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    什么是絮凝劑、助凝劑、調理劑?三者有什么關系?

    發布時間:2022-07-14

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    什么是絮凝劑、助凝劑、調理劑?三者有什么關系?


    一、什么是絮凝劑助凝劑調理劑

    污泥壓濾處理中根據用途的不同,可以將這些藥劑分為以下幾種:

    1、絮凝劑:有時又稱為混凝劑,可作為強化固液分離的手段,用于初沉池、二沉池、浮選池及三級處理或深度處理工藝環節。

    2、助凝劑:輔助絮凝劑發揮作用,加強混凝效果。

    3、調理劑:又稱為脫水劑,用于對脫水前剩余污泥的調理,其品種包括上述的部分絮凝劑和助凝劑。

    二、絮凝劑

    絮凝劑是能夠降低或消除水中分散微粒的沉淀穩定性和聚合穩定性,使分散微粒凝聚、絮凝成聚集體而除去的一類物質。

    按照化學成分,絮凝劑可分為無機絮凝劑、有機絮凝劑。

    1、無機絮凝劑

    傳統應用的無機絮凝劑為低分子的鋁鹽和鐵鹽,鋁鹽主要有硫酸鋁(AL2(SO4)3?18H2O)、明礬(AL2(SO4)3?K2SO4?24H2O)、鋁酸鈉(NaALO3),鐵鹽主要有三氯化鐵(FeCL3?6H20)、硫酸亞鐵(FeSO4?6H20)和硫酸鐵(Fe2(SO4)3?2H20)。

    一般來講,無機絮凝劑具有原料易得,制備簡便、價格便宜、處理效果適中等特點,因而在水處理中應用較多。

    1)硫酸鋁

    市售硫酸鋁有固、液兩種形態,固態的又按其中不溶物的含量分為精制和粗制兩種,我國民間常用于飲用水凈化的固態產品明礬,就是硫酸鋁與硫酸鉀的復鹽,但在工業水及廢水處理中應用不多。

    硫酸鋁適用的pH值范圍與原水的硬度有關,處理軟水時,適宜pH值為5~6.6,處理中硬水時,適宜pH值為6.6~7.2,處理高硬水,適宜pH值為7.2~7.8。硫酸鋁適用的水溫范圍是20oC~40oC,低于10oC時混凝效果很差。硫酸鋁的腐蝕性較小、使用方便,但水解反應慢,需要消耗一定的堿量。

    2)三氯化鐵

    三氯化鐵是另一種常用的無機低分子凝聚劑,產品有固體的黑褐色結晶體,也有較高濃度的液體。其具有易溶于水,礬花大而重,沉淀性能好,對溫度、水質及pH的適應范圍寬等優點。

    三氯化鐵的適用pH值范圍是9~11,形成的絮體密度大,容易沉淀,低溫或高濁度時效果仍很好。固體三氯化鐵具有強烈的吸水性,腐蝕性較強,易腐蝕設備,對溶解和投加設備的防腐要求較高,具有刺激性氣味,操作條件較差。

    三氯化鐵的作用機理是利用三價鐵離子逐級水解生成的各種羥基鐵離子來實現對水中雜質顆粒的絮凝,而羥基鐵離子的形成需要利用水中大量的羥基,因此使用過程中會消耗大量的堿,當原水堿度不夠時,需要補充石灰等堿源。

    硫酸亞鐵俗稱綠礬,形成絮凝體快而穩定,沉淀時間短,適用于堿度高、濁度大的情況,但色度不易除凈,腐蝕性也較強。

    2、無機高分子絮凝劑

    1)無機高分子絮凝劑的特點

    Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)的羥基和氧基聚合物都會進一步結合為聚集體,在一定條件下保持在水溶液中,其粒度大致在納米級范圍,以此發揮凝聚—絮凝作用會得到低投加量高效果的結果。

    若比較它們的反應聚合速度,鋁聚合物的反應較緩和,形態較穩定,鐵的水解聚合物則反應迅速,容易失去穩定而發生沉淀。

    無機高分子絮凝劑的優點反映在它比傳統絮凝劑如硫酸鋁、氯化鐵的效能更優異,而比有機高分子絮凝劑價格低廉。現在PAC成功地應用在給水、工業廢水以及城市污水的各種處理流程,包括預處理、中間處理和深度處理中,逐漸成為主流絮凝劑。但是,在形態、聚合度及相應的凝聚—絮凝效果方面,無機高分子絮凝劑仍處于傳統金屬鹽絮凝劑與有機高分子絮凝劑之間的位置。

    2)聚合氯化鋁PAC

    聚合氯化鋁,簡稱PAC,化學式為ALn(OH)mCL3n-m。PAC是一種多價電解質,能顯著地降低水中粘土類雜質(多帶負電荷)的膠體電荷。由于相對分子質量大,吸附能力強,形成的絮凝體較大,絮凝沉淀性能優于其他絮凝劑。

    PAC聚合度較高,投加后快速攪拌,可以大大縮短絮凝體形成時間。PAC受水溫影響較小,低水溫時使用效果也很好。它對水的pH值降低較少,適用的pH范圍寬(可在pH=5~9范圍內使用),故可不投加堿劑。PAC的投加量少,產泥量也少,且使用、管理、操作都較方便,對設備、管道等腐蝕性也小。因此,PAC在水處理領域有逐步替代硫酸鋁的趨勢,其缺點是價格較傳統絮凝劑高。

    另外,從溶液化學的角度看,PAC是鋁鹽水解—聚合—沉淀反應過程的動力學中間產物,熱力學上是不穩定的,一般液體PAC產品均應較短時間內使用,(固體產品性能穩定,則可較長期保存)。添加某些無機鹽(如CaCl2、MnCl2等)或高分子(如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等)可提高PAC的穩定性,同時可增加凝聚能力。

    從生產工藝講,在PAC的制造過程中引入一種或幾種不同的陰離子(如SO42-、PO43-等),利用增聚作用可以在一定程度上改變聚合物的結構和形態分布,進而提高PAC的穩定性和功效;如果在PAC的制造過程中引入其它陽離子組分,如Fe3+,使Al3+和Fe3+交錯水解聚合,可制得復合絮凝劑聚合鋁鐵。

    3、有機高分子絮凝劑

    1)有機高分子絮凝劑的特點

    人工合成有機高分子絮凝劑多為聚丙烯、聚乙烯物質,如聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺等。這些絮凝劑都是水溶性的線型高分子物質,每個大分子由許多包含帶電基團的重復單元組成,因而也稱為聚電解質。包含帶正電基團的為陽離子型聚電解質,包含帶負電基團的為陰離子型聚電解質,既不含帶正電基團又不含帶負電基團,稱之為非離子型聚電解質。

    目前使用較多的高分子絮凝劑是陰離子型,它們對水中負電膠體雜質只能發揮助凝作用。往往不能單獨使用,而是配合鋁鹽、鐵鹽使用。陽離子型絮凝劑能同時發揮凝聚和絮凝作用而單獨使用,故得到較快發展。

    我國當前使用較多的是聚丙烯酰胺類非離子型高聚物,常與鐵、鋁鹽合用。利用鐵、鋁鹽對膠體微粒的電性中和作用和高分子絮凝劑優異的絮凝功能,從而得到滿意的處理效果。聚丙烯酰胺在使用中具有投量少,凝聚速度快,絮凝體粒大強韌的特點。我國目前生產的人工合成有機高分子絮凝劑中80%是這種產品。

    2)聚丙烯酰胺類絮凝劑

    聚丙烯酰胺PAM是一種目前應用最廣泛的人工合成有機高分子絮凝劑,有時也被用作助凝劑。聚丙烯酰胺的生產原料是聚丙烯腈CH2=CHCN,在一定條件下,丙烯腈水解生成丙烯酰胺,丙烯酰胺再通過懸浮聚合得到聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺屬于水溶性樹脂,產品有粒狀固體和一定濃度的粘稠水溶液兩種。

    聚丙烯酰胺在水的實際存在形態是無規線團,由于無規線團具有一定的粒徑尺寸,其表面又有一些酰胺基團,因此能夠起到相應的架橋和吸附能力,即具有一定的絮凝能力。

    但由于聚丙烯酰胺長鏈卷曲成線團,使其架橋范圍較小,兩個酰胺基締結后,相當于作用相互抵消而喪失兩個吸附位,再加上部分酰胺基卷藏在線團結構的內部,不能與水中的雜質顆粒相接觸和吸附,所以其擁有的吸附能力不能充分發揮。

    為了使締結在一起的酰胺基再次分開、內藏的酰胺基也能暴露在外表,人們設法將無規線團適當延伸展開,甚至設法在長分子鏈上增加一些帶有陽離子或陰離子的基團,同時提高吸附架橋能力和電中和壓縮雙電層的作用。這樣一來,在PAM的基礎上又衍生出一系列性質各異的聚丙烯酰胺類絮凝劑或助凝劑。

    三、助凝劑

    在廢水的混凝處理中,有時使用單一的絮凝劑不能取得良好的混凝效果,往往需要投加某些輔助藥劑以提高混凝效果,這種輔助藥劑稱為助凝劑。常用助凝劑有氯、石灰、活化硅酸、骨膠和海藻酸鈉、活性炭和各種粘土等。

    有的助凝劑本身不起混凝作用,而是通過調節和改善混凝條件、起到輔助絮凝劑產生混凝效果的作用。有的助凝劑則參與絮體的生成,改善絮凝體的結構,可以使無機絮凝劑產生的細小松散的絮凝體變成粗大而緊密的礬花。

    1、常用助凝劑的種類

    助凝劑種類較多,但按它們在混凝過程中所起作用來說大致可分為如下兩類:

    1)調節或改善混凝條件的藥劑

    混凝過程應該在一定的pH值范圍內進行,如果原水pH值不能滿足此要求,則應調整原水的pH值,這類助凝劑包括酸和堿。原水pH值較低、堿度不足而使絮凝劑水解困難時,可以投加CaO、Ca(OH)2、Na2CO3、NaHCO3等堿性物質(常用的為石灰);而PH值較高時,則常用硫酸或CO2來降低原水的pH值。

    對溶解性有機物含量較大的廢水,可用Cl2等氧化劑來破壞有機物,提高對溶解性有機物的去除效果。另外亞鐵鹽作絮凝劑時,可用氯氣將亞鐵(Fe2+)氧化成高價鐵(Fe3+),以提高混凝效果。

    以上堿劑、硫酸和CO2、氯氣等本身并不起凝聚作用,只起輔助混凝的作用。

    2)加大礬花粒度、密度和結實性的助凝劑

    混凝的結果要求生成粒度大、密度大和結實的礬花,既有利于沉淀,又不易破碎。為獲得此種結果,結合水質的特點,有時必須在水中加入某種物質或藥劑。如含有不宜沉降的質地較輕雜質的低濁廢水中,加入二氧化硅、活性炭、粘土一類較粗顆粒或回流部分沉淀污泥可起到加重、加大礬花的作用;當采用鋁鹽、鐵鹽作絮凝劑只能產生細小而松散的絮凝體時,可投加聚丙烯酰胺、活化硅酸及骨膠等高分子助凝劑,利用它們的強烈吸附架橋作用,使細小而松散的絮凝體變得粗大而密實。

    四、調理劑

    調理劑又稱脫水劑,可分為無機調理劑和有機調理劑兩大類。無機調理劑一般適用于污泥的真空過濾和板框過濾,而有機調理劑則適用于污泥的離心脫水和帶式壓濾脫水。

    1、常用污泥調理劑的種類

    1)無機調理劑

    最有效、最便宜也是最常用的無機調理劑主要有鐵鹽和鋁鹽兩大類。鐵鹽調理劑主要包括氯化鐵(FeCl3?6H2O)、硫酸鐵(Fe2(SO4)3?4H2O)、硫酸亞鐵(FeSO4?7H2O)以及聚合硫酸鐵(PFS)([Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m)等,鋁鹽調理劑主要有硫酸鋁(Al2(SO4)3?18H2O)、三氯化鋁(AlCl3)、堿式氯化鋁(Al(OH)2Cl)、聚合氯化鋁(PAC)([Al2(OH)n?Cl6-n]m)等。

    投加無機調理劑后,可以大大加速污泥的濃縮過程,改善過濾脫水效果。而且鐵鹽和石灰聯用可以進一步提高調理效果。投加無機調理劑的缺點一是用量較大,一般來說,投加量要達到污泥干固體重量的5%~20%,從而導致濾餅體積增大;二是無機調理劑本身具有腐蝕性(尤其是鐵鹽),投加系統要具有防腐性能。應當注意的是,采用氯化鐵作為調理劑時,會增加對脫水污泥處理設備金屬構件的腐蝕性,因此所配備的脫水污泥處理設備的防腐等級應適當提高。

    2)有機調理劑

    有機合成高分子調理劑種類很多,按聚合度可分為低聚合度(分子量約為1千~幾萬)和高聚合度(分子量約為幾十萬~幾百萬)兩種;按離子型分為陽離子型、陰離子型、非離子型、陰陽離子型等。與無機調理劑相比,有機調理劑投加量較少,一般為污泥干固體重量的0.1%~0.5%,而且沒有腐蝕性。

    用于污泥調理的有機調理劑主要是高聚合度的聚丙烯酰胺系列的絮凝劑產品,主要有陽離子型聚丙烯酰胺、陰離子型聚丙烯酰胺和非離子型聚丙烯酰胺三類。其中陽離子型聚丙烯酰胺能中和污泥顆粒表面的負電荷并在顆粒間產生架橋作用而顯示出較強的凝聚力,調理效果顯著,但費用較高。為降低成本,可以使用較便宜的陰離子型聚丙烯酰胺-石灰聯用法,利用帶有正電荷的Ca(OH)2絮體物將帶負電的絮凝劑和污泥顆粒吸附在一起,形成一種復合的凝聚體系。

    2、污泥調理劑的選擇

    1)調理劑的品種特點

    就常用的鋁鹽和鐵鹽無機調理劑而言,使用鋁鹽時的藥劑投加量較大,所形成的絮體密度較小,調理效果較差,在脫水過程中會堵塞濾布。因此,在選用無機調理劑時,盡可能采用鐵鹽;當使用鐵鹽會帶來許多問題時,再考慮采用鋁鹽。無機調理劑與有機調理劑相比,藥劑投加量較大,形成的絮體顆粒細小,但絮體強度較高。因此在利用真空過濾機和板框壓濾機使污泥脫水時,可以考慮采用無機調理劑。與無機調理劑相比,有機調理劑藥劑投加量較小,形成的絮體粗大,但絮體強度較低,比無機調理劑形成的絮體更容易破碎。而且一旦絮體被破壞,不論采用無機調理劑還是有機調理劑,都不易恢復到原來的狀態。因此在利用離心脫水機和帶式壓濾機使污泥脫水時,可以考慮采用有機調理劑。在采用無機調理劑或有機調理劑中的一種難以達到理想的調理效果時,可以考慮將無機和有機調理劑復配使用,有時能取得更好的調理效果。比如石灰和三氯化鐵聯合使用,不但能起到調節pH值的作用,而且石灰和污水中的重碳酸鈣生成的碳酸鈣顆粒結構還能增加污泥的孔隙率,促進泥水分離。

    2)污泥性質

    不同性質的污泥,選用調理劑的種類和投加量也有很大差異。對有機物含量高的污泥,較為有效的調理劑是陽離子型有機高分子調理劑,而且有機物含量越高,越適宜選用聚合度越高的陽離子型有機高分子調理劑。而對以無機物為主的污泥,則可以考慮采用陰離子型有機高分子調理劑。污泥性質的不同直接影響調理效果:初沉池污泥較易脫水,而浮渣和剩余活性污泥則較難脫水,混合污泥的脫水性能則介于兩者之間。為達到一定的調理效果,所需調理劑的數量存在顯著差異。一般來說,越難脫水的污泥其調理用藥劑量越大,污泥顆粒細小,會導致調理劑消耗量的增加,污泥中的有機物含量和堿度高,也會導致調理劑用量的加大。另外,污泥含固率也影響調理劑的投加量,一般污泥含固率越高,調理劑的投加量越大。

    五、絮凝劑、助凝劑、調理劑的關系

    脫水劑是對污泥進行脫水之前投加的藥劑,也就是污泥的調理劑,因此脫水劑和調理劑的意義是一樣的。脫水劑或調理劑的投加量一般都以污泥干固體重量的百分比計。

    絮凝劑應用于去除污水中懸浮物,是水處理領域的重要藥劑。絮凝劑的投加量一般以待處理水的單位體積內投加的數量來表示。

    脫水劑(調理劑)與絮凝劑、助凝劑的投加量都可以稱為加藥量。同一種藥劑既可以在處理污水時應用為絮凝劑,又可以在剩余污泥處理過程中應用為調理劑或脫水劑。

    助凝劑用在水處理領域作為絮凝劑的助劑時被稱為助凝劑,同一種助凝劑在剩余污泥處理時一般不稱助凝劑,而是統稱為調理劑或脫水劑。

    使用絮凝劑時,由于水中的懸浮物數量畢竟有限,為了實現絮凝劑與懸浮顆粒的充分接觸,需要配備混合、反應設施,并且都要具有足夠的時間,比如混合需要幾十秒到數分鐘、反應則需要15~30min。而污泥脫水時從投加調理劑到污泥進入脫水機往往只有幾十秒的時間,即只有相當于絮凝劑的混合過程、沒有反應的時間,而且經驗也表明,調理效果會隨著逗留時間的延長而降低。

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