混凝剂比较全解.doc
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1、混凝剂的比较1 硫酸铝 硫酸铝含有不同数量的结晶水,Al2(SO4)318H2O,其中n=6、10、14、16,18和27,常用的是Al2(SO4)318H2O其分子量为666.41,比重1.61,外观为白色,光泽结晶。 硫酸铝易溶于水,水溶液呈酸性,室温时溶解度大致是50,pH值在2.5以下。沸水中溶解度提高至90以上。 硫酸铝使用便利,混凝效果较好,不会给处理后的水质带来不良影响。当水温低时硫酸铝水解困难,形成的絮体较松散。 硫酸铝在我国使用最为普遍,大都使用块状或粒状硫酸铝。根据其中不溶于水的物质的含量,可分为精制和粗制两种。硫酸铝易溶于水,可干式或湿式投加。湿式投加时一般采用1020的
2、浓度(按商品固体重量计算)。硫酸铝使用时水的有效pH值范围较窄,约在5.58之间,其有效pH值随原水的硬度含量而异:对于软水,pH值在5.76.6;中等硬度的水为6.67.2;硬度较高的水则为7.27.8。在控制硫酸铝剂量时应考虑上述特性。有时加入过量硫酸铝,会使水的pH值降至铝盐混凝有效pH值以下,既浪费了药剂,又使处理后的水发混。 粗制硫酸铝中有效氧化铝含量基本与精制相同,主要是不溶于水的物质含量高,废渣较多,最好用热水并拌以搅拌,才能完全溶解,因含有游离酸,酸度较高,腐蚀性强,溶解与投加设备应考虑防腐。2 聚合氯化铝 聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂。六十年代, 日本在制造与应用方面做了
3、大量工作,有逐步取代硫酸铝的趋势。我国在1973年曾在成都召开全国新型混凝剂技术经验交流会,会上对聚合氯化铝的产品质量提出了要求,其中要求含氧化铝(Al2O8)10以上,碱化度为5080,不溶物1以下等。 我国某些地区仍将聚合氯化铝称为碱式氯化铝A1n(OH)mCl3n-m,这是由于对它的基本化学式的不同理解而造成的。聚合氯化铝的化学式应表示为Al2(OH)nC18-nm,其中n可取1到5中间的任何整数,m为10的整数。这个化学式实际指m个A12(OH)nCl6-n(称羟基氯化铝)单体的聚合物。 聚合氯化铝中OH-与Al的比值对混凝效果有很大关系,一般可用碱化度B表示:,例如n4时,碱化度。一
4、般要求B为4060。聚合氯化铝作为混凝剂处理水时,有下列优点:(1)对污染严重或低浊度、高浊度、高色度的原水都可达到好的混凝效果。(2)水温低时,仍可保持稳定的混凝效果,因此在我国北方地区更适用。(3)矾花形成快;颗粒大而重,沉淀性能好,投药量般比硫酸铝低。(4)适宜的pH值范围较宽,在59间,当过量投加时也不会像硫酸铝那样造成水浑浊的反效果。(5)其碱化度比其他铝盐、铁盐为高,因此药液对设备的侵蚀作用小,且处理后水的pH值和碱度下降较小。 聚合氯化铝的混凝机理与硫酸铝相同,硫酸铝的混凝机理包括了开始的铝离子,最后的氢氧化铝胶体和其中间产物(各种形态的水解聚合物)的作用。对于水中负电荷不高的粘
5、土胶体,最好利用正电荷较低而聚合度大的水解产物,而对于形成颜色的有机物,则以正电荷较高的水解产物发挥作用为宜。但硫酸铝的化学反应甚为复杂,不可能根据不同水质人为地来控制水解聚合物的形态。至于聚合氯化铝则可根据原水水质的特点来控制制造过程中的反应条件,从而制取所需要的最适宜的聚合物,当投入水中,水解后即可直接提供高价聚合离子,达到优异的混凝效果。 目前我国聚合氯化铝应用中存在的问题主要是各地土法综合利用制得的产品,因受原 料、工艺条件等限制、质量受到影响,而各地区又缺乏具有完善工艺的专门厂家。3 三氯化铁 三氯化铁(FeCl36H2O)是一种常用的混凝剂,是黑褐色的结晶体,有强烈吸水性,极易溶于
6、水,其溶解度随温度上升而增加,形成的矾花,沉淀性能好,处理低温水或低浊水效果比铝盐好。我国供应的三氯化铁有无水物、结晶水物和液体。液体、晶体物或受潮的无水物腐蚀性极大,调制和加药设备必须考虑用耐腐蚀器材(不锈钢的泵轴运转几星期也即腐蚀,用钛制泵轴有较好的耐腐性能)。三氯化铁加入水后与天然水中碱度起反应,形成氢氧化铁胶体,其反应式为 (1.15) 以上反应式只是一个粗略的表示方法,实际上要复杂得多,当被处理水的碱度低或其投加量较大时,在水中应先加适量的石灰。 水处理中配制的三氯化铁溶液浓度宜高,可达46。 三氯化铁的优点是形成的矾花比重大,易沉降,低温、低浊时仍有较好效果,适宜的pH值范围也较宽
7、范围为pH6.011.0,最佳投放范围pH6.0-8.4,缺点是溶液具有强腐蚀性,处理后的水的色度比用铝盐高。4 硫酸亚铁 硫酸亚铁FeS047H20是半透明绿色结晶体,易于溶水,在水温20时溶解度为21。 硫酸亚铁离解出的Fe2+只能生成简单的单核络合物,因此,不如三价铁盐那样有良好的混凝效果。残留于水中的Fe2+会使处理后的水带色,当水中色度较高时,Fe2+与水中有色物质反应,将生成颜色更深的不易沉淀的物质(但可用三价铁盐除色)。根据以上所述,使用硫酸亚铁时应将二价铁先氧化为三价铁,然后再起混凝作用。 当水的pH值在8.0以上时,加入的亚铁盐的Fe2+易被水中溶解氧氧化成Fe3+ (1.1
8、6)当水的pH值8.0时,则可加入石灰去除水中CO2 (1.17)石灰用量可按下式估算: CaO=0.37a+1.27CO2 (1.18)式中 aFeSO4的投加量(毫克/升);CO2水中CO2的含量(毫克/升)。当水中没有足够溶解氧时,则可加氯或漂白粉予以氧化: (1.19)理论上1毫克/升FeSO4需加氯0.234毫克/升。 处理饮用水时,硫酸亚铁的重金属含量应极低,应考虑在最高投药量处理后,水中的重金属含量应在国家饮用水水质标准的限度内。 铁盐使用时,水的pH值的适用范围较宽,在5.011间。6. 有机合成高分子混凝剂 聚丙烯酰胺(PAM)为非离子型聚合物。它的产量占高分子混凝剂生产总量
9、的80,是一种最重要的和使用最多的高分子混凝剂。在我国西北地区用来处理高浊度水,也称为三号絮凝剂,其结构式为 :我国有的产品聚合度大2万9万,分子量可达150万800万。高分子混凝剂的凝聚作用主要通过以下二方面进行。 (1)由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用对胶粒有较强的吸附结合力。(2)因为高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展形状,从而发挥吸附架桥作用把许多细小颗粒吸附后,缠结在一起。 为了使高分子混凝剂能更好地发挥架桥和吸附作用,理论上应使高分子的链条延伸为最大长度并使可以电离的基团达到最大电离度,其目的是为了产生最多的带电部位,有利用吸附和由于这些带电部位的同号电荷的相斥力,使
10、高分子链条延伸为最大长度,有利于架桥,见图1.8。 据我国西北地区的使用经验,碱化后的聚丙烯酰胺的混凝效果比未碱化的提高几倍。但据有的研究表明:过多的酰胺基转化为羧酸基会带来不利因素,因羧酸基与胶粒的亲合力比酰胺基小并且羧酸基增多不利于与带负电的胶结合,因此在生产中要选取适当的加碱比(NaOH与聚丙烯酰胺用量的重量比称加碱比),控制水解时间和条件,使水解度处于最佳范围内。有的研究者建议,当用聚丙烯酰胺作助凝剂时,配制浓度取0.5加碱比20(纯重量比),水解4小时后稀释到0.1,然后投加,取得好的效果(因水解时粘度会增加,不易均匀混合,稀释后有较好的混合效果)。 聚丙烯酰胺作为助凝剂常与其它混凝
11、剂一起使用,产生良好的混凝效果。一般情况下,当原水浊度低时,宜先投加其他凝混剂,后投聚丙烯酰胺(相隔半分钟为宜),使杂质颗粒先行脱稳到一定程度为聚丙烯酰胺大离子的絮凝作用创造有利条件;如原水浊度较高时,宜先投聚丙烯酰胺,后投其它混凝剂,在于让聚丙烯酰胺先在较高浊度水中充分发挥作用,吸附一部分胶粒,使浊度有所降低,其余胶粒由其他混凝剂脱粒脱稳,再由聚丙烯酰胺吸附,这样可降低其他混凝剂的剂量。 聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺聚合而成,其中还剩有少量未聚合的丙烯酰胺单体。这种单体,经由动物试验和职业病害获得证实,是有毒的。国外有人建议:对人的丙烯酰胺的容许摄入量为0.5微克/公斤体重日,因此对投加量必须适当
12、限制。英国规定:混凝剂中单体丙烯酰胺的含量须在0.05以下;饮用水中聚丙烯酰胺的投加量最大为1.0毫克/升,平均为0.5毫克/升。二、助凝剂 助凝剂本身可以起凝聚作用,也可不起凝聚作用,但与混凝剂一起使用时,它能促进水的混凝过程,产生大而结实的矾花。助凝剂可以分成:1 酸、碱类 用以调整水的pH值,籍以控制良好的反应条件,最常用的是石灰。2 绒粒核心类 用以增加矾花的骨架材料和改善矾花的结构,增加矾花的重量。如在水中加粘土或沉泥 一类大颗粒,可加快矾花的形成和沉降,尤其是在低浊水中适用。投加高分子物质可以改善矾花结构并起架桥絮凝作用。无机助凝剂中活化硅酸的应用已得到重视。活化硅酸系由水玻璃为原
13、料,用各种活化剂(一般用硫酸)处理而得,应看作是一种阴离子型无机高分子电解质。3 氧化剂类 可用来破坏起干扰作用的有机物,如投氯氧化有机物。又如用氯氧化硫酸亚铁成为高铁。此外有资料证明投加臭氧能改善混凝作用。目前常用的混凝剂主要有几下几种: 1 、硫酸铝 无水硫酸铝是无色结晶,易溶于水,常温下硫酸铝以含十八水合物最为稳定。Al2(SO4)318H2O是具有光泽的无色颗粒或粉末晶体,极易溶于水,水溶液呈酸性(PH=2.5)。操作液常用1020的浓度。在水处理时加入量为l0-5l0-3molL。明矾Al2(S04)3K2S0424H2O的作用仍是Al2(S04)3成分。硫酸铝,腐蚀性小,使用方便,
14、效果好,且对水质无不良影响。但水温低时,絮凝体形成慢而松散,效果不如铁盐;粗制品使用麻烦。 工业品为白色或微带灰色的粉末或块状结晶,因可能存在少量的硫酸亚铁而使产品表面发黄。硫酸铝是使用最早的絮凝剂之一。硫酸铝对水中胶体微粒的絮凝过程分为吸附脱稳、沉淀絮凝、吸附沉淀混合区和再稳定四个区域。加入过量的硫酸铝,会形成胶体再稳定而影响絮凝效果。硫酸铝价格便宜,应用较广泛。 2 、聚合氯化铝(又称碱式氯化铝PAC) 聚合氯化铝是应用最广泛的一种絮凝剂,它的固体呈无色至黄色树脂状,易潮解,溶液为无色至黄褐色透明状液体,聚合氯化铝易溶于水并易发生水解,水解过程中伴随有电化学、凝聚、吸附、沉淀等物理化学现象
15、。聚合氯化铝一般是由铝矿土与酸经过酸溶、水解、缩聚等复杂的过程而制成的。 在硫酸铝的使用中,因水质条件复杂,不可能控制它的水解聚合物的形态。聚合氯化铝正是针对这一问题经研制而成的人工合成品。聚合氯化铝(包括碱式氯化铝)腐蚀性小,适应的pH值范围较宽(59),絮凝体形成快而紧密,对低温、低浊以及高浊、高色水的效果均好,成本较低。相对于硫酸铝而言,聚合氯化铝混凝效果随温度变化较小,形成絮体的速度较快,絮体颗粒和相对密度都较大,沉淀性能好,投加量较小。聚合氯化铝适宜的PH值范围在5-9之间,过量投加一般不会出现胶体的再稳定现象。长期的实践证明,作为絮凝剂,聚合氯化铝优于硫酸铝,很多净水场的硫酸铝已经
16、逐步被聚合氯化铝所替代。聚合氯化铝水溶液呈弱酸性,PH值在5.5-6.0,对设备的腐蚀性很小。 3 、聚合硫酸铁(PFS)聚合硫酸铁有固体和液体两种形式,液体为红褐色粘稠液,固体为淡黄色或浅灰色的树脂状的颗粒。在产品的储存的使用过程中,聚合硫酸铁对设备基本无腐蚀作用。聚合硫酸铁投药量低,而且基本不用控制液体的PH值。与铝盐相比,聚合硫酸铁絮凝速度更快,形成的矾花大,沉降速度更快;另外,它还具有脱色、除重金属离子、降低水中COD、BOD浓度的作用;但是其出水容易显黄色。 4 聚丙烯酰胺(PAM)按离子特殊性分类,可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性酰胺四种。阳离子酰胺主要用于水处理,阴离子酰
17、胺主要用于造纸、水处理,两性酰胺主要用于污泥脱水处理。聚丙烯酰胺易溶于冷水,分子量对溶解度影响不大,但高分子量的酰胺浓度超过质量分数10%以后,会形成凝胶状态。溶解温度超过50度,PAM发生分子降解而失去助凝作用。因此溶解聚丙烯酰胺时要用45-50度的温水最为适宜。配制聚丙烯酰胺溶液一般配成质量浓度为0.05-2%,阳离子酰胺粘度较小,可配制成浓度较大的溶液,阴离子酰胺粘度较大,可适当配制成浓度较小的溶液。聚丙烯酰胺常含有微量未聚合的单体,其毒性甚高。因而建议:饮水中丙烯酰胺的浓度,经常使用(每年l月以上)时不应超过0.01mgL;非经常使用时,不应超过0.1mgL。配制溶液时不可浓度过大,否
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