高分子絮凝剂在污水处理中应用培训

1、高分子絮凝剂在污水处理中应用一 基本概念1 混凝：水和废水中常常含有自然沉降法不能去除的悬浮微粒和胶体污染物，必须首先投加化学药剂来破坏胶体和悬浮微粒在水中形成的稳定的分散系，使其聚集为具有明显沉降性能的絮凝体（物），然后才能用重力沉降法予以分离。这一过程包括凝聚和絮凝两个阶段，二者统称混凝。 2 凝聚：是指使胶体脱稳并聚集为微絮粒的过程；常见的高分子凝聚剂为聚合氯化铝（PAC） 、聚合硫酸铁（PFS）。3 絮凝：则指微絮粒通过吸附、桥连和卷扫而成长为更大絮体的过程。常见的絮凝剂为有机物。目前主要为聚丙烯酰胺（PAM）。但在日常工作中，通常对以上概念不太区分，大多数情况下都称为絮凝或絮凝剂，无

2、机高分子絮凝剂或有机高分子絮凝剂。4水处理高分子絮凝剂作用：强化固液分离，加速污水的颗粒物沉降、沉淀和澄清；对污泥进行脱水。二 无机高分子絮凝剂1 胶体基本知识（1）分散系：把一种或几种物质分散在另一种物质中，这种物质混合体系就构成分散体系。其中，被分散的物质称为分散相（dispersedphase），另一种物质称为分散介质（dispersingmedium)。根据分散质颗粒大小，可将分散系分为以下三种：（2）分子分散体系（真溶液）分散相与分散介质以分子或离子形式彼此混溶，没有界面，是均匀的单相，分子半径大小在10-9 m以下。通常把这种体系称为真溶液，如CuSO4溶液。（3）胶体分散体系（胶

3、体溶液）分散相粒子的半径在1nm100nm之间的体系。目测是均匀的，但实际是多相不均匀体系。 也有的将1nm1000nm之间的粒子归入胶体范畴。（4）粗分散体系（悬浊液）当分散相粒子大于1000nm,目测是混浊不均匀体系，放置后会沉淀或分层，如黄河水。2 沉降速度和Stokes公式悬浮于流体中固体颗粒在重力作用下与流体分离过程称为沉降，其沉降速度为：v=(s-)gds2/18 式中：v絮体沉降速度，cm/s s絮体体积质量，g/cm3 水的体积质量，g/cm3 dS絮体直径，cm 水的粘滞系数，g/(cms) g重力加速度，980 cm/s2微粒沉淀表：粒子半径(mm)粒子种类沉淀时间10.1

4、石粒0.3秒1粗砂3秒0.1细沙38秒0.01泥33分钟0.001细菌35小时0.0001细土230天0.00001胶体63年从以上可以看出流体中粒子颗粒越小沉降速度越慢，胶体则更是一个极其稳定的分散系。3 胶体保持稳定的原理：胶体既然具有巨大的表面自由能，有较大的吸附能力，又具有布朗运动的特性，颗粒间有互相碰撞的机会，似乎可以粘附聚合成大的颗粒，然后受重力作用而下沉。然而事实并非如此？why？（1）憎水胶体：双电层理论（我们主要研究对象）电位(Zita)：胶粒滑动面与扩散层之间的电位差（电动电位） （Pasi）（总电位）：胶粒表面与溶液之间的电位差胶体的中心是由数十个或数千个不溶于水的分散相

5、物质分子组成的校核。其表面选择性地吸附了一层带同号电荷的离子，成为电位离子，决定了胶核带电符号和带电多少。构成了双电层的内层。由于电位离子的静电吸引，在其周围的溶液里又吸引了众多的异号离子，形成反离子层，构成了双电层的内层。其中紧靠内层的反离子被电位离子牢固的吸引着，当胶核运动时，随其一起运动，称为反离子吸附层，它和电位离子一起组成胶团的固定层。固定层以外的反离子，由于电位离子对它的引力较弱，不随胶核一起运动，并有向水中扩散的趋势，称为（反离子）扩散层。固定层和扩散层之间的交界面称为滑动面，滑动层以内的部分称为胶粒，它是带电的微粒。胶粒与扩散层一起构成了电中性的胶团。(2)亲水胶体：带电荷的胶

6、粒和反离子都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，也阻碍各胶粒的聚合。(3)结论：胶体之所以能保持稳定性：憎水（疏水）胶体：同类的胶体微粒带着同号的电荷，它们之间的静电斥力阻止微粒间彼此接近而聚合成较大颗粒；亲水胶体：水化作用是亲水性胶体聚集稳定性的主要原因。带电荷的胶粒和反离子都能与周围的水分子发生水化作用，形成一层水化壳，也阻碍各胶粒的聚合。亲水性胶体虽然也存在双电层结构，但电位对胶体稳定性的影响远小于水化膜的影响。所以，胶体颗粒不断地保持分散的悬浮状态的特性称胶体的稳定性。一种胶体的胶粒带电越多，其电位就越大；扩散层中反离子越多，水化作用也越大，水化壳也越厚，因此扩散层也越厚，越

7、具有稳定性。DLVO理论胶粒在水中受几方面的影响：A由于上述的胶粒带电现象，带相同电荷的胶粒产生静电斥力，而且电位愈高，胶粒间的静电斥力愈大；B受水分子热运动的撞击，使微粒在水中作不规则的运动，即“布朗运动”；C胶粒之间还存在着相互引力范德华引力。范德华引力的大小与胶粒间距的2次方成反比，当间距较大时，此引力略去不计。 一般水中的胶粒电位较高。其互相间斥力不仅与电位有关，还与胶粒的间距有关，距离愈近，斥力愈大。而布朗运动的动能不足以将两颗胶粒推近到使范德华引力发挥作用的距离。因此，胶体微粒不能相互聚结而长期保持稳定的分散状态。使胶体微粒不能相互聚结的另一个因素是水化作用。由于胶粒带电，将极性水

8、分子吸引到它的周围形成一层水化膜。水化膜同样能阻止胶粒间相互接触。但是，水化膜是伴随胶粒带电而产生的，如果胶粒的电位消除或减弱，水化膜也就随之消失或减弱。从上图可以看出，当两个胶粒表面的距离大于3nm时，两个胶粒总是处于相斥状态。对于憎水的胶粒来说，它们的胶核表面隔着两个滑动面内的离子层厚度，使颗粒总处于相斥状态，这就是憎水胶体保持稳定性的根源。亲水胶体颗粒则是因为所吸附的大量水分子构成的厚厚水壳，使它们不能靠近而保持稳定，这是亲水胶体保持稳定的根本原因。那么我们如何才能够使其脱稳，凝聚沉降呢？主要方法是向水中投加电解质，高分子电解质。4.凝聚（混凝）的机理（1）压缩双电层（对于憎水胶体而言）

9、：当我们向水中投加电解质后，水中与胶粒上反离子具有相同电荷的离子浓度增加了。这些离子可与胶体吸附的反离子发生交换或挤入吸附层，使胶体带电荷数减少，降低了电位，并使扩散层厚度缩小。这种作用称为压缩双电层。如药剂投加过量，胶体体系变号，排斥力增加，又将恢复稳定性。（DLVO理论） （2）吸附电中和作用（对于亲水胶体而言）：投加与胶粒电性相反的电解质，使异号胶粒间相互吸引达到电中和而凝聚； 大胶粒吸附许多小胶粒或异号离子，破坏胶粒的水化作用，电位降低，吸引力使同号胶粒相互靠近发生凝聚。在水处理中，一般均投加高价电解质或聚合离子。过多投加多核络离子，胶核的强烈吸附作用，使胶体重新带电（电荷异号），而出

10、现的再稳现象。(SchulzeHardy法则)（3）网捕作用（物理过程）：当采用硫酸铝、石灰或氯化铁等高价金属盐类作混凝剂时，当投加量很大形成大量的金属氢氧化物(如Al(OH)3 、Fe(OH)3或带金属碳酸盐(CaCO3)沉淀时，可以网捕、卷扫水中的胶粒，水中的胶粒以这些沉淀为核心产生沉淀。这基本上是一种机械作用。以上四种作用，在水处理中不是孤立的，而是相互作用，相互促进。不同体系，不同絮凝剂侧重不同。5常见的无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂（凝聚剂 或混凝剂）（1）三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝（2）无机高分子聚合物聚合氯化铝、聚合硫酸铁三有机高分子絮凝剂（聚合物，聚电解质）常见的有机高分子絮凝剂

11、主要是指聚丙烯酰胺系列、聚二甲基二烯丙基氯化铵和聚胺系列等1.聚丙烯酰胺（1）简介：聚丙烯酰胺（简称PAM）是高分子絮凝剂的一类，也是高分子絮凝剂的主要品种。 通常我们提及的PAM是指广义的PAM，它是丙烯酰胺（简称AM）聚合物及其衍生物的统称。一般我们把聚合物中含AM基分数超过50%的聚合物都称为PAM，它包括阴离子聚丙烯酰胺（简称HPAM）、非离子聚丙烯酰胺（简称NPAM）、阳离子聚丙烯酰胺（简称CPAM）和两性聚丙烯酰胺等。（2）生产工艺和其结构PAM的聚合反应属于自由基引发体系，通过引发剂引发或光辐射引发聚合。聚合方法有本体聚合、水溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合等。 PAM的三种类型，N

12、PAM、HPAM、CPAM。PAM有胶体、胶乳、粉状等形式，粉状产品以聚合物胶块再经造粒干燥粉碎包装等单元操作制得。 NPAM： NPAM一般以丙烯腈（CH2=CH-CN）为原料，用催化剂（骨架铜）或用微生物法先制成AM，AM经引发剂引发聚合生成NPAM HPAM或APAM：HPAM通常有共聚法和后水解两种工艺共聚法：即丙烯酸（CH2=CH-COOH，简称AA）与AM按所需比例混合共聚合制得，后水解法：20-30%的胶状PAM，加入水解需要量的粉末碱，在捏合机中捏合水解制得HPAM（水解度一般40%）。共聚法HPAM的分子量一般低于后水解法。CPAM:：CPAM由于阳离子单体的不同或生产工艺的

13、不同有多种不同类型。如：PAM与甲醛、二甲胺通过Mannich改性制得CPAM；或通过AM与不同阳离子单体按所需比例共聚制得，如丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（SMC）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）、二烯丙基二甲基氯化铵（DMDAAC）等。 SMC+AMCPAM或者SMC+DAC+AM（3）应用领域聚丙烯酰胺分子中具有阳性基团（-CONH2），能与分散于溶液中的悬浮粒子吸附和架桥，有着极强的絮凝作用，因此广泛用于水处理、石油、造纸、化工、纺织、选矿、冶金、石材加工等领域。阴离子聚丙烯酰胺 产品特性：阴离子聚丙烯酰胺（APAM）外观为白色粉粒，分子量从600万到2600万水溶解性好，能以任意

14、比例溶解于水且不溶于有机溶剂。有效的PH值范围为7到14，在中性碱性介质中呈高聚合物电解质的特性，与盐类电解质敏感，与高价金属离子能交联成不溶性凝胶体。 用途：工业废水处理。通常与无机絮凝剂复合使用。对悬浮颗粒较粗，浓度高，离子带阳电荷，水的PH值7-14的中性或碱性污水处理效果佳。如钢铁废水、电镀厂废水、冶金废水、洗煤废水等污水。饮用水处理。我国很多水厂的水源来自江河湖泊，泥沙及矿物含量高。虽经沉淀、过滤仍然不达标需投加絮凝剂。使用阴离子聚丙烯酰胺做絮凝剂，投加量是无机絮凝剂的2%-5%，但效果是无机溶剂的几十倍。用作酒精厂及淀粉厂流失酒糟及淀粉的回收。作为油田的调剖堵水的堵水剂，三次采油的

15、驱油剂（应用1700万到2600万超高分子量阴离子PAM）。做造纸助剂，阴离子PAM在造纸方面应用广泛，可作长纤维造纸分散剂，造纸废水的絮凝剂 阳离子聚丙烯酰胺 产品特性：阳离子聚丙烯酰胺（CPAM）外观为白色粉粒，分子量从500万到1500万。离子度从20%到55%水溶解性好，能以任意比例溶解于水且不溶于有机溶剂。有效的PH值范围为1到14，但弱酸性的条件下，效果最好。呈高聚合物电解质的特性，适用于带阴电荷及富含有机物的废水处理。用途：污泥脱水。生活污水和有机废水处理澄清，本品在酸碱中性介质中均呈现阳电性。用于以江河作水源的自来水的处理絮凝剂，用量少，效果少，成本低，特别是和无机絮凝剂复合使

16、用效果更好，它将成为治长江、黄河及其它流域的自来水厂的高效絮凝剂。造纸用增强剂（干强剂）及助留、助滤剂以其它助剂。用于油田化学助剂，如粘土防膨剂、油田酸化用稠化剂。 非离子聚丙烯酰胺产品形态：非离子聚丙烯酰胺（NPAM）外观为白色粉粒。 产品用途：主要用于各种改性聚丙烯酰胺的基础原料。如阴离子聚丙烯酰胺，可根据用途选择不同的非离子聚丙烯酰胺作基础原料进行水解而得。纺织工业助剂，添加一些其它化学品可配制成化学浆料，用于纺织品上浆，可提高粘着性，渗透性和脱浆性能，使纺织品具有防静电性，减少上浆率，减少浆斑，布机断头和落物。可用作污水处理剂，当污水显酸性悬浮液时采用非离子聚丙烯酰胺作絮凝最为合适，这

17、时NPAM起的是吸附架桥作用，使悬浮的粒子产生絮凝沉淀。达到净化水的目的，也可作上水处理，本产品无毒性，尤其是和无机絮凝剂配合使用，使水处理效果最佳。将NPAM溶液加入交联剂，喷洒在沙漠上，固化成膜可防沙、固沙，在治理沙漠上，是一个很重要的方法。 NPAM的吸湿性很强，它可保持土壤的水分，在干旱的地区，使用NPAM进行土壤改良是一个很好的措施。NPAM和木质纤维素配合，再加一些化学助剂，可用油田调剖堵水剂。可用作建筑业、建筑胶水、内墙涂料等方面。 两性离子聚丙烯酰胺产品形态:两性离子聚丙烯酰胺（ACPAM）外观为白色粉粒。 产品特点:两性离子聚丙烯酰胺因分子内含阳离子基和阴离子基，它具备了一般

18、阳离子絮凝剂的使用特点外，表现了更优异的性能。此类絮凝剂可在大范围的PH值内使用，具有更高的滤水量，较低的滤饼含水率，也可用于强酸浸提矿石或从含金属的酸性催化剂中回收有价值的金属。两性离子型绝非阴离子型、阳离子型的混合。如果把阳离子聚丙烯酰胺与阴离子聚丙烯酰胺配合使用则会发生反应产生沉淀。所以两性离子产品最为理想。 主要用途：油田调剖堵水剂、与交联剂、稳定剂、助凝剂联合作用，生成具有重要聚合凝胶和树脂凝胶的高强凝剂胶堵水剂。它通过附着、物理堵塞等作用堵塞地层孔隙和裂缝，调整比例，可控制凝胶时间，以适应不同地质清况。各种油污，有机、无机、污水、复杂污水的处理。在PH变化不定的污水系统中。也可用于

19、污泥脱水，还可用于造纸助剂。 （4）絮凝机理：吸附架桥作用：高分子絮凝剂一般分子量很大，PAM长碳键是较长的线性结构，每个链段上都有对应的特定官能团，活性官能团吸附分散体系中微粒，同一分子链上可以吸附多个微粒，因而在微粒间起了联系的作用，这种联系作用称为架桥作用（bridging）。吸附有单点吸附、多点吸附、卧式吸附等多种形式，吸附作用力则有静电相互作用、氢键作用、化学吸附（如：络合或螯合选择吸附）、多重偶极相互作用等。高分子聚合物浓度较高时，对胶粒的包裹，产生“胶体保护”作用；胶粒较少时，高分子聚合物的缠绕作用；长时间的剧烈搅拌。都会出现“再稳现象”。电荷中和效应：污水（废水）中的胶体粒子悬

20、浮液之所以能稳定存在，很大程度上就是由于粒子带电荷，电荷之间的排斥阻止它们相互接近。若在悬浮物中加入与胶体粒子带相反电荷的聚电解质，则可降低粒子的，即将低表面电位，从而使胶体微粒脱稳，发生凝集沉降。 网捕作用（物理过程）：加入絮凝剂形成的絮体网状体系将SS悬浮物卷带网罗而沉降的过程。对于阴、非离子主要以吸附架桥为主，阳离子是电中和效应和吸附架桥为主。网捕卷扫三者皆有。以上三种作用，在水处理中不是孤立的，而是相互作用，相互促进。不同体系，不同絮凝剂侧重不同。（5）性能参数固含量：物品在规定条件下烘干后剩余部分占总量的百分数 分子量：分子相对质量电荷度:PAM中所带电荷的密度（重量百分比、mol百

21、分比、eq/g)，阴离子又称水解度。有效聚合物含量:即PAM在产品中的含量溶解性：在水中溶解速度的快慢（6）影响因素絮凝剂的性质与结构:离子性、分子结构，一般不同类型的水或污泥要选择不同的药剂。相对分子量：作为絮凝作用，一般而言，分子量越高，效果越好。电荷度：要根据水或污泥的类型和性质选择不同药剂水或污泥的最佳PH 非离子型 弱酸-弱碱（5-9） 阴离子型 中性-中碱性（7-9） 阳离子型 弱酸性-中性（5-7）配置絮凝剂的水质和配置设备：避免铁离子进入。储存和放置的时间和环境:干粉在干燥阴凉的环境下1年，溶解后，阴非离子最好不要超过3天，阳离子不宜超过1天。（7）使用方法溶解浓度和使用浓度：

22、 絮凝剂使用形式一般为稀溶液（阴、非离子一般在0.05%-0.1%，阳离子为0.1%-0.3%）理论上讲，浓度越低分子链越易伸展，处理效果越好。但在实际使用过程中，如药剂初始配制浓度太低，一方面，溶液浓度越低，稳定性越差；另一方面，配制设备体积太大。所以使用前一般先按0.3-0.5%的浓度配制，使用时一般要二次稀释为0.1%-0.2%左右的浓度使用方法A.对于阴、非离子产品使用中性不含盐类和杂质的水为宜，对阳离子最好使用pH值小于6.5的酸性水为宜；使用时应调整被处理液的pH值，使本系列产品充分发挥作用（通过试验确定最佳pH值和产品的用量）；B.高分子絮凝剂产品（粒状干粉）溶解时首先要经过溶胀

23、阶段，故加入速度过快会出现结团现象，形成“鱼眼”，堵塞加药管路，发生操作障碍，故须少量徐徐均匀地将干粉产品撒入搅拌的水中，切忌颠倒加入顺序；C.加入本系列产品溶液时，应加速与被处理液的混合，出现絮凝物后，减缓搅速，以利絮凝物增长和加速沉降，强力搅拌会使絮凝剂机械降解，影响使用效果，一般搅拌速度以100-300rpm为宜，溶解好的絮凝剂用螺杆泵，隔膜泵等低剪切泵输送；D.本系列产品溶液应即配即用，阳离子絮凝剂产品配制后放置不要超过一天；阴、非离子絮凝剂产品配制后放置不要超过三天。另外，铁离子是造成所有聚丙烯酰胺化学降解的催化剂，因此，在配制、转移、贮存本产品时，要尽量避免铁离子进入，与溶液接触的

24、设备最好用不锈钢、塑料、玻璃或表面涂树脂的碳钢制造；E部分产品与无机混凝剂复合使用处理废水时，应先加入无机混凝剂，待出现明显的矾花时（一般相隔时间为30-60秒左右），再加入本系列产品，不能颠倒顺序；也不可同时一并加入。（8）城市污水处理工艺流程（9）污泥脱水设备原理简述：卧螺离心机由转鼓、螺旋输送器、差速器、主轴承、底架、液固相收集腔、上盖、电机传动装置、变频器等部件组成。该机的工作原理是：卧螺通过变频器逐步升速，在主、副带轮的带动下，转鼓与差速器的输入轴达到额定转速n1，n2，由于差速器的作用，使螺旋产生一个超前转鼓的稳定差转速n，以实现螺旋卸料功能， 机器转速稳定后悬浮液由高位槽或进料泵、流