1、概念
絮凝指通過攪拌使失去電荷的顆粒互相接觸聚集在一起,導致形成絮狀物(絮體)的過程。依工藝不同,該過程一般為幾分鐘。凝聚指膠體被壓縮雙電層而脫穩的過程,這個過程時間很短,一般不到1秒鐘。一般情況下,凝聚和絮凝的過程很難截然分開,一般統稱其為混凝過程。將能使水溶液中的溶質、膠體或懸浮顆粒產生絮狀物沉淀的物質都叫做絮凝劑。
2、絮凝劑簡介
2.1金屬鹽類絮凝劑
2.1.1硫酸鋁
應用硫酸鋁進行污水的處理,它對水的有效pH范圍較窄,約5.5~8.0。硫酸鋁是歷史悠久,使用廣泛的一種無機絮凝劑,化學式Al2(SO4)3•nH2O,n常見為14或18。工業固體產品為白色或灰色粉末或塊狀結晶,在空氣中易吸潮結塊。一般認為硫酸鋁以兩種方式對水體中的膠體顆粒起凝聚作用:一是吸附脫穩(吸附絮凝),當鋁鹽帶正電的水解產物吸附在帶負電的膠體顆粒表面,部分或全部中和膠體顆粒表面電荷,使膠體脫穩并相互碰撞粘結生長為大顆粒的絮凝過程;二是卷掃沉淀作用(沉淀型絮凝),當鋁鹽的各種水解產物包裹在水中膠體顆粒表面,并可通過這些水解物種連接膠體顆粒物形成較大的絮體,在絮體的沉降過程中卷掃水中其他膠體顆粒后共同沉淀的過程。這兩種作用形式通常認為可能會交互發生,宏觀上可認為是混凝作用。硫酸鋁的使用范圍較廣泛,可應用于飲用水凈化,溫度在25~40℃之間,低溫條件下,硫酸鋁水解困難,絮粒較輕而疏松,處理效果較差,同時,硫酸鋁還存在諸如成本高,腐蝕性大,在某些場合處理效果不理想等缺點。因此,近年來在許多場合正逐漸被新的絮凝劑(如聚合氯化鋁)所取代。
2.1.2三氯化鐵
三氯化鐵,化學式FeCl3•6H2O,為黃褐色晶體,極易吸潮,易溶于水,具強腐蝕性。三氯化鐵的混凝機理與硫酸鋁相類似,佳使用pH為5.0~6.0。與硫酸鋁相比較,三氯化鐵處理低溫水時性能較好,絮狀物強度較大,適用鹽類范圍較寬,除色能力強,消耗量較少。不足之處是Fe3+與某些有機物形成很強的有色可溶絡合物,有可能增大水體的色度。因其具有強腐蝕性,對儲存、運輸、投加設備也提出了更高的防腐要求。
2.2高分子絮凝劑
2.2.1聚合氯化鋁(PAC)
聚合氯化鋁又叫羥基氯化鋁,堿式氯化鋁,化學通式為[Al2(OH)nCl 6-n]m,其中n為1~5的整數,m為≤10的整數。固體的聚合氯化鋁為五色至黃色樹脂狀、粉末狀;溶液為無色至黃褐色透明液體。
其混凝作用機理包括三個方面:一是對膠體顆粒的電中和脫穩的凝聚作用;二是對已凝聚的次生粗大顆粒進行吸附架橋的絮凝作用:三是除去水中有害離子的吸附和絡合作用。
鹽基度(或稱堿化度)B是聚鋁的一項重要質量指標,表達聚合物中羥基(OH)對鋁的飽和程度和存在形態,對通式[Al2(OH)nCl 6-n]m而言,B=([OH]/[Al])×100%=n/6×100%。理論上鹽基度應介于16.7%~83.3%之間,大于100%的鹽基度表明已轉化為Al(OH)3,并發生沉淀。實驗結果表明鹽基度對混凝效果的影響非常明顯,處理水的剩余濁度隨鹽基度的增高而降低,B接近90%時變化逐漸不敏感。
與硫酸鋁相比較,聚合氯化鋁具有如下的優點:
(1) 佳使用pH值范圍拓寬,適用于多種水質;
(2) 混凝效果對溫度變化不敏感,即有良好的低溫使用性能;
(3) 聚鋁有小的酸度,投加后原水堿度降低較少(只有硫酸鋁的1/6),更適于處理堿度備用量不大的水;
(4) 水中鹽含量增加較硫酸鋁少;
(5) 形成絮體的速度較快,絮體顆粒和相對密度都較大,沉淀性能好,投加量較小;
(6) 減少處理后水中鋁的殘留量;
(7) 對運輸、投加設備的腐蝕作用小。
因此,聚合氯化鋁具有廣闊的和尚lv包前景和優良的市場表現,是市場上的主力絮凝凈水產品。
2.2.2聚合硫酸鐵(PFS)
聚合硫酸鐵又稱聚鐵或硫酸聚鐵,化學通式為[Fe2(OH)n(S04)3-n/2]m,n<2,m=f(n)。固體為淡黃或淺灰色樹脂狀顆粒,液體為紅褐色粘稠液。聚合硫酸鐵的混凝作用機理除與聚鋁類似外,還由于其在水解時提供了多種組分的核羥基絡合物,導致其絮體表面積大,結構緊湊致密,有一定的強度,在沉降過程中對膠體吸附量大,具有吸附共沉淀作用且容易發生卷掃沉積現象,大大提高聚鐵的混凝效果。
聚合硫酸鐵具有如下的特點:
(1) 適應的水質條件較寬,對原水水質變化適應性強,基本不用控制pH值;
(2) 絮凝速度快,礬花較大,沉降迅速;
(3) 澄清效率高,除濁能力強,消耗量較鋁鹽少;
(4) 對設備基本無腐蝕;
(5) 具有脫色、除重金屬離子、降低水中COD、BOD濃度和提高加氯殺菌效果。
聚合硫酸鐵是一種優良的無機高分子絮凝劑,應用十分廣泛。
2.2.3聚丙烯酰胺(PAM)
現在國內生產的PAM分子量已達到1000萬以上,國外同類產品達到了1500萬以上。目前成熟的聚合方法有本體法、溶液法、沉淀法、乳液法等。亦可通過后處理引入各種官能團,使其在水溶液中具有陰、陽離子的各種特征,成為聚電解質。
聚丙烯酰胺(PAM)的酰胺基(-CONH2)可與許多物質親和、吸附形成氫鍵。高分子量PAM在被吸附的粒子間形成“橋聯”,使數個甚至數十個粒子連接在一起,生成絮團,加速粒子下沉。這使它成為理想的絮凝劑。PAM絮凝劑主要用來處理上水和各種廢水。與傳統無機絮凝劑相比較的優點在于:品種多,能適應多種條件,劑量小、效率高、生成的泥渣少,后處理容易。
聚丙烯酰胺主要以兩種形式的商品出售,一種是粉狀的,一種是膠體。膠體不易運輸,使用也不方便,常用的是粉狀產品。杭州防水堵漏們可以根據具體情況的需要、膠體顆粒的性質和濃度、系統pH值等選擇合適的絮凝劑。例如聚丙烯酰胺可分為陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性型四種,陽離子型主要用于水處理,陰離子型用于造紙、水處理,兩性型用于污泥脫水處理。
聚丙烯酰胺產品中總是殘留丙烯酰胺的單體,而單體是有毒物質,對哺乳類動物的神經有毒害作用,杭州防水堵漏的無害攝取量為0.5mg/kg,美、英等國規定PAM的大投加量不超過1.0mg/L。
(1) 溶解濃度和使用濃度
絮凝劑使用形式一般為稀溶液(陰、非離子一般在0.05%~0.3%,陽離子為0.1%~0.3%),理論上講,濃度越低分子鏈越易伸展,處理效果越好。但在實際使用過程中,如藥劑初始配制濃度太低,一方面,溶液越稀穩定性越差;另一方面,配制設備體積太大。所以使用前一般先按0.3%左右的濃度配制。使用時一般要二次稀釋為0.1~0.2%左右的濃度。
(2) 使用方法
① 使用時,一般應先配成水溶液,以使用中性不含鹽類雜物的水為宜;
② 粉狀產品溶解時要經過溶脹階段,故在溶解時為防止產品粘連,要將干粉產品徐徐均勻地撒入攪拌的水中,以保證其在水中良好的分散、溶脹(切忌先加干粉后加水),不至于形成“魚眼”或堵塞加藥管道,發生操作故障。攪速控制在100~300rpm;
③ 調整被處理液的pH值,使產品充分發揮作用(通過試驗選擇佳pH值和佳用量);
④ 加入產品的溶液時,應加速與被處理液的混合,出現絮凝物后,減緩攪速,以利絮凝物增長和加速沉降;
⑤ 產品的溶液應即配即用,陽離子絮凝劑產品配制后放置不要超過一天;陰、非離子絮凝劑產品配制后放置不要超過三天。另外,鐵離子是造成所有聚丙烯酰胺化學降解的催化劑,因此,在配制、轉移、貯存本產品時,要盡量避免鐵離子進入,與溶液接觸的設備好用不銹鋼、塑料、玻璃或玻璃鋼制造;部分產品與無機混凝劑復合使用時,應先加入無機混凝劑,待出現明顯的礬花時(一般相隔為30~60秒左右),再加入產品,不能顛倒順序;也不可同時一并加入。
(3) 注意事項
① 操作杭州防水堵漏員應配戴防護用品,皮膚接觸后,即用水洗凈;
② 使用現場,如有少量泄漏,可用大量水沖洗干凈;如大量泄漏,先鏟掃再用大量水沖洗干凈,應急可先灑大量黃砂,以防止滑倒受傷;
③ 產品宜密封存放陰涼干燥處。