)的存在、濁度、剪切率溫度、產(chǎn)品的混合。該體系的復雜性解釋了，先階段我們在理解和模擬這些現(xiàn)象時經(jīng)常遭遇困難，因此，試驗的方法是不可缺少的。W-3懸浮液的混凝脫穩(wěn)混凝（作用）是讓膠體懸浮液脫穩(wěn)，通常使用的是高離子電荷密度的產(chǎn)品，在此過程中，兩種類型機理可能發(fā)生。在第一種類型中，加到膠體懸浮液中的陽離子電荷量正好等于其負電荷量，混凝作用直接由電中和產(chǎn)生，這種類型的混凝作用廣泛用于含有鐵和鋁離子的飲用水處理中。另一種混凝作用是用陽電荷的，低分子的聚合物達到的。當這種類型的聚合物和陰離子膠體顆粒接觸后，其分子鏈會整個地吸附到膠體顆粒的表面，進而在膠體顆粒表面形成陽離子區(qū)域。這種相反電荷的吸附減少了膠體顆粒的表面能和其表面保護。膠體顆粒在變成偶極后，會相互吸引相互碰撞，此時范德華斯力發(fā)揮作用，使得膠體顆粒相互結(jié)合而脫穩(wěn)。這種類型的混凝機理一般比簡單的電中和機理的凝聚度高。W-4懸浮液的絮凝脫穩(wěn)絮凝作用是通過高分子聚合物在疏水膠體間架橋來實現(xiàn)脫穩(wěn)的。絮凝過程需要用到分子量大于100萬的聚合物，絮凝過程的發(fā)生也有兩個步驟：絮體的形成和絮體的增長。W-4-1絮體的形成要形成絮體，高分子聚合物本質(zhì)上是通過不可逆的吸附機理膠體顆粒吸附到其分子鏈上，這種機理的效果，取決于聚合物的濃度、顆粒的濃度、顆粒物大小。假如過量的聚合物覆蓋在顆粒物的表面，這些顆粒物將重新被分離，再穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生。懸浮液中包含多個或者好幾個廣泛的粒徑分布，懸浮液會因為不同聚合物濃度對應不同粒徑分布而重新穩(wěn)定。因此要想得到好的絮凝效果，聚合物粒徑最好是相同，不要有多種粒徑形態(tài)。作為一般規(guī)則，當這種現(xiàn)象發(fā)生時，絮凝效果相對來說也是可以的，但是上清液會比較渾濁。如果聚合物濃度在能夠使得顆粒表面的吸附點有空余的水平上，此時，同一條聚合物分子鏈會被吸附到兩個顆粒上，在這種機理下，聚合物的分子鏈會伸展到超出雙電層的范圍外，分子鏈的自由端會一次吸附到另一個顆粒的表面，這樣也就在兩個顆粒之間形成架橋。一般說來，最佳的聚合物濃度是是使得顆粒上可用的吸附點數(shù)保留一半以上。完全伸展的聚合物鏈的長度一般在1微米左右，最長的鏈大概在幾十微米，和顆粒物粒徑相當（顆粒物粒徑大概是1微米）。陰離子、非離子和陽離子聚合物都可以在顆粒之間架橋，在這個機理中，電中和現(xiàn)象的影響是第二位的，這就解釋了為什么絮凝反應在聚合物所帶電荷和膠體所帶電荷相同時也會發(fā)生。由于靜電排斥，電荷對高分子聚合物分子鏈伸展有重要影響，在絮凝過程中，分子鏈的形態(tài)也是個關(guān)鍵因素。溶液的離子性通過降低或者消除靜電排斥效應，同樣影響聚合物分子鏈的伸展，這種現(xiàn)象被認為是離子效應和鹽效應。對于一個給定的聚合物，架橋重要取決于兩個參數(shù)：顆粒表面可用的吸附點；顆粒碰撞的機率。W-4-2絮體增長的動力學基于以上機理的描述，絮體的增長發(fā)生在以下幾個步驟：1、 聚合物在介質(zhì)中分散；2、 聚合物向固-液界面上的擴散；3、 聚合物吸附到吸附了絮凝劑又與其他顆粒吸附的膠體顆粒表面；4、 絮凝劑吸附另一顆粒上形成架橋和微絮體；5、 連續(xù)的碰撞和吸附促進了微絮體的增長；6、 通過剪切，已形成絮體破碎。每個步驟的發(fā)生是根據(jù)其反應動力學和最終的結(jié)果，絮體的形成取決于每個不重的相對轉(zhuǎn)化率，因此，舉例說來，假如吸附階段比增長階段快很多，就會產(chǎn)生很多小的絮團；如果增長階段的速率很快，絮體大，數(shù)量少。一般說來，吸附反應式非常快速的，在有限的步驟內(nèi)，絮體的增長主要由于顆粒物之間和顆粒與已形成絮體的碰撞頻率。W-4-3絮體的形態(tài)絮體可能有兩種形態(tài)，一個是可逆的，被稱為“軟絮體”，另一種是不可逆的被稱為“硬絮體”。在低剪切率的靜止區(qū)域，絮體顯示出很好的細小顆粒的保留作用。當剪切率上升，絮體的細小顆粒的保留作用會隨之下降。當回到原來剪切狀態(tài)下，如果絮體繼續(xù)它開始的結(jié)構(gòu)的話，這種絮體叫做軟絮體；軟絮體一般使用低分子量的聚合物得到的。硬絮體的絮體強度好，在強烈的湍流和剪切下可以維持較好的細小顆粒的保留作用，盡管這樣，當經(jīng)過高強度和過長時間的湍流時，絮體的細小顆粒的保留作用也會下降，硬絮體變成軟絮體。產(chǎn)生這種現(xiàn)象可能的原因是源于聚合物分子鏈在顆粒表面的分布，硬絮體是有伸展的聚合物分子鏈包圍了顆粒，并在顆粒間架橋形成的，經(jīng)過剪切后，由于離子強度的影響，分子鏈通過架橋有覆蓋更多顆粒的趨勢，從而形成軟絮體。W-5其它懸浮液脫穩(wěn)體系還有三種很少遇到的體系，但人需要采用兩種基本的機理：電中和與吸附。W-5-1封裝體系以上描述的架橋體系是基于聚合物分子鏈和顆粒之間的相互作用，發(fā)生絮凝。關(guān)于封裝機理，當兩個或兩個以上的分子鏈由于靜電作用和氫鍵的影響，首先發(fā)生反應，這個反應產(chǎn)生機械地包裹住顆粒的交聯(lián)的聚合物分子鏈框架，在這個不太好理解的機理下，顆粒和聚合物之間的靜電作用不起重要作用。W-5-2雙元聚合物復合混凝體系相繼投加兩種電荷相反的聚合物會得到很好的混凝效果。在實踐中，首先向溶液中加入低或中等分子量的聚合物，然后再加入高分量的陰離子聚合物。低分子量的陽離子聚合物被吸附到顆粒表面，形成陽電荷區(qū)域，在這個陽電荷區(qū)域中，高分子量的陰離子聚合物被固定。由于相同電荷產(chǎn)生離子效應，加入的陰離子聚合物分子鏈在溶液中是伸展的，最終，陰離子分子鏈通過架橋吸附到其它的顆粒物上。當要投加陰離子聚合物時，溶液中有稍微過量的陽離子聚合物是非常重要的，否則，聚合物會在溶液中相互反應，形成凝膠。W-5-3微粒體系微粒體系一般牽涉到陽離子聚合物和細小的無機陰離子顆粒（膨潤土，硅藻土等），可以形成不保留水的，小的，強度很好的絮體。W-6絮凝和混凝效率從本質(zhì)上講，混凝和絮凝的效率是好壞是通過測定絮體大小、懸浮液中混凝和絮凝物的數(shù)量和上清液的濁度等其它特征來確定的。這些不同的參數(shù)取決于絮體的特征和采用的分離過程（方法），為了測定絮凝效率，根據(jù)采用的分離過程做測試是很有必要的。圖表一給出了各種不同分離方法的絮體特征：分離方法絮體特征過濾多孔的，有滲透性的沉淀濃厚的，大的，統(tǒng)一形態(tài)，低滲透性的離心強度大，致密的氣浮低密度，大小相同W-7影響混凝和絮凝效率的因素混凝和絮凝作用的效果與顆粒、聚合物和被處理溶液的等各種參數(shù)有關(guān)。到目前為止，關(guān)于這個課題的研究很多，特別是目標在于提供簡單化的推斷模式。除了試圖給出所有影響混凝和絮凝作用的效率以外，以下是主要因素。W-7-1顆粒的影響通常，對于顆粒小于50微米的顆粒，絮凝才能發(fā)生，大的顆粒（粒徑大于100微米）一般不能發(fā)生絮凝，因為其碰撞的機率太低。在顆粒碰撞過程中，聚合物很難固定到顆粒表面，而形成的絮體被破碎的概率很高，然而，用合適的分子量非常高的聚合物也可以將大顆粒絮凝。根據(jù)顆粒的性質(zhì)和濃度：懸浮物的絮凝要么彌散的，在這種懸浮物中絮體有不同的大小，而且是相互分離的，大的絮體沉降很快，比較細小的和微絮體仍在懸浮液中，不能沉淀，通常通過溢流到沉降池中，這種的絮凝時間較長，大概在1到15分鐘。要么是均勻的，在這種懸浮物的絮凝中，絮體大小相同，沉降速度相同，有清晰的間隙水。比如粘土，其絮凝是彌散的，濃度小于2g/L；均勻型的，濃度大約為2到5g/L?大于一定的濃度，絮凝劑-懸浮液混合不會發(fā)生，絮體也不會出現(xiàn)。在懸浮液中，顆粒的濃度對于涉及現(xiàn)象的性質(zhì)有一定的影響。一般情況下，我們發(fā)現(xiàn)，顆粒濃度很低時，電中和現(xiàn)象占主導，而顆粒很高時，吸附和架橋現(xiàn)象占主導，不僅如此，顆粒濃度很高時，形成的絮體強度更好，同時懸浮物的濃度也很高。W-7-2聚合物的影響在絮凝作用中，絮凝劑的性質(zhì)是主要的因素，在這種情況下，涉及到聚合物的三個主要特征：分子量、濃度和電荷度。一般說來，分子鏈越長，聚合物的效果越好。主鏈的長度取決于分子量和分子的空間布局。分子鏈越長，發(fā)生架橋的可能性越大，而且得到同樣的絮凝效果，需要的聚合物量越少。除此之外，高分量的聚合物還有另一個過濾的效果，在此過程中，沒有被絮凝的顆粒被裹在絮體的網(wǎng)篩中。分子鏈的結(jié)構(gòu)（線型、支化和交聯(lián)）在絮凝過程中有重要作用。盡管這樣，分子鏈也不能太長，否則，會因為在溶液中不易分散和空間位阻的問題而降低絮凝效果。而且，聚合物的分子量越大，其溶液的粘度也隨著增大，聚合物的溶解時間會增長（即在有限的時間內(nèi)溶解不開）。聚合物擴散和溶解問題還取決于聚合物的用量（即每噸干物質(zhì)消耗的藥劑的量）。絮體的外觀可以幫助我正確的確定聚合物的劑量。舉個例子，在過濾器上，絮體外表無光澤表示絮凝效果較好，如果絮體外表發(fā)光，則表示聚合物投加過量。在實踐中，對于高或中等用量時（藥劑用量一般在1到10千克每噸干物質(zhì)），絮體的大小與分子量有直接關(guān)系，分子量越高，絮體越大，相反，在低用量時，中等分子量的聚合物的效果最好，因為此時高分量的聚合物混凝較差，對沒有被絮凝的顆粒保留趨勢較差。聚合物電荷對絮體的影響是與介質(zhì)對離子電荷的需要有關(guān)。較弱的電荷下，絮體很有彈性，耐剪切的強度好，但它的過濾特性（濾水性）不好，相反，中等或強電荷下，絮體的過濾性（濾水性）較好，但絮體的對剪切很敏感（不耐剪切）。一個特殊的例子是用離心機脫水，在這種情況下，聚合物必須過量使用，確保整個污泥中有游離形式的聚合物，這樣才能使得在初始形成的絮團被剪切后，絮凝和再絮凝作用依然進行，此時，過量的聚合物不會產(chǎn)生污泥在分散效應。W-7-3聚合物在溶液中混合過程的影響聚合物與溶液合理混合在取得好的混凝和絮凝效果中至關(guān)重要。由于吸附反應式不可逆的，而且是非常快速的，所以混合質(zhì)量必須足夠好才能使聚合物快速分散到懸浮液中，而且聚合物通常以濃縮和低劑量的形式使用，所以他們必須均勻地分散到整個介質(zhì)中。為此，我們不得不通過實驗發(fā)現(xiàn)（要考慮聚合物的加入點）沒有把絮凝好的絮體破碎的最佳的混合效果，因為在某一個大小上，絮體對剪切很敏感。由于介質(zhì)中固有的剪切輕度和剪切率，絮體都可能被破碎，甚至變成小的絮體和單獨顆粒，久而久之，在絮體的消失和形成中達到一個平衡。溶液的水動力學對混合也有重要作用，在層流和湍流時，絮凝的效果很好，在湍流中，由于剪切會產(chǎn)生小絮體，在過渡狀態(tài)，其性能很難預測。W-7-4溶液的溫度和pH值的影響我們已經(jīng)知道，同業(yè)PH值對聚合物分子鏈的行為有直接的影響，同時PH值還有其他的影響：調(diào)整溶液的PH值可以讓金屬氫氧化物沉淀，這樣會影響絮凝，比如，通過捕捉膠體干涉絮凝作用。聚合物的水解和因此導致其離子電荷度的變化取決溶液的PH值。強陰離子聚合物在堿性條件下性能很好，但在酸性介質(zhì)中，其性能較差，因為其羧基官能團在酸性介質(zhì)中不能游離，而非離子和中等陽離子在酸性介質(zhì)中效果最好。溫度直接影響涉及絮凝反應動力學，因此，低溫會減低絮凝作用。W-7-5懸浮液有機性的影響最后一個重要因素是懸浮液有機的特性，一般情況下，有機物含量越高，對聚合物的陽電荷就要求越高，相反，陰離子在無機溶液中效果較好。W-8人工合成混凝劑的優(yōu)點雖然，單位成本比無機聚合物高，但在很多場合，有機聚合物比有機聚合物更經(jīng)濟。用量比無機聚合物低10倍；有機聚合物不會增加固體物質(zhì)，因此，可以有利于減少處理剩余污泥的費用；無機聚合物形成的絮體不夠緊密，因此，它們在過濾介質(zhì)上占據(jù)很大的空間，很快地增加壓頭的損失；-有機聚合物對PH值的變化沒有無機聚合物敏感，因此，可以處理多種多樣的廢水；有機聚合物有助于減少溶解在水中三價鹽的含量（特別擔心鋁會導致老年癡呆癥）；有機聚合物可以和無機聚合物一起使用，有機聚合物會機械地加強無機聚合物形成的結(jié)構(gòu)。V水溶性聚合物V-1混凝劑混凝劑的兩個主要體征是：非常高的陽電荷，可中和膠體的負電荷；相對低的分子量，在介質(zhì)中快速分散，包圍膠體粒子。主要使用三大系列的產(chǎn)品：季銨化的聚胺、聚二甲基二烯丙基氯化銨和雙氰胺樹脂V-1-1季銨化的聚胺環(huán)氧氯丙烷與一級或者二級胺，通常是二甲胺進行縮合反應，產(chǎn)生中等分子量的聚合物，在此聚合物中，所有氮原子都是季銨化的形式。通過控制加入到反應器的單體量可以改變分子量，添加多胺可以形成支化，從而控制鏈的總長度。聚胺由于其陽電荷在主鏈上而不同于其它的聚合物。這種聚合物有如下特點：分子量在10000-1000000之間；40%-50%的液體溶液陽電荷在主鏈上50%溶液的粘度在40-20000之間氯穩(wěn)定性好與無機絮凝劑相容性好；貯存穩(wěn)定性好；使用時無須預稀釋。聚胺是有機混凝劑，可以完全或者部分替代無機混凝劑（硫酸鋁、聚合氯化鋁和氯化鐵等），在美國、南美、英國、俄羅斯和韓國被允許用于飲用水處理。聚胺同樣也被用于造紙、鉆井泥漿和乳膠的混凝。V-1-2聚二甲基二烯丙基氯化銨氯丙烯與二甲胺反應可得到二甲基二烯丙基氯化銨，受烯丙基自由基活性的限制，二甲基二烯丙基氯化銨的聚合只能生成低和中等分子量的水溶性聚合物。經(jīng)由環(huán)化聚合，得到兩種結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品。聚二甲基二烯丙基氯化銨有以下特點：分子量在10000-1000000之間；20%的聚合物溶液或者100%的聚合物；陽電荷的位置在側(cè)鏈上；-40%溶液的粘度在1000-20000cps；-氯穩(wěn)定性好；-與無機絮凝劑劑相容性好；-貯存穩(wěn)定性好；-使用時無須預稀釋；-PH值穩(wěn)定。聚二甲基二烯丙基氯化銨主要用途如下：-與聚胺類似可用于飲用水處理；并且是目前中國唯一被批準用于飲用水的聚合物；-工藝水混凝；-化妝品調(diào)理劑；-有害陽離子膠體中和劑；-與丙烯酰胺共聚用作造紙中的水處理劑和暫時性濕強劑；-造紙白水中作為超細循環(huán)處理劑。V-1-3雙氰胺樹脂雙氰胺樹脂是通過雙氰胺與甲醛縮合，接著用氯化銨進行季銨化。其主要特性：分子量在3000到150000之間；陽電荷在側(cè)鏈上；液體的粘度在50到300cps之間；陽離子度非常高。其主要用途是水處理、印染與造紙中的固色劑。V-2絮凝劑絮凝劑是一種具有100萬到3000萬分子量，聚合物度為14000到420000單體單元的親水性聚合物。它們水溶性來自于其極性基團的強溶劑化作用（離子化或者非離子化），因此，分子鏈的各個鏈接是游離的。通常是基于丙烯酰胺，是通過均聚得到非離子聚合物，通過共聚得到具有離子度在1%到100%的陽離子或者陰離子聚合物。V-2-1非離子絮凝劑非離子絮凝劑是丙烯酰胺的均聚物。盡管酰胺基團的少量水解度使其有一點陰離子性質(zhì)，但這類聚合物被稱為非離子（陰離子度小于1%）含有小于1%的陰離子基團的非離子聚合物可以在特殊聚合條件下得到。非離子聚丙烯酰胺的主要特性有：-分子量在150萬到1500萬之間；-5g/l的溶液粘度在8到200cps。非離子絮凝劑可用于應用水處理，工藝水處理，市政下水處理和礦物處理等。V-2-2陰離子絮凝劑陰離子絮凝劑可以通過聚丙烯酰胺鏈上的酰胺基團的水解或者丙烯酰胺與含羧基或磺酸基的鹽共聚得到。使用最多的是丙烯酸。這些共聚物的陰離子度可以按單體的比例調(diào)節(jié)，在0%到100%之間變化。陰離子絮凝劑的主要特性有：分子量在300萬到3000萬之間；5g/l的溶液粘度從200-2800cps。陰離子絮凝劑主要應用在第四、第五章給出，它們涉及水處理和選礦工業(yè)，同樣可用于石油、紡織、化妝品和其它工業(yè)增稠劑。V-2-3陽離子絮凝劑陽離子絮凝劑主要來源于丙烯酰胺與二甲胺基乙基丙烯酸酯QMAE）季銨化的共聚物。氯甲烷化的DMAEA-MECL與丙烯酰胺單體共聚合形成陽離子聚合物。共聚物的陽電荷由每個單體所帶的電荷比例決定的，可以從0-100%,陽離子共聚物的酯鏈在PH值大于6是非常敏感。集合物水解成兩性聚合物之后變成陰離子聚合物而使其功效下降。因此即使絮凝劑使用在高PH值下，配制聚合物溶液時控制PH值在5.5以下是必須的。盡管如此，在絮凝過程中，當接觸時間較長，如沉淀過程，絮體可以通過聚合物的化學改性二發(fā)生變化。陽離子聚合物的主要特征：分子量為300萬到1000萬之間；-5g/l溶液的粘度為100-1700cps。其主要用途在第X章和IX章給出。V-3兩性聚合物兩性聚合物表現(xiàn)出既有陽離子也有陰離子的行為，例如丙烯酰胺 -丙烯酸-DMAEA-Mecl或者DADMAC-丙烯酸。相反離子相對數(shù)量和強度時可以變化的。-4其它聚合物有許多其它形式的聚合物，化學家的形象力是無限的。但是，這些聚合物盡管有非凡的特性，但是由于成本和單一產(chǎn)品性能的限制與廣泛應用的聚丙烯酰胺相比，其工業(yè)應用時很有限的。在這些產(chǎn)品中，已有工業(yè)出路的產(chǎn)品提及如下：聚乙烯亞胺乙烯亞胺聚合產(chǎn)生一個低分子量和高點荷密度的聚合物，特別用于造紙工業(yè)中最為排水助劑。聚酰胺聚胺己二酸與二乙烯三胺和環(huán)氧氯丙烷縮合形成一個低分子量的共聚物。共聚物上的胺基全部被環(huán)氧氯丙烷季銨化。主要的制造過程分為兩步：一是二乙烯三胺與己二酸縮合；二是接著與環(huán)氧氯丙烷縮合形成叔胺基團并進一步引起支化與交聯(lián)反應。其水溶性主要通過控制一個高分子鏈上環(huán)氧基團與另一個分子鏈上的仲胺基團的支化度。聚酰胺聚胺在造紙工業(yè)中用作干強劑。基于聚酰胺的聚合物多胺與其鹵化物的縮合（二氯乙烷，環(huán)氧氯丙烷等），其適用于整個聚合物系列，其中有些已被用于絮凝。聚氧化乙烯盡管其沒有電荷，但有非常高的分子量（200萬到800萬）由于氧原子上的自由電子對，它們本質(zhì)上屬于非離子。這些產(chǎn)品對于硅的絮凝特別有效，也用于礦的浮選和減少壓頭損失。在造紙工業(yè)中作為新聞用紙生產(chǎn)的助留劑和報紙的成型助劑?；腔酆衔锞郾揭蚁┧徕c或聚乙烯磺酸鈉是低分子量陰離子聚合物；丙烯酸特別是與2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物（AMPSA）。聚丙烯酸類分散劑分散劑是低分子量聚丙烯酸鈉。-5溶液產(chǎn)品曼尼基反應產(chǎn)品，聚丙烯酰胺與甲醛和仲胺，如二甲胺反應，反應產(chǎn)物接著被季銨化，得到用作絮凝劑的聚合物。與乙二醛反應的產(chǎn)物，主要用于造紙工業(yè)濕強劑。Hoffman降級的產(chǎn)物，與次氯酸鹽反應，得到一個丙烯酰胺和乙烯胺的共聚結(jié)構(gòu)聚合物，用于污泥處理和造紙濕強劑。V-6支化聚合物支化聚合物是在一些單功能單體聚合過程中引入少量多功能單體形成的聚合物。支化聚合物形成絮體更穩(wěn)定，而且無再懸浮穩(wěn)定的風險的優(yōu)點。絮體的這種特性源于這種聚合物的特性。因為變形較

小，聚合物不能作用于相同顆粒各個活性位置，從而使數(shù)個聚合物分子吸附在相同的顆粒上，這使得絮體結(jié)構(gòu)好，更穩(wěn)定，雖然絮體較小。V-7增稠劑有關(guān)合成聚合物最終的聚合物系列。這些產(chǎn)品源于丙烯酸共聚物，一般是高分子量的，少量支化產(chǎn)物（丙烯酸、馬來酸、丙烯酰胺等），在鏈的末端帶有羧基官能團，在有水的條件下，它們易于與水結(jié)合，從而起到增稠作用，在溶脹狀態(tài)下，它們的體積增長100倍以上（所謂短期增稠）。在酸性介質(zhì)中，聚合物有離子化的輕微趨勢，但是，整個鏈上幾乎無電荷，并保持柔性且趨于自身卷曲。在堿性介質(zhì)中，鏈上帶負電荷從而互相排斥，分子鏈伸直變得剛性，在水中引起增稠作用。這些產(chǎn)品對電解質(zhì)敏感，會引起粘度下降。W聚合物的形態(tài)聚合物的主要物理形態(tài)有：粉狀、乳液、珠狀和溶液，都是用相同的單體制造，但是制造工藝不同。W-1粉狀粉狀產(chǎn)品通過膠體聚合得到，一種基本的生產(chǎn)工藝如下：單體 水單體 水催化劑聚合催化劑聚合造粒干燥粉碎篩分包裝干燥粉碎篩分包裝單體以水溶液形式聚合，然后得到凝膠造粒，干燥。用此工藝得到的聚合物質(zhì)量，特別是有關(guān)溶解性方面是相當好的，分子量也很高。得到的粉狀聚合物粒徑0-lmm,依據(jù)不同的類型和分子量，溶解時間在30-240分鐘。聚合物在水中分散沒有魚眼是非常重要的，用不同類型的分散設備如葉片型，泵型，風力輸送型或者一些小型的設備。W-2乳液乳液是聚合物的水凝膠在油中的懸浮液。乳液一般含有25%-50%的活性物。水凝膠是一種含水的聚合物，以平均粒徑在l微米的微球存在，這些微球被分散在油中，通過表面活性劑阻止其聚集。制造過程沒有干燥過程，因此可得到高分量的聚合物而且具有高度的溶解性。其工藝過程如下：單體 表面活性劑通過改變表面活性劑的用量可形成半微乳液（粒徑0.2微米）或微乳液（粒徑小于0.1微米，透明的），其性能與乳液相似。乳液使用疏水表面活性劑（親水親油值HLBV6）形成一個反相（油包水）的水中不溶解的乳液。聚合完成后，有些情況下是在聚合的同時，必須加入一種親水的表面活性劑，使乳液在接觸水時經(jīng)歷一個轉(zhuǎn)相過程，使得是凝膠離子溶解。根據(jù)不同的機械分散條件，溶解時間從數(shù)秒到幾分鐘不等。得到一個最優(yōu)的濃度很重要，相應于5g/l的活性物。建議這種聚合物貯存在干燥，0-35的條件下，同stockEMULTM類型的罐貯存，以便于檢測和使用。另一種選擇性工藝是蒸餾乳液除水，從而得到如下特點的乳液：

-高濃度，從而降低包裝和運輸成本；-長時間貯存穩(wěn)定性好；-但是成本較高，同時，由于蒸餾過程加熱，其性能會下降。W-3珠狀聚丙烯酰胺用于合成聚合物的另一種方法是珠狀生產(chǎn)過程。其工藝如下催化劑循環(huán)溶劑蒸餾催化劑循環(huán)溶劑蒸餾珠狀聚合物本質(zhì)上有以下基本優(yōu)點：更快的溶解時間（30分鐘數(shù)量級），因為其粒徑小于300微米；較好的流動性，但與粉狀產(chǎn)品一樣，需要用分散設備；無粉塵。分子量比用溶液，乳液或粉狀工藝得到的低，從而非常低分子量的聚合物可以被生產(chǎn)用于特殊用途（紡織、油田、鉆進）。W-4溶液產(chǎn)品對用于混凝劑或者分散劑的聚合物，分子量必須是非常低的。這些產(chǎn)品一般通過單體的溶液聚合

得到的，接著與特殊試劑進行后反應，由于聚合物溶液粘度很高，不能得到高濃度的產(chǎn)品。單體 水引發(fā)劑引發(fā)劑目標聚合物W聚合物的化學特性單體和聚合物的本性聚丙烯酰胺聚丙烯酸酯丙烯酰胺-丙烯酸-二甲胺乙酯共聚物聚胺聚乙烯亞胺聚酰胺聚胺聚氧化乙烯分子量低分子量（LMW）：100萬-300萬；中等分子量：300萬-600萬；標準分子量：600萬-1000萬；高分子量：1000萬-1500萬；極高分子量：1500萬以上。分子分布低多分散性；高多分散性。電荷性質(zhì)非離子的陰離子的陽離子的兩性的電荷密度低：1-10%；中：10-40%；-高：40-60%；-很高：80-100%。?電荷分布-無規(guī)聚合物；-嵌段聚合物。?粘度取決于聚合物的電荷度和分子量。?物理形式-乳液；-溶液；-粉狀；-珠狀。?穩(wěn)定性-貯存穩(wěn)定性；-溫度穩(wěn)定性；-PH值穩(wěn)定性；-膠體穩(wěn)定性；-潮濕穩(wěn)定性。W-1粘度粘度是剪切強度和剪切率之間綜合平衡的結(jié)果。一個給定溶液的粘度一般取決于剪切的狀況。剪切率對應的粘度變化如圖：從圖上可以看出，四個區(qū)域是比較分明的。區(qū)域-1粘度是不變的，溶液此時是牛頓流體，這個區(qū)域與低剪切和（或者）低濃度緊密相關(guān)；區(qū)域-2是過渡區(qū)域，對應的聚合物分子因為剪切不斷增大而發(fā)生變形；區(qū)域-3中，粘度隨著剪切的上升而下降，剪切率越大，分子鏈越是朝著流動的方向，溶液的行為是假塑性的；區(qū)域-4是過渡區(qū)域，對應的是高強度剪切，粘度也同樣取決于聚合物在溶液中的濃度。當我們給出溶液的濃度和粘度變化的對數(shù)圖表是，3個區(qū)域一般是比較明顯的：在低濃度時，聚合物分子個體像一串卷縮的小球，被溶劑分隔著。當濃度增大時，小球開始靠近，當達到濃度C1時，那些小球開始互相靠近在一起，濃度在增加，小球開始相互滲透，并到達濃度C2,濃度Ccr（關(guān)鍵濃度）界定了所有球處在互相接觸，相互滲透的狀態(tài)中。假如想測定大分子個體大分子的行為，特別是要測定聚合物的分子量，這些極限濃度的確定就非常重要。在這種情況下，測定粘度要在低于C1濃度下。臨界剪切率取決于聚合物的分子量，分子量增加時，臨界剪切率下降。切-2分子量的測定分子量測定可以通過直接的方法，叫做光散射法，也可以間接方法測量，叫做特性粘度法。W-2-1光散射法如果大分子稀溶液被激光照射，激光會散射到空中。如圖：如果L0是入射強光（是強烈的散射光），對于一個給定溶液會產(chǎn)生一個獨一無二的機理和夾角。對于一個理想溶液，聚合物和溶劑之間的光散射強度與聚合物的分子量是成一定比例的，常用以下公式表示：（暫略）W-2-2特性粘度法為測定聚合物的分子量，常用的間接方法是通過MarkHouwink經(jīng)驗公式：h=KMa。這里h是特性粘度，M是平均分子量，K和a是兩個常數(shù)，取決于聚合物-溶劑的配對和溫度。對于聚丙烯酰胺，這些常數(shù)通常是以下數(shù)值，這些數(shù)值是通過毛細管粘度計測定的。K=3.73*10-4+a=0.66特性粘度是減少粘度到0的外推法所得，改粘度是通過以下公式計算出來的，這里的h是聚合物溶液粘度，h0是溶劑在相同溫度下的粘度，C是聚合物在溶解中的濃度。（公式略）.為了測定特性粘度，通常用毛細管粘度計測量不同濃度下的粘度值，特性粘度同通過外推到0濃度而得到。切-3穩(wěn)定性一般情況下，聚合物可以穩(wěn)定存放數(shù)月，但是在溶液狀態(tài)下，化學和生物降解使得聚合物降解很快。W-3-1聚合物的化學降解是個可辨別的過程，如水解或者其他物質(zhì)分子的攻擊。關(guān)于水解降解，聚丙烯稀酰胺的穩(wěn)定性取決于不同離子性的聚丙烯酰胺溶液的PH值。非離子在PH值1-12之間穩(wěn)定；陰離子在PH值4-12之間穩(wěn)定；陽離子在PH值4-6之間穩(wěn)定；聚胺和聚二甲基二烯丙基氯化銨在PH值1-14之間都比較穩(wěn)定。影響水溶性聚合物降解的外部因素有：自由基團會導致分子鏈斷裂，分子量迅速下降，產(chǎn)生氧化還原劑產(chǎn)品最有害，如在地下水中會經(jīng)常遭遇氧/鐵離子氧化還原劑配對。好氧或厭氧菌通過形成沉淀，快速減低產(chǎn)品的效果；二價或三價離子會使聚合物沉淀，相反電荷的聚合物也能其沉淀；紫外線輻射，通過形成自由基團降解聚合物分子鏈，建議聚合物溶液要避光放置。以下表格給出聚合物在純水溶液中的穩(wěn)定時間：Stability(5g/l)Anionic8天Cationic24小時Stability(1g/l)Anionic2天Cationic4小時W-3-2機械穩(wěn)定性我們已經(jīng)提到過，從機械穩(wěn)定性觀點看，長鏈聚合物可以被高剪切強度打斷，聚合物的分子鏈越大，其剪切敏感性越明顯。在服務的條件下，一些設備如離心泵、攪拌和噴嘴很可能都是剪切降解的主要來源。切-4離子性聚合物的離子性（通常以摩爾比表示）正常情況下用膠體滴定來測量。陰電荷通常用陽電荷膠體與之反應進行測定，如甲基乙二醇聚胺基葡萄糖，一定量過量與陰電荷反應。在實踐中，已知過量陽離子聚合物加入到已知的陰離子聚合物中，用聚乙烯磺酸鉀（一種陰離子聚合物），甲苯胺藍做指示劑，反滴過量的陽離子聚合物，當溶液顏色變成紫色，滴定終點即到。陰電荷的測定是用聚乙烯磺酸鉀，以甲苯胺藍為指示劑直接滴定測得。相反電荷的聚合物沉淀嚴重改變了滴定時間和滴定的準確性。W-5殘余聚合物含量在某些情況下，如工藝研究（如選礦）或排水特點，確定水中殘余聚合物含量是很有必要的。當聚合物類型是已知的，其含量為100ppm時，我們可以用膠體方法測其濃度。當殘余聚合物濃度為1ppm時，相比而言，通常用絮凝的方法測其含量。1ppm以下，只能用工藝狀態(tài)分析法測其含量。W-6毒性通常，聚合物根據(jù)本報告對人類是無毒的，而且，在人類飲食有關(guān)的工業(yè)中，聚合物有著嚴格的規(guī)定，如：飲用水，與食物直接接觸的包裝紙，制糖等。這些產(chǎn)品正被敏感地用于環(huán)境保護問題。目前，很多旨在確定這些產(chǎn)品是否有影響的研究正在進行和報道出版，特別是目前被廣泛使用的陽離子聚丙烯酰胺在水中降解的毒性?，F(xiàn)已證明：陽離子分子鏈快速水解會使陽離子電荷被脫除，進而對水生有機物產(chǎn)生影響。關(guān)于陰離子聚丙烯酰胺，它對水生有機物和水生生物有系統(tǒng)的毒性也被證明。在實驗室中僅能觀察到的有害效應很可能是由于濃度大于100mg/l是高粘度所導致的。最后，聚丙烯酰胺對紫外線非常敏感，光解導致聚合物鏈的降解和形成生物可降解的小分子物質(zhì)，所以，聚丙烯酰胺既不能在環(huán)境中存在又不能在環(huán)境積累（這一點是有利的）。哪實驗室測試和工業(yè)試驗混凝和絮凝的復雜性意味著沒有實驗是不能選出合適的藥劑，實驗通常分為兩個階段去做：實驗室小試是選擇產(chǎn)品類型，更重要的是選擇最佳的離子度；工業(yè)大試是確定要使用產(chǎn)品，并確定用量和所用藥劑的分子量。W-1原理實驗模擬實際的操作條件是不可能的，特別是剪切條件（混合器、管路、分離設備、過濾器和離心機等），這些對選擇聚合物分子量有著關(guān)鍵的作用，同時在實驗室是很難再現(xiàn)的。通過積累的經(jīng)驗和嚴格的測試方法可確定最佳溶液，盡管如此，在某些情況下，實驗小試的結(jié)果不能被工業(yè)大試所認可。導致這種情況主要有兩大原因：實驗用標本不具有代表性如果污水的特點在一段時間類會發(fā)生變化，必須有一個有代表性平均標樣。如果標樣的成分在一段時間內(nèi)發(fā)生了變化，那么這樣的小試必須在現(xiàn)場，以盡可能快的速度進行，否則，標樣須冷的或者殺菌，以減少其變化。最后，原水發(fā)生變化，問題又會發(fā)生（如溶解水或后稀釋水等問題）。工業(yè)條件下的混合困難如果，與絮凝過程相比，聚合物在溶液中混合的時間太長或太遲，那么在實驗小試和工業(yè)現(xiàn)場大試中所得到的絮體大小就不會相同，在這種情況下，要考慮以下幾個選擇：＊改變藥劑的濃度；＊改變加藥點；＊多點加入聚合物；＊或者盡可能更換聚合物。當然，實驗小試發(fā)生錯誤也不能被排除，如果實驗用的標樣不是均質(zhì)的（根據(jù)顆粒大小和離子度），特別是由于顆粒物表面的作用。懸浮液（顆粒大小，有機物等）異質(zhì)性意味著我們在實驗室要選擇不同陽離子度的聚合物，同時要選擇能產(chǎn)生良好的澄清效果和絮體強度的聚合物。然而，由于懸浮液這種異質(zhì)性，篩選藥劑變得比較困難，特別是，現(xiàn)場的工業(yè)大試的用量是實驗室小試用量0-30%，因此，我們絕對有必要重新做實驗，同時在實驗過程中考慮這個過量和離子再分散等因素。由聚合物溶液和要處理的懸浮液之間架橋的絮凝步驟在實踐中被證明是很棘手的，絮凝效果取決于現(xiàn)場設備，我們很有必要經(jīng)常性地將絮凝劑的數(shù)量、質(zhì)量和絮凝劑的稀釋調(diào)整到適合設備狀態(tài)。作為一般原則在擴散絮凝沉降的情況下，低速絮凝時產(chǎn)生混合，接觸時間與懸浮物濃度成反比。接觸時間在10-15秒之間變化。在循環(huán)和懸浮污泥處理廠，污泥是非常快速的，在這種情況下，絮凝劑在與污泥混合前，要與被處理的水預先混合好。在用帶式壓濾機的情況下，要用變速攪拌混合污泥和絮凝劑，通過變速來達到最佳的效果。在用離心機的情況下，中央注入管使污泥和藥劑在離心機里面混合，此時，處理效果的好壞，溶解和稀釋濃度時關(guān)鍵因素。W-2工藝水和市政污水處理應用的主要實驗方法實驗室測試是綜合的測試，這使得我們能夠?qū)⒈粶y試的藥劑方方面面的效果加以分類和區(qū)分。主要測試包括：標準燒杯法：測試澄清度；-一種攪拌平均濃度為1g/l懸浮液的干物質(zhì)的方法；-一種方法是把樣品顛倒過來，給懸浮液提供相同類型的絮凝，這種做法可以直接顛倒也可以在泥床形成后進行；-氣浮測試，以7kg壓力向水中鼓入飽和空氣；-真空過濾測試，畢希納式和浸沒式；-通過排水的污泥脫水測試，同時記錄過濾率；-毛細吸水測試擴散速度；-壓力下，污泥干度極限測試；-Zeta電位的測試；-流動電流測試。以上方法基本上是標準的，但要根據(jù)絮凝劑實際情況去調(diào)整。W-3聚合物的使用哪-3-1粉狀聚合物的使用粉狀聚合物的使用，首先要使其良好地溶解到水中，避免結(jié)團，溶解時間根據(jù)產(chǎn)品不同可以從30-4個小時不等。溶解時間同樣取決于以下好幾個因素：溶解濃度：如果混合條件足夠好的話，溶液濃度越大，溶解時間越短；水溫：聚合物最高在30-40度（最高）是穩(wěn)定的，低于5度溶解速度很慢；產(chǎn)品的特性，特別是離子度和顆粒的大小。為了讓聚合物能較好地溶解在水中，有必要遵循以下步驟：最高可能的濃度的藥劑分散要與所用的設備相匹配（3-10g/l）,這樣的濃度使得溶解設備表小，又能提高聚合物的溶解性成為可能。有很多分散設備，如啟動混合器、泵、濕槳葉、射流器等。對于聚合物，建議用最小時間，以高濃度攪拌稀釋；在向貯罐轉(zhuǎn)移時，要不停等攪拌去阻止聚合物凝結(jié)或溶解不太好的顆粒沉淀；用靜態(tài)混合器，定量和稀釋到最終使用濃度。為防止聚合物降解，推薦使用非離心泵，同時攪拌的線速度不要超過8m/s。檢查溶解聚合物水不能含有對藥劑不穩(wěn)定的有害元素是非常有必要的，如硬度，鐵離子等。我們在市場上可以買到有效的適合制備聚合物溶液的設備。W-3-2乳液聚合物當要進行連續(xù)溶解聚合物時，乳液是最有效的，尤其是用離心機。在市場上可以買到調(diào)整稀釋濃度和投加乳液的專業(yè)設備。貯存乳液時需要采取特別的措施，那本乳液手冊推薦了貯存和需要的物料。W-3-3溶液聚合物依據(jù)他們性質(zhì)，聚合物溶液要么在線稀釋，要么直接計量，如果要快速攪拌混合，最好要將粘度稀釋到10cps以下。IX—般應用聚合物主要應用是在水處理方面，混凝、絮凝和污泥脫水。聚合物的許多其他特征在專業(yè)應用方面特別有用：紡織增稠劑；化妝品增稠劑；頭發(fā)調(diào)理劑；藥劑配料助劑；減阻等。在處理的情況下，以下兩種類型的聚合物很可能要考慮到，盡管他們的行為很普通。-有機混凝劑，比如聚胺、聚二甲基二烯丙基氯化銨等通常用于處理低懸浮液含量的污水，而且他們能部分或者全部取代無機混凝劑（如聚鋁、聚鐵等），通常使用濃度為l-10ppm。-有機絮凝劑，特別是聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯，通常使用濃度為0.1-10ppm，用于污泥脫水時為0.5-15kg每噸干污泥。IX-1用絮凝劑分離過程1-1沉降傳統(tǒng)的絮凝在攪拌或帶有擋板的靜態(tài)池一次性進行，要用到好幾個類型的設備，圖19展示夜歌絮凝沉降池。1、 原水進口；2、 旋轉(zhuǎn)刮板橋；3、 絮凝區(qū)；4、 澄清區(qū)；5、 汲取污泥區(qū)。6、 不斷增長的污泥培養(yǎng)基在絮體和微絮體之間接觸，因此，提高絮凝效率。這個原理用于污泥接觸絮凝過程，要么用污泥循環(huán)，要么用污泥床。對于應用水處理，這些工藝就更專業(yè)了。在循環(huán)系統(tǒng)中，從沉降池底取出的濃縮污泥要反用到沉降池中去保持最佳污泥濃度。在污泥床系統(tǒng)中，向上流的水降低了下流污泥的沉降速度，而且在一定的污泥濃度之上時，形成了具有凝聚能力的污泥床。1-2離心離心是利用離心力將固-液混合物分離為兩相：固體顆粒沉淀相和澄清的上清液相。這種加速分離是由旋轉(zhuǎn)的機械離心力產(chǎn)生。這種離心力可以快速分離固相和液相，離心力的大小根據(jù)離心機的大小不同可從800-4000g之間變化。最廣泛的應用時處理剩余污泥中高濃度懸浮液的固體物質(zhì)的分離。這種用于離心分離的工業(yè)機械式連續(xù)轉(zhuǎn)鼓離心機。這種類型的離心機有柱狀高速旋轉(zhuǎn)的水平轉(zhuǎn)鼓，在轉(zhuǎn)鼓里面，有一個同軸的速度較低的旋轉(zhuǎn)螺桿，螺桿形狀和轉(zhuǎn)鼓形狀相匹配，同時螺桿和轉(zhuǎn)鼓保持一定空隙。用管道沿著軸向?qū)腋∫何谷腚x心機，然后通過離心力將其推入到轉(zhuǎn)鼓和螺桿之間的環(huán)形區(qū)域，在圓柱部分發(fā)生沉淀。轉(zhuǎn)鼓和螺桿之間的相對速度使沉淀物被推倒轉(zhuǎn)鼓的圓錐部分，在此，污泥被推出，清液通過一個能在轉(zhuǎn)鼓圓柱維持一個環(huán)狀液位的可調(diào)節(jié)的擋板，從另一端流出。當固體從液環(huán)中被去除，圓錐剩余部分可讓最后污泥排出。連續(xù)離心有很多優(yōu)點：-嚴格的連續(xù)操作；快速分離；螺桿運出厚污泥，防止任何阻塞風險產(chǎn)生；由于聚合物的應用，產(chǎn)生高固含量的均勻的沉淀物。常用到兩種連續(xù)的離心系統(tǒng)：順流系統(tǒng)，在此系統(tǒng)中，污泥在圓柱部位喂入，同時，液相和固相在相同的方向推進，伴隨著較少的擾動和較長的路徑，沉淀隨之發(fā)生，這個系統(tǒng)對于低密度和低濃度的懸浮液有較好的優(yōu)點，然而，這種機械對磨損比較敏感，同時出泥不夠干，適應的水力條件較低（處置水量較?。┠媪飨到y(tǒng)，在這種系統(tǒng)中，污泥是從圓柱和圓錐之間喂入，因此，固相物質(zhì)分離較快，這個系統(tǒng)對于處理后污泥和大的水力條件比較有優(yōu)點。要想達到較好的處理效果，選擇較好的聚合物是極為重要的，絮體必須大而有強度。因為高強度的剪切和湍流，所以用實驗室小試去預測污泥動態(tài)行為時很難的，必須要做工業(yè)大試。X-1-3帶式壓濾壓濾工藝由以下幾個步驟組成：有足夠的時間在絮凝器中絮凝或者直接在管道中絮凝；通過過濾介質(zhì)排出間隙水；-在濾帶之間壓榨污泥，同時形成一個鍥形的緊密的污泥餅，這兩條濾帶包裹在轉(zhuǎn)股上，按照交錯排列的格局轉(zhuǎn)動。脫水效率取決于濾帶滾動時產(chǎn)生的壓力，濾帶和滾輪的機械強度、壓力中等（一般約O.l-l.Okg）。如壓力太高，污泥內(nèi)聚力會被破壞，污泥會從側(cè)面逃出過濾區(qū)域。產(chǎn)生跑泥現(xiàn)象。由于壓力過大導致跑泥現(xiàn)象還取決于污泥的污泥結(jié)構(gòu)。壓濾的效率還取決于壓濾時間（這又取決于帶寬）、帶速等。聚合物的使用使得用機械處理剩余污泥的發(fā)展非常迅速，主要優(yōu)點有：使得污泥脫水過程易操作，可視、可控；降低了運行和投資成本；通過沖洗濾帶，可連續(xù)運行；機械簡單；-可產(chǎn)生可造粒的污泥。2飲用水飲用水中主要含有腐殖質(zhì)（如腐植酸，富里酸），代表了由地表水處理后變?yōu)轱嬘盟?0-80%COD。這些強陰離子物質(zhì)可以由高陽離子度的有機混凝劑混凝。在初次混凝中，所用的有機混凝劑要么直接使用要么和金屬離子聯(lián)合使用。主要的混凝機理是電中和，當然，通過改變分子量也能得到化學橋連的效果。通常使用像聚二甲基二烯丙基氯化銨、聚胺等中低分子量、高電荷度的產(chǎn)品。在懸浮膠體被有機混凝劑脫穩(wěn)后，通常使用高分子絮凝劑來提高或強化澄清過程。使用量很低，一般在0.05-0.5ppm，因為這些絮凝劑的分子量很高，所以，混凝過程中，它們在小絮體之間架橋，形成大的絮體是非常有效。在現(xiàn)代的污水處理廠，絮凝劑是必不可少的（斜板沉淀池）。由于無機混凝劑受PH值的影響，所以在水軟化過程中混凝性能受到影響。為了取得較好水處理效果，要用石灰提高水的堿性，由于有機混凝劑和絮凝劑在水的PH值變化時沒什么影響，因此，大大改善了這一處理效果。有機混凝劑，特別是PDADMAC，有很強的殺菌效果，既可以絮凝又可以殺滅微小的藻類，又可以結(jié)合成小的絮體，改善處理效率。3工藝水（鍋爐水，冷卻水）用于熱交換的工業(yè)用水必須經(jīng)過阻垢、抗結(jié)和防銹處理，這些處理的進行必須借助于一定程序，而聚合物用在這些處理程序的不同階段。低分子量的聚丙烯酸鈉均聚物可以阻止碳酸鈣、硫酸鈣、硫酸鋇、氫氧化鎂和其微溶鹽發(fā)生表面沉積。丙烯酸和AMPS共聚物可以使磷酸鈣變得穩(wěn)定，這些產(chǎn)品作為冷卻水分散劑非常有效，它們可以使鐵鹽溶解而不被沉積在冷卻塔的塔壁上。聚胺和陰離子聚丙烯酰胺絮凝劑用于處理鍋爐水，特別是在核工業(yè)中。X-4工業(yè)排放水有很多應用領(lǐng)域和相應的水處理：對含有機物的水進行生物處理：用細菌處理水，用絮凝劑進行污泥脫水；沉淀和污泥脫水用混凝劑和絮凝劑的物化處理過程。應用的多樣性使得我們無法預測每種聚合物的特征細節(jié)，然而，通過實驗還是有可能得出一般性的規(guī)則。X-5市政污水世界每個人每天消耗水在4-1000L,每個人的生活方式，如吃、衛(wèi)生習慣、生活條件和氣候條件的不同，會使得污染排放各不相同，因此，市政污水污染物的性質(zhì)、數(shù)量和質(zhì)量也各不相同，變化很大。常用兩種類型的處理方法：1-生物處理，一般有四個步驟組成；通過篩網(wǎng)進行初步處理，出去粗大固體物質(zhì)；曝氣出去油脂類；通過沉淀和氣浮，初步去除懸浮固體；曝氣形成微生物絮體；二級處理使生物絮體沉淀；在某些情況下，三級處理是除去一些特殊的污染物，如，磷。絮凝劑在這些過程中，用于不同的階段：初級或二級沉淀池或濃縮池，但是最常用的地方時壓濾和離心脫水。2-水處理中的物化處理是直接通過混凝劑和絮凝劑。然后，用絮凝劑通過離心機和壓濾機對污泥進行脫水，這些比生物處理效率略低的方法通常用于水處理的中間階段。IX-5污泥濃縮和脫水使用聚合物強化促進污泥脫水，代表著聚合物的一個重要應用。表格4向我們展示了污泥處理廠處理的污泥固含量：污泥處理進泥濃度（％固體）出泥濃度（％固體）靜態(tài)沉淀0.03-021-5用聚合物連續(xù)濃縮0.03-0.23-9離心機1-512-30板框壓濾機1-530-50帶式壓濾機1-512-27使用聚合物會得到大而緊密的絮團，使其從上清液中分離變得方便。由于絮團緊密而不易破碎，壓濾和離心也會變得方便，在這種情況下，離心機和壓濾機的上清液中聚合物濃度很高（5-20ppm）,可以循環(huán)使用到處理的開始階段，這樣還可以促進初次沉淀，也不影響曝氣階段。選擇聚合物的標準：污泥的性質(zhì)，無機物/有機物的比例，陽離子聚合物通常用于有機污泥，陰離子聚合物常用于無機污泥，在細微粒甚至是膠體狀無機泥中，混凝劑效果最好。PH值，陽離子用酸性介質(zhì)中（因為陽離子在堿性介質(zhì)中會降解），陰離子用于堿性介質(zhì)中；脫水設備，可以看絮團的特點（參看第九章）；污泥濃度。藥劑電荷的性質(zhì)取決于污泥的離子性。用明礬混凝的污泥，新鮮時用陽離子，時間長了，用陰離子，用陰離子還是用陽離子要根據(jù)這種情況判斷。另外，活性污泥是陰電性的，因此，一定要用陽離子聚合物處理。在有機污泥中，有機物含量和好氧或厭氧消化程度決定了所用聚合物的陽離子度和其用量。污泥中有機物含量和消化程度可以通過測定其PH值，燃燒損失和總有機碳含量來確定。一個消化較好的污泥，PH值在7-8之間，燃燒損失為30-55%總量（以干物質(zhì)計算），消化不好的污泥PH值在5-7之間，燃燒損失為55-80%重量。作為一般的規(guī)則：消化越完全，陽電荷要求越低；活性污泥比例越高，陽離子度要求越高；在通常的消化污泥中，中、低陽離子聚合物效果最好，而新鮮的活性污泥，高陽離子聚合物的效果最好，這些污泥的處理，還可以用部分交聯(lián)的聚合物。X特殊應用X-1選礦工業(yè)選礦工業(yè)要消耗大量的水：洗礦和浮選中，要將矸石從礦石中分離出來，在這些例子中，絮凝劑重要用于：?從矸石中分離出水，用于循環(huán)和在利用；?污泥脫水（離心、壓濾、污泥濃縮）?從懸浮物中分離出水（通過沉降、過濾、離心等），很多種都用到這些處理過程，如：鐵礦、煤礦、磷礦、沙石礦、鋅礦、鈾礦等）。在處理和加工過程中得到才金屬或半金屬本身。在此過程中，已經(jīng)被物理性地濃縮的礦溶解到酸、堿或者特殊的溶液中，而溶液的雜質(zhì)需要用絮凝劑來沉降、沉淀金屬一般通過絮凝作用，以氧化物或者鹽的形式被還原和回收。一般說來，那些用于濃縮浮選濃縮，細料沉降和處理排水的高分子聚合物一般都是陰離子和非離子的，非離子絮凝劑特別適合酸性溶液（過濾液、萃取液）。選礦業(yè)，高分子的其它應用有：造粒這個過程通常用于聚集以小顆粒形式存在細小濕粒。由于這些顆粒被旋轉(zhuǎn)在造粒設備中，陰離子聚合物可以移動的顆粒在重量作用形成的顆粒聚集。分散聚合物可以使碳酸鈣或者二氧化硅、粘土等保持懸浮狀態(tài)，這種個產(chǎn)品用的是低分子量的聚丙烯酸鈉。X-2造紙工業(yè)聚合物在造紙中有著廣泛的應用：造紙白水處理、助留、脫水和粘結(jié)處理，超細顆粒的處理，污水污泥的處理等。造紙工業(yè)使用聚合物，主要原因：大量消耗會，又要減少水的消耗，增加設備生產(chǎn)率，提高紙張的質(zhì)量，減少對環(huán)境的影響。涉及到高分子聚合物的主要應用：在紙張中保留填料（二氯化鈦，高嶺土和碳酸鈣），高分子聚合物被添加到紙機抄板上，目的是絮凝纖維和填料，這個絮凝作用高分子聚合物