混凝劑絮凝劑.pptx

1、水 處 理 藥 劑1第二章 絮凝劑一、定義及分類二、絮凝與混凝作用的理論三、絮凝劑的結(jié)構(gòu)、制備和性能四、影響絮凝劑作用效果的工藝條件五、絮凝劑的衛(wèi)生安全性2一、定義及分類 天然水或工業(yè)水中除了含有泥砂、顆粒很細(xì)的塵土、腐殖質(zhì)、淀粉、纖維素、細(xì)菌、藻類等微生物。這些雜質(zhì)與水形成溶膠狀態(tài)的膠體微粒，由于布朗運(yùn)動(dòng)和靜電排斥力而呈現(xiàn)沉降穩(wěn)定性和聚合穩(wěn)定性，通常不能利用重力自然沉降的方法除去，必須加入混凝劑以破壞溶膠的穩(wěn)定性，使細(xì)小的膠體微粒凝聚再絮凝成較大的顆粒而沉淀。31.定義絮凝劑或混凝劑：凡是能使水溶液中的溶質(zhì)、膠體或者懸浮物顆粒產(chǎn)生絮狀沉淀的水處理劑。凝聚劑、絮凝劑、混凝劑復(fù)合絮凝劑代號(hào)：XN

2、（HG2762-1996）表2-142.分類無機(jī)絮凝劑 合成有機(jī)高分子絮凝劑有機(jī)絮凝劑 天然有機(jī)高分子絮凝劑微生物絮凝劑5二、絮凝與混凝作用的理論1.固體微粒的雙電層結(jié)構(gòu)水中的懸浮物或固體微粒通常呈膠體狀態(tài)分布，它們具有巨大的比表面，可吸附液體中的正離子或負(fù)離子或極性分子，使固液兩相界面上的電荷分布不均勻而產(chǎn)生電位差。6膠核：構(gòu)成水溶膠粒子的核心（雜質(zhì)）電位離子：膠核表面的離子（膠核表層部分電離或膠核從水中吸附離子） 同類膠核帶有同樣的電位離子，有相同的電荷（細(xì)菌、粒土是帶負(fù)電荷的膠體，F(xiàn)e(OH)3、Al(OH)3等微晶體是帶正電荷的膠體），由于同性相斥，使膠體微粒相互不能凝聚而保持沉降穩(wěn)定

3、性。 電位離子同膠核結(jié)合緊密，很難分開。7反離子：膠核表面的電位離子層通過靜電作用又將水中電荷符號(hào)相反的離子吸引到膠核周圍，該類離子稱為反離子。雙電層：由電位離子與反離子形成。吸附層：能同膠核一起運(yùn)動(dòng)的離子層。擴(kuò)散層：不隨膠核一起運(yùn)動(dòng)的離子層。膠粒：膠核和吸附層構(gòu)成一體。膠團(tuán)：膠粒與擴(kuò)散層892.固液分散體系的穩(wěn)定性 固體微粒之間存在著排斥力和引力。排斥力：膠體微粒的雙電層作用力，是固體顆粒間距離的函數(shù)。引力：范德華引力，是固體顆粒間距離的函數(shù)。103.絮凝劑作用機(jī)理 當(dāng)膠體顆粒脫穩(wěn)即原來均勻分散的膠體顆粒結(jié)合成較大的顆粒從液體中沉淀稱為凝聚。絮凝：膠體顆?？赡嫘跃奂ê唵蔚臄嚢杓纯芍匦路稚ⅲ?/p>

4、凝結(jié)：膠體顆粒不可逆性聚集（簡單的攪拌不可重新分散）11絮凝機(jī)理：（1）電解質(zhì)對(duì)雙電層的作用 加入電解質(zhì)，使固體顆粒的表面形成的雙電層有效厚度減少，使范德華引力占優(yōu)勢而達(dá)到彼此吸引，最后達(dá)到凝聚。 膠體中的反離子吸附層的厚度一般很薄，只有單層或數(shù)層的離子，而反離子擴(kuò)散層卻要厚的多，其厚度與水中的離子強(qiáng)度有關(guān)。12= *CiZi2：離子強(qiáng)度Ci ：存在于溶液中的第i種離子的濃度Zi ：第i種離子的價(jià)數(shù) 當(dāng)水中電解質(zhì)的濃度增大，離子價(jià)數(shù)增高，離子強(qiáng)度增大，雙電層的厚度減小。高價(jià)離子對(duì)擴(kuò)散層厚度影響更大。13A.離子強(qiáng)度增大，同號(hào)離子間相互排斥作用增強(qiáng)，致使擴(kuò)散層空間容積縮??；B.高價(jià)離子把部分反離

5、子壓縮到反離子吸附層中，使電位降低，從而減少擴(kuò)散層厚度；C.膠粒對(duì)高價(jià)離子有強(qiáng)烈的吸附作用，使高價(jià)離子可進(jìn)入擴(kuò)散層和吸附層，置換出低價(jià)離子，使雙電層中的離子數(shù)目減少而壓縮擴(kuò)散層，降低電動(dòng)電位；14因此，電解質(zhì)加入到水溶膠中，一是直接壓縮，二是高價(jià)離子的離子交換和吸附作用，最終使膠團(tuán)的擴(kuò)散層減小，電動(dòng)電位降低，直到全部反離子由擴(kuò)散層進(jìn)入吸附層，電動(dòng)電位為零。這時(shí)，膠粒的吸附層中正負(fù)電荷相等，膠粒變?yōu)殡娭行裕_(dá)到等電狀態(tài)，消除了水溶膠體系的穩(wěn)定性，膠粒間的排斥作用大大減弱，膠體之間發(fā)生凝聚沉淀。15（2）吸附架橋作用機(jī)理當(dāng)加入少量高分子電解質(zhì)時(shí)，由于膠粒對(duì)高分子物質(zhì)有強(qiáng)烈的吸附作用，高分子長鏈一端

6、吸附在一個(gè)膠粒表面上，另一端又被其他膠粒吸附，形成一個(gè)高分子鏈狀物。高分子長鏈像各膠粒間的橋梁，將膠粒聯(lián)結(jié)在一起形成絮凝體，最終沉降。16高分子聚合物的吸附架橋作用17（3）沉淀物卷掃作用機(jī)理 當(dāng)水中加入較多的鋁鹽或鐵鹽等藥劑后，在水中形成高聚合度的氫氧化物，可以吸附卷帶水中膠粒而沉淀。1819三、絮凝劑的結(jié)構(gòu)、制備和性能1.無機(jī)絮凝劑天然水體中大多數(shù)金屬能與許多配位體(其中最重要的無機(jī)配位體是OH-、Cl-、SO42-和HCO3-)形成各種絡(luò)合物，分子結(jié)構(gòu)的不同決定了其在水體中化學(xué)行為的差異。高價(jià)金屬離子的配位化合物可以呈單核和多核兩種配位形式存在于水體中。20（1）分類 鋁系 鐵系 聚硅酸

7、21鋁系 低分子型：硫酸鋁鉀（明礬）Al2(SO4)3K2SO424H2O、硫酸鋁Al2(SO4)3、結(jié)晶氯化鋁AlCl3nH2O 、鋁酸鈉Na2Al2O4 高分子型：聚合氯化鋁Al2(OH)nCl6-nxH2Om聚合硫酸鋁Al2(OH)n(SO4)3-n/2m22鐵系 低分子型：硫酸亞鐵FeSO4、硫酸鐵Fe2(SO4)3、三氯化鐵FeCl3 高分子型： 聚合氯化鐵Fe2(OH)nCl6-nm 聚合硫酸鐵Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m23聚硅酸類 聚硅氯化鋁、聚硅硫酸鋁、聚硅硫酸鐵AlA(OH)B(SO4)C(SiOX)D(H2O)E24鋁、鐵等多價(jià)金屬離子在水溶液中首先形成水合離子

8、，也可以視為水分子作配位體的絡(luò)合離子，通過水合離子的酸性離解即水解作用生成氫氧化物或羥基絡(luò)離子。（2）鋁鹽、鐵鹽的水解過程與絡(luò)合平衡25通過水解作用，配位體H2O逐步為OH-置換，生成氫氧化物或羥基絡(luò)離子1226通過羥基橋聯(lián)作用，把單核絡(luò)合物轉(zhuǎn)化為多核羥基絡(luò)合物27 多核絡(luò)離子可通過水解使生成物的電荷降低，羥基數(shù)增加，生成更高級(jí)的多核絡(luò)合物 水解和羥基橋聯(lián)作用的交替進(jìn)行，最終生成聚合度無限大的難溶氫氧化鋁沉淀：28（3） 鋁系無機(jī)絮凝劑A.硫酸鋁 Al2(SO4)318H2O 理化性質(zhì)：白色結(jié)晶體，易溶于水，室溫時(shí)溶解度可達(dá)50%，水溶液pH2.5。 混凝作用機(jī)理： 吸附脫穩(wěn) 帶正電的鋁鹽水解

9、產(chǎn)物吸附在帶負(fù)電的膠體表面，部分或全部中和膠體顆粒表面電荷，膠體脫穩(wěn)并相互碰撞粘結(jié)為大顆粒而絮凝 卷掃沉淀 絮體沉降過程卷掃其他膠體顆粒后共同沉淀2930使用特點(diǎn) 使用方便；水溫低時(shí)水解困難，形成絮凝體松散；使用范圍較窄（pH5.58），加入量過多，水的pH值下降，影響混凝效果，使水發(fā)混。加入量：20100mg/L性狀：白色或灰白色粉末或塊狀結(jié)晶，易吸潮結(jié)塊。31B. 聚合氯化鋁(polyaluminium chloride,PAC)也稱聚鋁或堿式氯化鋁 Al2(OH)nCl6-nxH2Om m10，n=35理化性質(zhì) 固體為無色至黃色樹脂狀，易潮解；易溶于水，溶液為無色至黃褐色透明液體。32混

10、凝作用機(jī)理1.對(duì)膠體顆粒電性中和脫穩(wěn)作用；2.對(duì)已凝聚的次生粗大顆粒進(jìn)行吸附架橋作用；3.除去水中有害離子的吸附和絡(luò)合作用。33使用特點(diǎn): 形成絮凝體快且顆粒大而重，易沉淀，適用的pH值范圍大（59），投加量比硫酸鋁低，對(duì)高濁度、低濁度，高色度及低溫水都有較好的混凝效果。但由于水解過程有H+解離，對(duì)水解不利，對(duì)最終形成Al(OH)3不利。34（4） 鐵系無機(jī)絮凝劑特點(diǎn)：適應(yīng)的pH范圍大，受水溫影響小，形成氫氧化物凝絮體快且 密度和強(qiáng)度大，沉降速度快，凈水效果顯著。價(jià)格便宜?？沙ブ亟饘佟⒘蚧?，生成的絮體礬花可吸附去除油類和聚合物，并能有效地降低水中含磷量。但酸性較強(qiáng)，有較強(qiáng)的腐蝕性，且Fe2

11、+與水中雜質(zhì)形成溶解性絡(luò)合物，使水帶黃色。35A. 三氯化鐵水合物 FeCl36H2O 理化性質(zhì)：黃褐色晶體，極易吸潮和溶于水，溶解度隨溫度升高而增大，溶液呈強(qiáng)酸性。 混凝機(jī)理：P3336使用特點(diǎn)： 適宜的pH范圍寬511；水解速度快，產(chǎn)物溶解度小，密度大，投加濃度可以更少；腐蝕性強(qiáng)，要注意設(shè)備的防腐；處理后的色度比用鋁鹽時(shí)高。37B. 硫酸亞鐵FeSO4 7H2O 理化性質(zhì)：半透明綠色晶體，易溶于水，溶解度隨溫度升高而增大，有腐蝕性，易被氧化為黃色或黃褐色堿式硫酸鐵Fe(OH)SO4，水溶液呈弱酸性。38混凝機(jī)理：Fe2+只能形成單核絡(luò)合物，應(yīng)將其氧化為Fe3+，機(jī)理與鋁鹽同。使用特點(diǎn)：pH

12、8時(shí)， Fe2+易被水中溶解氧氧化為Fe3+， pH8時(shí)，適當(dāng)加石灰，以提高堿度和pH值，如水中溶解氧不足時(shí)，和通氯氣或加次氯酸鹽。39C. 聚合硫酸鐵(polymerized ferrous sulfate,PFS) Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m 理化性質(zhì)：紅褐色粘稠狀液體，可以與水以任意比例快速混合。 混凝機(jī)理P3940使用特點(diǎn)：適用的pH范圍寬，一般為411，絮凝速度快，礬花顆粒大且重，沉降快，投藥劑量低，具有脫色、除重金屬離子、降低水中COD和BOD，混凝效果比聚鋁好。41（5）復(fù)合無機(jī)高分子絮凝劑(inorganic polymer flocculant)含有鋁鹽、鐵鹽和硅

13、酸鹽等多種絮凝或助凝作用的物質(zhì)。 聚合硅酸鋁PASC；聚合硅酸鐵PFSC；聚合氯化鋁鐵；聚合硅酸鐵鋁；聚合硫酸氯化鋁等。422. 有機(jī)高分子絮凝劑（1）分類 合成有機(jī)高分子絮凝劑 特點(diǎn)：分子量大、分子鏈官能團(tuán)多、市場占優(yōu)、殘留單體毒性限制了在食品加工、給水處理、發(fā)酵工業(yè)的應(yīng)用； 天然有機(jī)高分子絮凝劑 特點(diǎn)：來源廣、價(jià)格低廉、無毒、易于生物降解；按官能團(tuán)分類： 陽離子型、陰離子型、非離子型、兩性型43（2）合成有機(jī)高分子絮凝劑的制備 非離子型合成有機(jī)高分子絮凝劑 PAM是其中用量最大、應(yīng)用最廣的一種PAM44催化體系：過硫酸鹽、硝酸鹽（無機(jī)化合物體系）；過氧化酰基、偶氮二異丁腈（有機(jī)化合物體系）

14、；聚合方法：本體法、溶液法、沉淀法、反相懸浮法、乳液法等45 陰離子型合成有機(jī)高分子絮凝劑A. 部分水解聚丙烯酰胺： 制備法1后處理法使PAM部分水解46A. 丙烯酰胺與丙烯酸共聚物： 制備法2AM與丙烯酸通過溶液、乳液或丙酮水溶液沉淀。羧基含量5%-30%相對(duì)分子質(zhì)量 510647B. 2-丙烯酰胺基-異丁基磺酸-丙烯酸三元共聚物通過調(diào)節(jié)單體聚合的比例控制共聚物的分子量和電荷密度48C.丙烯酸鈉-乙烯醇共聚物通過調(diào)節(jié)m和n的比例控制共聚物的電荷密度49 陽離子型有機(jī)高分子絮凝劑聚丙烯酸酯季銨鹽型：R 13為C4以下的烷基，X為鹵族元素。50 十六烷基三甲基溴化銨 別稱:西曲溴銨、溴棕三甲基銨

15、、溴烷銨，鯨熔三甲基溴化銨；CTAB；CTMAB；HTAB；CTABr；陽性皂 陽離子型有機(jī)高分子絮凝劑51 性質(zhì) 本品呈白色或淺黃色結(jié)晶體至粉末狀，有刺激氣味；易溶于異丙醇，可溶于水，震蕩時(shí)產(chǎn)生大量泡沫；能與陽離子、非離子、兩性表面活性劑有良好的配伍性；具有優(yōu)良的滲透、柔化、乳化、抗靜電、生物降解性及殺菌等性能。 十六烷基三甲基溴化銨 52 十六烷基三甲基溴化銨 用途 本品為天然、合成橡膠、硅油和瀝青乳化劑；合成纖維、天然纖維和玻璃纖維的抗靜電劑、柔軟劑；護(hù)發(fā)素的調(diào)理劑；相轉(zhuǎn)移催化劑；乳液起泡劑、表面活性劑，分析試劑，滌綸真絲化劑，皮革加脂劑，它還用于助焊劑、焊錫膏生產(chǎn)里起表面活性劑作用，活

16、性強(qiáng)，對(duì)亮點(diǎn)、虛焊、焊電飽滿都有一定作用。 53聚丙烯酸酯季銨鹽型季銨鹽型聚合物為多功能水處理劑：絮凝、殺菌、分散阻垢、緩蝕陽離子型絮凝劑對(duì)水中帶負(fù)電荷的膠體顆粒具有強(qiáng)烈的吸附作用，且非極性基團(tuán)具有疏水性，能明顯改變膠體顆粒表面的截面狀態(tài)和表面能，使膠體脫穩(wěn)能力和沉降性能顯著提高。54（3）合成有機(jī)高分子絮凝劑的結(jié)構(gòu)和性能 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分子量在103107數(shù)量級(jí)之間；由于具有多種官能團(tuán)，具有電解質(zhì)的特征。55（3）合成有機(jī)高分子絮凝劑的結(jié)構(gòu)和性能 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)A.平均相對(duì)分子質(zhì)量及其分布相對(duì)分子質(zhì)量分布不同，凝聚能力不同。低分子量聚丙烯酰胺（分散劑） M100萬中分子量聚丙烯酰胺（紙張干強(qiáng)劑）M100

17、1000萬高分子量聚丙烯酰胺（絮凝劑）M1000萬1500萬超高分子量聚丙烯酰胺（三次采油）M1700萬56三次采油通常把利用油層能量開采石油稱為一次采油；向油層注入水、氣，給油層補(bǔ)充能量開采石油稱為二次采油；而用化學(xué)的物質(zhì)來改善油、氣、水及巖石相互之間的性能，開采出更多的石油，稱為三次采油。又稱提高采收率(EOR)方法。提高石油采收率的方法很多，主要有以下一些：注表面活性劑；注聚合物稠化水；注堿水驅(qū)；注CO2驅(qū)；注堿加聚合物驅(qū)；注惰性氣體驅(qū)；注烴類混相驅(qū)；火燒油層；注蒸汽驅(qū)等。57B.平均離子的電荷密度與聚合物的相對(duì)活性電荷密度的大小影響聚合物在膠體顆粒上的吸附，即影響絮凝活性。陽離子型：多

18、用于水處理陰離子型：多用于造紙和水處理兩性型：多用于污泥脫水58 物理性質(zhì)（以PAM為例） A.溶解性（相對(duì)分子質(zhì)量、分子結(jié)構(gòu)、溫度、PH值、含鹽量等因素）分子量對(duì)水溶性影響不明顯，高分子量PAM濃度超過10%，可能形成凝膠狀結(jié)構(gòu)；提高T可輕微促進(jìn)PAM溶解，T50發(fā)生降解；在水中溶解速率不受pH影響，部分水解產(chǎn)品如果pH值偏堿性，溶解速率會(huì)有所增高；pH10.5，水解；未水解的PAM稀溶液不受大多數(shù)無機(jī)鹽的影響，但高價(jià)金屬鹽與羧基可能形成不溶物，使PAM（水解度45%）析出。59 物理性質(zhì)（以PAM為例）B.粘度（受濃度、PH、溫度、剪切速度、共存鹽及聚合物相對(duì)分子質(zhì)量的影響）PAM稀水溶液

19、的粘度和濃度近似于對(duì)數(shù)線性關(guān)系，升高溫度能降低粘度，且在同一數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)變化；純PAM易水解，當(dāng)稀水溶液pH由酸變堿時(shí)，非離子型PAM水解度提高，溶液粘度隨著增加。60 物理性質(zhì)（以PAM為例）C.對(duì)鹽類、微生物等的容忍度PAM對(duì)許多無機(jī)鹽電解質(zhì)都有很好的容忍性，與表面活性劑也能相容；PAM耐霉菌侵蝕，但不耐其它微生物侵蝕，儲(chǔ)存時(shí)需添加殺菌劑。D.降低流體的動(dòng)力學(xué)阻力水溶性聚合物可降低含懸浮物流體通過管線時(shí)所需的能量，流體的阻降取決于聚合物濃度和流體線速度。61 化學(xué)性質(zhì)側(cè)鏈官能團(tuán)酰胺基的活性酰胺基的化學(xué)活性很大，易與多種化合物反應(yīng)生成各種PAM衍生物，還能與多種化合物結(jié)合成氫鍵，使之具有許多

20、特殊性能，如絮凝、增粘性、表面活性等。側(cè)鏈官能團(tuán)改性可利用官能團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行改性處理，針對(duì)顆粒物的性質(zhì)，制備更好的產(chǎn)物滿足實(shí)際需要。62 絮凝作用機(jī)理A.機(jī)理：中和電荷、吸附架橋、沉淀卷掃B.影響因素聚合物結(jié)構(gòu)和濃度的影響介質(zhì)性質(zhì)、溫度、pH值、離子強(qiáng)度等的影響63（4）天然高分子絮凝劑無毒、易生物降解、原料來源廣泛、價(jià)格低廉等，具有良好的應(yīng)用前景。純天然天然的但經(jīng)化學(xué)改性64 多聚糖類化合物A.存在于植物中：淀粉、纖維素、半纖維素、木素、單寧等B.特點(diǎn)： 含多羥基、酚羥基等活性基團(tuán) 可酯化、醚化、氧化、交聯(lián)、接枝共聚等化學(xué)改性，增加活性基團(tuán)65C.改性產(chǎn)物：羧甲基化： 羧甲基淀粉鈉66羧甲

21、基纖維素鈉（CMC-Na） 接枝共聚物 淀粉-丙烯酰胺接枝共聚 陽離子化改性產(chǎn)物 黃原酸化反應(yīng)產(chǎn)物 海藻酸鈉 甲殼素、殼聚糖類673.微生物絮凝劑（1）直接利用微生物細(xì)胞的絮凝劑（2）利用微生物細(xì)胞壁提取物的絮凝劑（3）利用微生物細(xì)胞代謝產(chǎn)物的絮凝劑68四、影響絮凝劑作用效果的工藝條件1.pH值對(duì)絮凝作用的影響P96選擇合適的pH值環(huán)境，可節(jié)省絮凝劑用量，降低成本，提高絮凝效果。陽離子型：酸性和中性環(huán)境（季銨鹽型也適用于堿性環(huán)境陰離子型：中性和堿性環(huán)境非離子型：強(qiáng)酸性到堿性環(huán)境692.溫度對(duì)絮凝作用的影響較適宜的水溫：2030水溫過低：水解速度慢，時(shí)間增加，影響處理水量；黏度增大，使絮凝體變細(xì)小，不易分離。水溫過高：反應(yīng)速度太快，絮凝體細(xì)小，耗能703. 攪拌速度和時(shí)間的影響適宜的攪拌速度：4080r/min適宜的攪拌時(shí)間：24min攪拌速度過慢，時(shí)間過短，濃度不均，絮凝劑與膠體顆粒不能充分接觸，不利于捕捉膠體顆粒攪拌速度過快，時(shí)間過長，大顆粒攪碎成小顆粒，降低絮凝效果。714.性質(zhì)和結(jié)構(gòu)對(duì)絮凝作用的影響線型高分子絮凝劑效果較好；官能團(tuán)量適中，電荷密度適中，絮凝劑效果較好，成本低；5. 相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)絮凝作用的影響 M30000