《净水絮凝剂》PPT课件.ppt

净水絮凝剂环工环工 吕长苓吕长苓 2012309011 2012309011目录目录絮凝剂理论基础絮凝剂理论基础絮凝机理絮凝机理絮凝剂的分类絮凝剂的分类无机絮凝剂无机絮凝剂有机高分子絮凝剂有机高分子絮凝剂有机多活性高分子絮凝有机多活性高分子絮凝剂剂微生物絮凝剂微生物絮凝剂结语结语絮凝剂理论基础絮凝剂理论基础 絮凝剂理论基础是：“聚并”理论，絮凝剂带有正电（负）性的基团中和水中一些带有负（正）电性的悬浮微粒难于分离的一些粒子（或者叫颗粒），降低其电势，使其处于不稳定状态，并利用其聚合性质使得这些颗粒集中，并通过物理或者化学方法分离出来。一般为达到这种目的而使用的药剂，称之为絮凝剂。絮凝机理絮凝机理 +胶体表面带大量电荷，扩散层相排斥，使胶体稳定。胶体颗粒表面上的电荷被中和，随着絮凝剂的不断加入，表面电荷被中和的越来越多，Z电位不断降低，排斥能不断下降，最终当颗粒间以吸引力为主产生絮凝沉淀。（1）电电中和中和（2）架架桥桥作用作用 架桥作用指在两个或多个微细粒子间，利用絮凝剂起架桥作用，使微细粒子聚集成较大颗粒的絮体。当加入絮凝剂时，它会离子化，并与粒子表面形成价键。为克服粒子彼此间的排斥力，絮凝剂会由于搅拌及布朗运动而使得粒子间产生碰撞。当粒子逐渐接近时，氢键及范德华力促使粒子结成更大的颗粒。碰撞一旦开始，粒子便经由不同的物理、化学作用而开始凝集，较大颗粒粒子从水中分离而沉降。架桥（或桥联）架桥（或桥联）：是指溶液中胶体和悬浮颗粒物通过有机或无机高分子絮凝剂架桥联接形成絮凝体，而沉淀下来。（3 3）沉降作用沉降作用 絮体一旦形成，便需在静止状态下借重力而沉降。由絮体沉降的快慢可测知形成絮体的大小，絮体沉降速度必会影响到澄清池的效率。利用量筒及秒表，可测知絮体的沉降度及胶凝程度。在传统水平流向澄清池中，如果絮体具有足够的沉降速度，能于较短时间在沉降区域内完全沉淀下来，则可得非常清澈的水质。絮凝剂的分类絮凝剂的分类 絮凝剂应用于悬浮体系和胶体溶液，目的是加快固液分离速度，提高分离效率。对于较长时间可以静置沉淀的悬浮液可用阴离子或低离子度的阳离子，对于胶体溶液一般用阳离子。主要分为两大类别：无机絮凝剂何有机絮凝剂。无机想你就包括铁制剂系列和铝制剂系列，当然也包括其丛生的高聚物系列。絮凝剂有不少品种，其共通特点是能够将溶液中的悬浮微粒聚集联结形成粗大的絮状团粒或团块。絮凝剂絮凝剂无机絮凝剂无机絮凝剂有机絮凝剂有机絮凝剂无机低分子 AS AC KAL(SO4)2 FS FC FeCL2无机高分子聚铝 PAC PAS聚铁 PFC PFS人工合成阴、阳、非天然有机高分子絮凝剂絮凝剂的分类絮凝剂的分类 无机絮凝剂按金属盐可分为铝盐系及铁盐系两大类；铝盐以硫酸铝、氯化铝为主，铁盐以硫酸铁、氯化铁为主。后来在传统的铝盐和铁盐的基础上发展合成出聚合硫酸铝、聚合硫酸铁等新型的水处理剂，它的出现不仅降低了处理成本，而且提高了功效。这类絮凝剂中存在多羟基络离子，以OH 为架桥形成多核络离子，从而变成了巨大的无机高分子化合物，相对分子质量高达1105。1.1 无机絮凝无机絮凝剂剂的分的分类类和性和性质质1 1 无机絮凝剂无机絮凝剂1.2 无机聚合物絮凝无机聚合物絮凝剂剂 无机聚合物絮凝剂之所以比其他无机絮凝剂能力高、絮凝效果好，其根本原因就在于它能提供大量的如上所述的络合离子，能够强烈吸附胶体微粒，通过粘附、架桥和交联作用，从而促使胶体凝聚。同时还发生物理化学变化，中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷，降低了Zeta电位，使胶体粒子由原来的相斥变成相吸，破坏了胶团的稳定性，促使胶体微粒相互碰撞，从而形成絮状混凝沉淀，而且沉淀的表面积可达(200-1000)m2/g，极具吸附能力。也就是说，聚合物既有吸附脱稳作用，又可发挥黏附、桥联以及卷扫絮凝作用。1.2.1 高分子絮凝高分子絮凝剂剂的的类类型型分子量低分子量很高、电荷密度高分子量高、电荷密度低1.2.2 絮凝机理三种絮凝机理三种类类型絮凝型絮凝剂剂的絮凝情况的絮凝情况分子量小的被吸附在固体颗粒表面的多，桥连少，絮凝效果差。双电层分子量高，电荷密度高，与颗粒的接触点多，但在双电层外面的部分少，不能很好的桥连，絮凝效果差。分子量高，电荷密度低的絮凝剂，许多部分伸展到液相中，提高了电中和效率。这部分还可以吸附更多的胶体颗粒，促进絮凝沉淀。此种絮凝剂效果最好。1.3 改性的改性的单单阳离子无机絮凝阳离子无机絮凝剂剂 除常用的聚铝、聚铁外，还有聚活性硅胶及其改性品，如聚硅铝(铁)、聚磷铝(铁)。改性的目的是引入某些高电荷离子以提高电荷的中和能力，引入羟基、磷酸根等以增加配位络合能力，从而改变絮凝效果，其可能的原因是：某些阴离子或阳离子可以改变聚合物的形态结构及分布，或者是两种以上聚合物之间具有协同增效作用。复合型无机絮凝剂和复合型无机高分子絮凝剂复合型无机絮凝剂和复合型无机高分子絮凝剂聚硅酸絮凝剂(PSAA)由于制备方法简便，原料来源广泛，成本低，是一种新型的无机高分子絮凝剂，对油田稠油采出水的处理具有更强的除油能力，故具有极大的开发价值及广泛的应用前景。聚硅酸硫酸铁(PFSS)絮凝剂，发现高度聚合的硅酸与金属离子一起可产生良好的混凝效果。将金属离子引到聚硅酸中，得到的混凝剂其平均分子质量高达2105，有可能在水处理中部分取代有机合成高分子絮凝剂。聚磷氯化铁(PPFC)中PO43-高价阴离子与Fe3+有较强的亲和力，对Fe3+的水解溶液有较大的影响，能够参与Fe3+的络合反应并能在铁原子之间架桥，形成多核络合物；对水中带负电的硅藻土胶体的电中和吸附架桥作用增强，同时由于PO43-的参与使矾花的体积、密度增加，絮凝效果提高。1.4 改性的多阳离子无机絮凝改性的多阳离子无机絮凝剂剂聚合硫酸氯化铁铝(PAFCS)在饮用水及污水处理中，有着比明矾更好的效果；在含油废水及印染废水中PAFCS比PAC的效果均优，且脱色能力也优；絮凝物比重大，絮凝速度快，易过滤，出水率高；其原料均来源于工业废渣，成本较低，适合工业水处理。铝铁共聚复合絮凝剂也属这类产品，它的生产原料氯化铝和氯化铁均是廉价的传统无机絮凝剂，来源广，生产工艺简单，有利于开发应用。铝盐和铁盐的共聚物不同于两种盐的混合物，它是一种更有效地综合了PAC和FeCl3的优点，增强了去浊效果的絮凝剂。1.5 小结小结:无机絮凝剂无机絮凝剂二次污染二次污染问题问题 随着人们对水处理认识的不断提高，残留铝对生物体产生的毒害作用倍受人们的关注，如何减少二次污染的问题已经越来越引起重视。国内现有生产方法制得的饮用水中铝含量比原水一般高1-2倍。饮用水中残留铝等含量高，原因可能是絮凝过程不完善，导致部分铝以氢氧化铝的微细颗粒存在于水中。采用强化絮凝净化法，改善絮凝反应条件，延长慢速絮凝时间等可有效地降低铝等含量。考虑到无机絮凝剂具有一定的腐蚀性和毒性对人类健康和生态环境会产生不利影响，人们研制开发出了有机高分子絮凝剂。2 有机高分子絮凝有机高分子絮凝剂剂 有机高分子絮凝剂出现于20世纪50年代，它们应用前途广阔，发展非常迅速。已用于给水净化，水/油体系破乳，含油废水处理，废水再资源化及污泥脱水等方面；还可用作油田开发过程的泥浆处理剂，选择性堵水剂，注水增稠剂，纺织印染过程的柔软剂，静电防止剂及通用的杀菌、消毒剂等。2.1 有机高分子絮凝有机高分子絮凝剂剂种种类类和性和性质质 有机高分子絮凝剂有天然高分子和合成高分子两大类。从化学结构上可以分为以下3种类型：(1)聚胺型-低分子量阳离子型电解质；(2)季铵型-分子量变化范围大，并具有较高的阳离子性；(3)丙烯酰胺的共聚物-分子量较高，可以几十万到几百万、几千万，均以乳状或粉状的剂型出售，使用上较不方便，但絮凝性能好。根据含有不同的官能团离解后粒子的带电情况可以分为阳离子型、阴离子型、非离子型3大类。有机高分子絮凝剂大分子中可以带-COO-、-NH-、-SO3、-OH等亲水基团，具有链状、环状等多种结构。因其活性基团多，分子量高，具有用量少，浮渣产量少，絮凝能力强，絮体容易分离，除油及除悬浮物效果好等特点，在处理炼油废水，其它工业废水，高悬浮物废水及固液分离中阳离子型絮凝剂有着广泛的用途。特别是丙烯酰胺系列有机高分子絮凝剂以其分子量高，絮凝架桥能力强而显示出在水处理中的优越性。2.2 非离子型有机高分子絮凝非离子型有机高分子絮凝剂剂 非离子型有机高分子絮凝剂主要是聚丙烯酰胺。它由丙烯酰胺聚合而得。2.3 阴离子型有机高分子絮凝阴离子型有机高分子絮凝剂剂(1)阴离子型有机高分子絮凝剂主要有聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钙以及聚丙烯酰胺的加碱水解物等聚合物。(2)丙烯酰胺和苯乙烯磺酸盐、木质磺酸盐、丙烯酸、甲基丙烯酸等共聚物。2.4 阳离子型有机高分子絮凝阳离子型有机高分子絮凝剂剂2.4.1 季铵化的聚丙烯酰胺 季铵化的聚丙烯酰胺阳离子均是将-NH2经过羟甲基化和季铵化而得，可以分为聚丙烯酰胺阳离子化和阳离子化丙烯酰胺聚合。(1)由聚丙烯酰胺季铵化 聚丙烯酰胺(PAM)先与甲醛水溶液反应，酰胺基部分羟甲基化，其次与仲胺反应进行烷胺基化，然后与盐酸或胺基化试剂反应使叔胺季铵化。(2)由季铵化的丙烯酰胺聚合 在碱性条件下，先由丙烯酰胺与甲醛水溶液反应，然后与二甲胺反应，冷却后加盐酸季铵化。产物经蒸发浓缩、过滤，得季铵化丙烯酰胺单体。2.4.2 聚丙烯酰胺的阳离子衍生物 这类产品多是由丙烯酰胺与阳离子单体共聚合得到的。2.5 两性聚丙两性聚丙烯酰烯酰胺聚合物胺聚合物 以部分水解聚丙烯酰胺加入适量甲醛和二甲胺，通过曼尼兹反应合成出具有羧基和胺甲基的两性型聚丙烯酰胺絮凝剂。2.6 丙丙烯酰烯酰胺接枝共聚物胺接枝共聚物 因为淀粉价廉来源丰富，其本身也是高分子化合物，它具有亲水的刚性链，以这种刚性链为骨架，接上柔性的聚丙烯酰胺支链，这种刚柔相济的网状大分子除了保持原聚丙烯酰胺的功能之外，还具有某些更为优异的性能。由于大多数有机高分子絮凝剂本身或其水解、降解产物有毒，且合成用丙烯酰胺单体有毒，能麻醉人的中枢神经，应用领域受到一定限制，迫使絮凝剂向廉价实用、无毒高效的方向发展。3 新一代絮凝新一代絮凝剂剂 有机多活性高分子絮凝有机多活性高分子絮凝剂剂 中国潍坊瑞丰实业公司生产的“腾达”多功能絮凝剂是二十一世纪高科技环保型理想产品，是替代聚丙烯酰胺的优质产品，是无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂的改良换代产品。3.1 产产品概况品概况 该絮凝剂是由聚丙烯酰胺加入天然高分子材料改性成的透明胶状液体，是具阴离子、阳离子、非离子特性的新型有机液态絮凝剂。特点：(1)使用后能有效降低COD、BOD、SS；(2)在污泥减量中用量少，可迅速提高泥饼干度，杀灭有害微生物、培养有益微生物；(3)与固体絮凝剂相比，溶解速度快且溶解均匀、利用率高、无二次污染；(4)工艺简单、使用方便，成本低(比固体干粉节约25%以上)。3.2 使用机理使用机理 该产品主要通过静电吸附，电中和脱稳，双电层压缩、架桥、网捕等多种作用形式将污染物微粒聚集成密集的大颗粒，在重力作用下沉降，使污染物絮体从水中析出，从而达到污水处理的目的。3.3 使用方法使用方法 该产品主要用于城市生活污水处理，造纸、油田、洗煤、印染废水以及相应的污泥处理。使用时按照1:20的比例将其兑水稀释成5%的工作液；一定量浓缩液可处理800010000倍体积污水。最佳用量应参照被处理污水实际流程。3.4 产产品品规规格格 该产品在最佳实验条件下，沉降时间26min，脱水率72.6%，最佳加入量(mL/L)1.2，吨污泥单耗成本比PAM(日本产)下降25.8%。4 微生物絮凝微生物絮凝剂剂国外微生物絮凝剂的商业化生产始于20世纪90年代，因不存在二次污染，使用方便，应用前景诱人。如红平红球菌及由此制成的NOC-1是目前发现的最佳微生物絮凝剂，具有很强的絮凝活性，广泛用于畜产废水、膨化污泥、有色废水的处理。我国微生物絮凝剂的制品尚未见报导。4.1 微生物絮凝微生物絮凝剂剂概述概述 微生物絮凝剂主要包括利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂，利用微生物细胞壁代谢产物的絮凝剂、直接利用微生物细胞的絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂。微生物产生的絮凝剂物质为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素、DNA等高分子化合物，相对分子质量在105以上。微生物絮凝剂是利用生物技术，从微生物体或其分泌物提取、纯化而获得的一种安全、高效，且能自然降解的新型水处理剂。由于微生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷，最终实现无污染排放，因此微生物絮凝剂的研究正成为当今世界絮凝剂方面研究的重要课题。4.2 微生物絮凝微生物絮凝剂剂的种的种类类和性和性质质 微生物絮凝剂是一类由微生物产生的具有絮凝功能的高分子有机物。主要有糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等。从其来源看，也属于天然有机高分子絮凝剂，因此它具有天然有机高分子絮凝剂的一切优点。同时，微生物絮凝剂的研究工作已由提纯、改性进入到利用生物技术培育、筛选优良的菌种，以较低的成本获得高效的絮凝剂的研究，因此其研究范围已超越了传统的天然有机高分子絮凝剂的研究范畴。具有分泌絮凝剂能力的微生物称为絮凝剂产生菌。最早的絮凝剂产生菌是Butterfield从活性污泥中筛选得到。1976年，Nakamura j.等人从霉菌、细菌、放线菌、酵母菌等菌种中，筛选出19种具有絮凝能力的微生物，其中以酱油曲霉(Aspergillus souae)AJ7002产生的絮凝剂效果最好。1985年，Takagi H等人研究了拟青霉素(Paecilomyces sp.l-1)微生物产生的絮凝剂PF101。PF101对枯草杆菌、大肠杆菌、啤洒酵母、血红细胞、活性污泥、纤维素粉、活性炭、硅藻土、氧化铝等有良好的絮凝效果。1986年，Kurane等人利用红平红球菌(Rhodococcuserythropolis)研制成功息生物絮凝剂NOC-1，对大肠杆菌、酵母、泥浆水、河水、粉煤灰水、活性碳粉水、膨胀污泥、纸浆废水等均有极好的絮凝和脱色效果，是目前发现的最好的微生物絮凝剂。4.3 影响微生物絮凝影响微生物絮凝剂剂活性的因素活性的因素 絮凝剂的分子质量、分子结构与形状及其所带基团对絮凝剂的活性都有影响。一般来讲，分子量越大，絮凝活性越高；线性分子絮凝活性高，分子带支链或交联越多，絮凝性越差；絮凝剂产生菌处于培养后期，细胞表面蔬水性增强，产生的絮凝剂活性也越高。处理水体中胶体离子的表面结构与电荷对絮凝效果也有影响。5 结结 语语 纵观絮凝剂的现状可以看出，絮凝剂的品种繁多，从低分子到高分子，从单一型到复合型，总的趋势是向廉价实用、无毒高效的方向发展。无机絮凝剂价格便宜，但对人类健康和生态环境会产生不利影响；有机高分子絮凝剂虽然用量少，浮渣产量少，絮凝能力强，絮体容易分离，除油及除悬浮物效果好，但这类高聚物的残余单体具有“三致”效应(致崎、致癌、致突变)，因而使其应用范围受到限制；微生物絮凝剂因不存在二次污染，使用方便，应用前景诱人。微生物絮凝剂将可能在未来取代或部分取代传统的无机高分子和合成有机高分子絮凝剂。微生物絮凝剂的研制和应用方兴未艾，其特性和优势为水处理技术的发展展示了一个广阔的前景。谢谢！谢谢！