新型两性型壳聚糖基絮凝剂的絮凝性能研究及分形理论对絮凝动力学模型的修正

新型两性型壳聚糖基絮凝剂的絮凝性能研究及分形理论对絮凝动力学模型的修正一、本文概述本文旨在深入研究新型两性型壳聚糖基絮凝剂的絮凝性能，并探讨分形理论在修正絮凝动力学模型中的应用。壳聚糖作为一种天然高分子化合物，具有良好的生物相容性和环境友好性，因此在水处理、食品加工等领域具有广泛的应用前景。传统的壳聚糖基絮凝剂在絮凝性能上存在一定的局限性，如絮体结构不稳定、沉降速度慢等问题。为此，本文旨在通过制备新型两性型壳聚糖基絮凝剂，改善其絮凝性能，并进一步优化絮凝过程。在研究过程中，我们将首先通过化学改性等方法，合成出具有两性离子特性的壳聚糖基絮凝剂。随后，通过一系列实验，研究该新型絮凝剂在不同水质条件下的絮凝效果，包括絮体形态、沉降速度、浊度去除率等指标。同时，为了更好地理解絮凝过程中的动力学行为，我们将引入分形理论，对传统的絮凝动力学模型进行修正。分形理论作为一种描述自然界复杂现象的有效工具，能够揭示絮凝过程中絮体结构的自相似性和多尺度特性。通过分形理论的应用，我们可以更准确地描述絮体的生长和破碎过程，从而建立更加符合实际的絮凝动力学模型。这将有助于我们更好地理解絮凝机理，优化絮凝条件，提高水处理效率。本文旨在通过制备新型两性型壳聚糖基絮凝剂，研究其絮凝性能，并结合分形理论对絮凝动力学模型进行修正。这将为壳聚糖基絮凝剂的应用提供理论基础和技术支持，促进水处理技术的创新与发展。二、新型两性型壳聚糖基絮凝剂的研究三、絮凝性能研究本节主要探讨新型两性型壳聚糖基絮凝剂在絮凝过程中的性能表现。研究将围绕絮凝剂的制备、表征及其在不同条件下的絮凝效果展开，并结合分形理论对絮凝动力学模型进行修正，以期为两性型壳聚糖基絮凝剂的应用提供理论依据。新型两性型壳聚糖基絮凝剂的制备采用接枝共聚方法，通过在壳聚糖分子链上引入阳离子和阴离子基团，以增强絮凝剂的电中和能力和吸附架桥能力。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、射线衍射（RD）和扫描电子显微镜（SEM）等技术对絮凝剂的结构、形态和表面特性进行表征。通过改变絮凝剂用量、pH值、温度等条件，研究新型两性型壳聚糖基絮凝剂在不同情况下的絮凝效果。采用絮凝率、Zeta电位和絮体大小等指标评价絮凝性能。研究结果表明，新型两性型壳聚糖基絮凝剂具有较好的絮凝效果，尤其在处理高浊度水样时，絮凝效果显著。分形理论为研究絮凝过程提供了新的视角。本研究采用分形维数来描述絮体的结构复杂度和絮凝动力学过程。通过对絮体形态的分形分析，建立了一种基于分形理论的絮凝动力学模型。该模型考虑了絮体生长过程中的分形特征，能更准确地描述絮凝剂的絮凝过程。基于分形理论的絮凝动力学模型，本研究对传统絮凝动力学模型进行了修正。修正后的模型引入了分形维数，能够更准确地预测絮凝过程中絮体大小和絮凝速率的变化。通过实验数据验证，修正后的模型在预测絮凝性能方面具有更高的准确性。本研究的絮凝性能研究结果揭示了新型两性型壳聚糖基絮凝剂在不同条件下的絮凝效果，并通过分形理论对絮凝动力学模型进行了修正，为絮凝剂的应用提供了理论支持。后续研究将进一步探讨絮凝剂的规模化应用及其对环境的影响。四、分形理论在絮凝动力学模型中的应用分形理论作为一种强大的工具，为我们理解复杂系统的结构和行为提供了新的视角。在新型两性型壳聚糖基絮凝剂的絮凝过程中，分形理论的应用进一步加深了我们对絮凝动力学模型的理解。传统的絮凝动力学模型通常基于简单的球形或规则形状的颗粒假设，然而在实际应用中，由于颗粒形状的不规则性、表面电荷分布的不均匀性等因素，这些模型往往无法准确描述实际的絮凝过程。分形理论的引入，使得我们可以从更微观、更复杂的角度来描述和预测絮凝过程。分形理论在絮凝动力学模型中的应用主要体现在两个方面：一是对颗粒形状和结构的描述，二是对絮凝过程动力学的模拟。分形理论通过分形维数等参数，可以更准确地描述颗粒的形状和结构。这些参数不仅包含了颗粒的大小信息，还包含了颗粒的复杂形状和表面结构信息。这些信息对于理解颗粒间的相互作用、预测絮凝效果具有重要意义。分形理论还可以用于模拟和预测絮凝过程的动力学行为。通过将分形参数引入传统的动力学模型，我们可以更准确地描述颗粒间的碰撞、聚集和破碎等过程，从而更准确地预测絮凝效果。分形理论还可以帮助我们理解絮凝过程中的一些特殊现象，如“桥接”和“网捕”等。这些现象在传统的动力学模型中往往难以描述，但在分形理论的框架下，我们可以更深入地理解这些现象的本质和机制。分形理论在新型两性型壳聚糖基絮凝剂的絮凝动力学模型中的应用，不仅可以提高模型的准确性和预测能力，还可以帮助我们更深入地理解絮凝过程的本质和机制。这对于优化絮凝剂的设计、提高絮凝效果、降低环境污染等方面都具有重要的意义。五、分形理论对絮凝动力学模型的修正分形理论，由Mandelbrot在20世纪70年代首次提出，是研究自然界和数学中非规则几何形态的一种理论。在絮凝过程中，颗粒的形成和聚集往往呈现出自相似性和尺度不变性，这些特性可以通过分形维度来描述。分形维度的引入，为理解絮凝动力学提供了新的视角。在新型两性型壳聚糖基絮凝剂的研究中，分形理论被用于描述絮体结构的复杂性和絮凝过程中颗粒的聚集行为。通过分形分析，可以更准确地描述絮体的生长过程和结构特性，进而优化絮凝动力学模型。分形维度的测定通常采用显微镜成像结合图像分析的方法。通过对絮体形态的图像进行处理，可以计算出絮体的分形维度。这种方法为定量分析絮体结构提供了可能，有助于更准确地描述絮凝过程。基于分形理论，可以对传统的絮凝动力学模型进行修正。传统的模型往往假设絮体为规则的几何形态，而分形理论的引入使得模型能够更好地反映絮体的实际形态和结构。修正后的模型能够更准确地预测絮凝剂的效果和絮凝过程的时间尺度。通过实验室规模的絮凝实验，验证了分形理论修正后的絮凝动力学模型的准确性。实验结果表明，修正后的模型能够更好地预测絮凝剂的絮凝效果，特别是在处理复杂水质和不同类型的悬浮颗粒时。通过进一步的实验数据分析和模型参数优化，可以进一步提高模型的预测精度和适用性。分形理论的引入为新型两性型壳聚糖基絮凝剂的絮凝动力学研究提供了新的视角和方法。通过修正传统的絮凝动力学模型，可以更准确地预测絮凝过程，优化絮凝剂的使用。未来的研究可以进一步探索分形理论在絮凝过程中的应用，以及如何将其与其他理论相结合，以实现对絮凝过程的更全面理解。这一部分的内容旨在深入探讨分形理论在絮凝动力学模型修正中的应用，并展示其在实际絮凝过程中的重要性和有效性。通过这样的分析，文章能够提供对新型两性型壳聚糖基絮凝剂性能的全面理解。六、实验部分实验所用的主要材料包括壳聚糖，经过特定方法改性后得到的新型两性型壳聚糖基絮凝剂。实验中使用的试剂包括人工配制的模拟废水，其中包括各种悬浮颗粒和溶解性有机物，以及用于性能评估的标准物质。所有试剂均为分析纯，实验用水为去离子水。实验过程中使用的主要仪器和设备包括电子天平、pH计、搅拌器、离心机、粒度分析仪、紫外可见分光光度计、动态光散射仪、电导率仪等。这些设备用于测量废水的初始和最终性质，以及评估絮凝剂的性能。详细描述了制备新型两性型壳聚糖基絮凝剂的方法，包括壳聚糖的改性过程、反应条件（如温度、pH、时间等）、反应物的摩尔比等。通过向模拟废水中加入不同剂量的新型两性型壳聚糖基絮凝剂，观察并记录絮凝过程。实验过程中，控制搅拌速度和时间，以及pH值等关键因素。通过离心分离得到上清液，测定其浊度、有机物含量等指标，评估絮凝效果。利用分形理论，对絮凝过程中形成的絮体进行形态分析。通过粒度分析仪和动态光散射仪等设备，测量絮体的尺寸分布和动态行为。结合分形理论，建立絮凝动力学模型，并对模型进行修正，以更准确地描述絮凝过程。实验数据采用统计软件进行处理和分析。通过绘制图表，直观地展示絮凝剂投加量、废水性质与絮凝效果之间的关系。利用分形理论修正后的絮凝动力学模型，对实验数据进行拟合和预测，验证模型的准确性和适用性。七、结果与讨论本研究制备的新型两性型壳聚糖基絮凝剂，经过一系列实验验证，展现出优异的絮凝性能。通过对比实验，发现该絮凝剂在处理多种水样时，其絮凝效果明显优于传统絮凝剂。特别是在处理含有高浓度悬浮物的废水时，其絮凝效果尤为显著，有效地提高了废水的处理效率。在实验中，我们观察到该絮凝剂在适宜的pH条件下，能够快速形成大而紧密的絮体，这对于后续的固液分离过程极为有利。该絮凝剂还显示出良好的耐盐性和耐温性，使其在实际应用中具有更广泛的适用性。为了更深入地理解该絮凝剂的絮凝机理，我们运用分形理论对絮凝动力学模型进行了修正。通过对比实验数据与修正后的模型预测值，我们发现修正后的模型能够更好地描述絮凝过程的动力学行为。这一结果证明了分形理论在絮凝动力学模型修正中的有效性，为未来的絮凝剂研究和设计提供了新的思路和方法。在讨论部分，我们探讨了该絮凝剂在实际应用中可能遇到的挑战和解决方案。例如，在实际废水处理过程中，水质的波动可能会对絮凝效果产生影响。未来的研究可以进一步优化絮凝剂的配方和制备工艺，以提高其对不同水质条件的适应性。我们还可以通过改进固液分离技术，进一步提高废水处理的整体效率。本研究制备的新型两性型壳聚糖基絮凝剂在废水处理中表现出优异的性能，且通过分形理论对絮凝动力学模型的修正，我们对絮凝过程的理解更加深入。这为未来的絮凝剂研究和应用提供了新的方向。八、结论与展望本研究对新型两性型壳聚糖基絮凝剂的絮凝性能进行了深入研究，并通过分形理论对传统的絮凝动力学模型进行了修正。实验结果表明，新型两性型壳聚糖基絮凝剂在多种水质条件下均表现出优异的絮凝效果，其性能优于传统的无机和有机絮凝剂。分形理论的应用使得我们对絮凝过程中颗粒的聚集行为有了更深入的理解，修正后的絮凝动力学模型能更准确地描述絮凝过程，为絮凝剂的设计和优化提供了新的理论依据。尽管新型两性型壳聚糖基絮凝剂展现出了良好的应用前景，但仍有许多方面值得进一步研究和探索。对于絮凝剂的制备工艺，可以进一步优化以提高其稳定性和降低成本，从而推动其在工业水处理中的广泛应用。可以进一步深入研究分形理论在絮凝过程中的应用，探索更多可能影响絮凝效果的因素，如水质条件、絮凝剂投加量等。随着环保要求的不断提高，开发高效、环保、低成本的絮凝剂将成为未来的研究重点。我们期待通过不断的研究和创新，为水处理领域的发展做出更大的贡献。参考资料：壳聚糖作为一种天然高分子材料，具有优良的生物相容性和生物降解性，因此在环境保护、生物医学等领域得到了广泛的应用。壳聚糖及其衍生物在水处理领域具有潜在的应用价值，可作为絮凝剂、吸附剂、澄清剂等。纯壳聚糖的絮凝性能受到其分子量、取代基种类和浓度等因素的影响，仍存在一定的局限性。对壳聚糖进行改性以提高其絮凝性能具有重要意义。本文旨在研究壳聚糖改性絮凝剂的絮凝性能，通过对其结构进行改性，以期获得一种具有优良絮凝效果、低毒或无毒、易于生物降解的环保型絮凝剂。这对于提高水处理效率、降低处理成本、保护环境等方面都具有重要的实际应用价值。我们将对壳聚糖的结构和性质进行详细的了解。这包括研究壳聚糖的分子结构、化学性质、物理性质以及其在不同环境条件下的行为等。在此基础上，我们将探索如何对壳聚糖进行改性。通过选择不同的改性方法，制备出具有不同化学结构和物理性质的新型壳聚糖絮凝剂。制备出不同改性的壳聚糖絮凝剂后，我们将详细研究它们的絮凝性能。通过实验测定不同因素如絮凝时间、絮凝效果、投加量等指标，分析各种改性壳聚糖絮凝剂的优劣。我们将对实验结果进行分析和讨论。通过对比不同改性壳聚糖絮凝剂的性能，找出影响絮凝效果的关键因素，并探讨其作用机理。同时，我们还将对实验结果进行归纳总结，提出进一步优化改性壳聚糖絮凝剂的建议。通过对壳聚糖进行改性，我们成功地制备出了一系列新型壳聚糖絮凝剂，并对其絮凝性能进行了详细的实验研究。实验结果表明，经过改性的壳聚糖絮凝剂在絮凝时间、絮凝效果等方面均优于未改性的壳聚糖。我们还发现改性方法和添加的改性剂对壳聚糖絮凝剂的性能有着显著的影响。这一研究结果为进一步优化壳聚糖絮凝剂的性能提供了重要的理论依据和实践指导。在未来的研究中，我们将进一步探讨壳聚糖絮凝剂的机理及其在不同水处理场合中的应用。我们将继续研究新型的改性方法及改性剂，以期在提高絮凝性能的实现壳聚糖絮凝剂的低毒或无毒化，推动其在环境保护领域的广泛应用。本文通过对壳聚糖改性絮凝剂的絮凝性能进行研究，不仅有助于更好地理解壳聚糖及其衍生物在水处理中的作用，也为开发出更高效、更环保的水处理材料提供了新的思路和方法。絮凝剂按照其化学成分总体可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类。其中无机絮凝剂又包括无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂；有机絮凝剂又包括合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。.理论基础是：“聚并”理论，絮凝剂主要是带有正（负)电性的基团和水中带有负(正）电性的难于分离的一些粒子或者颗粒相互靠近，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。絮凝剂主要应用于给水和污水处理领域。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(致畸、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。主要分为两大类别：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。无机絮凝剂包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等，其中硫酸铝最早是由美国开发的，并一直沿用至今的一种重要的无机絮凝剂。常用的铝盐有硫酸铝AL2(SO4)18H2O和明矾AL2(SO4)K2SO24H2O，另一类是铁盐有三氯化铁水合物FeCL6H2O.硫酸亚铁水合物FeSO7H2O和硫酸铁。简单的无机聚合物絮凝剂，这类无机聚合物絮凝剂主要是铝盐和铁盐的聚合物。如聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合氯化铁(PFC)以及聚合硫酸铁(PFS)等。无机聚合物絮凝剂之所以比其它无机絮凝剂效果好，其根本原因在于它能提供大量的络合离子，且能够强烈吸附胶体微粒，通过吸附、桥架、交联作用，从而使胶体凝聚。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δ电位，使胶体微粒由原来的相斥变为相吸，破坏了胶团稳定性，使胶体微粒相互碰撞，从而形成絮状混凝沉淀，沉淀的表面积可达(200～1000)m2/g，极具吸附能力。灰白色粉末或正交棱形结晶流动浅黄色粉末。对光敏感。易吸湿。在水中溶解缓慢，但在水中有微量硫酸亚铁时溶解较快，微溶于乙醇，几乎不溶于丙酮和乙酸乙酯。在水溶液中缓慢地水解，相对密度(d18)097，热至480℃分解。商品通常约含20%水呈浅黄色，也有含9分子结晶水的，相对密度1，175℃失去7分子结晶水。用于银的分析，糖的定量测定。用作染料。墨水。净水。铝的雕刻。消毒。聚合催化剂等。极易溶于水，硫酸铝在纯硫酸中不能溶解（只是共存），在硫酸溶液中与硫酸共同溶解于水，所以硫酸铝在硫酸中溶解度就是硫酸铝在水中的溶解度。常温析出含有18分子结晶水，为18水硫酸铝，工业上生产多为18水硫酸铝。含无水硫酸铝3%，即使100℃也不会自溶（溶于自身结晶水）。不易风化而失去结晶水，比较稳定，加热会失水，高温会分解为氧化铝和硫的氧化物。加热至770℃开始分解为氧化铝、三氧化硫、二氧化硫和水蒸气。溶于水、酸和碱，不溶于乙醇。水溶液呈酸性。水解后生成氢氧化铝。水溶液长时间沸腾可生成碱式硫酸铝。工业品为灰白色片状、粒状或块状，因含低铁盐而带淡绿色，又因低价铁盐被氧化而使表面发黄。粗品为灰白色细晶结构多孔状物。无毒，粉尘能刺激眼睛。溶于水后能使水中的细小微粒和自然胶粒凝聚成大块絮状物，从而自水中除去，故用作供水和废水的混凝剂；用作浊水净化剂，也用作沉淀剂、固色剂、填充剂等。在化妆品中用作抑汗化妆品原料（收敛剂）；燃料工业中，在生产铬黄和色淀染料时作沉淀剂，同时又起固色和填充剂作用。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。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2×10，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，同时由于的参与使矾花的体积、密度增加，絮凝效果提高。聚磷氯化铝(PPAC)也是基于磷酸根对聚合铝(PAC)的强增聚作用，在聚合铝中引入适量的磷酸盐，通过磷酸根的增聚作用，使得PPAC产生了新一类高电荷的带磷酸根的多核中间络合物。聚硅酸铁(PSF)它不仅能很好地处理低温低浊水，而且比硫酸铁的絮凝效果有明显的优越性，如用量少，投料范围宽，矾花形成时间短且形态粗大易于沉降，可缩短水样在处理系统中的停留时间等，因而提高了系统的处理能力，对处理水的pH值基本无影响。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。其有效铁铝含量(AL2O3+Fe2O3)大于22%，产品吸湿性强。研究表明：在聚合氯化铝的(PAC)的有效铝含量大于PAFCS有效铝铁含量的情况下，PAFCS在污水处理中有着比明矾更好的结果;在含油废水中及印染废水中PAFCS比PAC的效果均优，且脱色能力也强。絮凝物比重大、絮凝速度快、易过滤、出水率高，其原料均于工业废渣，成本较低，适合废水处理。聚合聚铁硅絮凝剂也是其中之一，采用其处理生活污水，其处理效果及COD去除率均优于聚合铁，除浊率达99%以上，脱色率65%～70%，COD去除率达70%，同时可除去生活污水中的大部分氨氮和全部磷。铝铁共聚复合絮凝剂也属于这类产品，它的生产原料氯化铝和氯化铁均是廉价的传统的无机絮凝剂，来源广、生产工艺简单，有利于开发利用。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。其中铝铁共聚复合絮凝剂中铁的含量及形态分布对絮凝性能的影响有待于进一步研究，共聚物的pH值由PAC和FeCL3溶液的水解能力决定，对应溶液的pH值在其两种母液之间，视其中铝盐或铁盐含量的多少而定。聚合硫酸铁是一种多羟基、多核结合体的阳离子型无机高分子絮凝剂，它可以与水以任意比例快速混合，它比一般的无机混合凝剂有较大的分子量，用作水处理剂时，具有较强的吸附、絮桥、凝聚沉淀性能，且絮凝体形成大而快，絮体不易破碎，重凝性能好，沉淀后的水过滤快，净水PH值范围宽等优点。聚合氯化铝属于无机混凝剂。主要是饮用水处理，市政污水处理以及造纸印染废水处理。其价格低，市场应用范围广。聚合氯化铝铁加入单质铁离子或三氧化铁和其它含铁化合物复合而制得的一种新型高效混凝剂。主要用于饮用水以及工业废水处理。无机絮凝剂的优点是比较经济、用法简单;但用量大、絮凝效果低，而且存在成本高、腐蚀性强的缺点。有机高分子絮凝剂是20世纪60年代后期才发展起来的一类新型废水处理剂。与传统絮凝剂相比，它能成倍的提高效能，且价格较低，因而有逐步成为主流药剂的趋势。加上产品质量稳定，有机聚合类絮凝剂的生产已占絮凝剂总产量30%～60%。某些天然的高分子有机物例如含羧基较多的多聚糖和含磷酸基较多的淀粉都有絮凝性能。用化学方法在大分子中引入活性基团可提高这种性能，如将一种天然多糖进行醚化反应引入羧基、酰胺基等活性基团后，絮凝性能较好，可加速蔗汁沉降。将天然的高分子物质如淀粉、纤维素、壳聚糖等与丙烯酰胺进行接枝共聚，聚合物有良好的絮凝性能，或兼有某些特殊的性能。国内研制的一些产品，主要应用于污水处理和污泥脱水。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。有机絮凝剂有不少品种。它们都是含有大量活性基团的高分子有机物，主要有三大类：以天然的高分子有机物为基础，经过化学处理增加它的活性基团含量而制成。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：(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-、-SO-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，在处理炼油废水上有不错的效果。在国内水处理中使用最广泛的絮凝剂，是合成的聚丙烯酰胺系列产品，主要分为阴离子型，阳离子型，非离子型和两性离子型。聚丙烯酰胺(polyacrylamide)，常简写为PAM（的丙烯酰胺和丙烯酸钠经过共聚反应生成的高分子产物，有一系列的产品。聚丙烯酰胺按分子量的大小可分为超高相对分子量聚丙烯酰胺、高相对分子量聚丙烯酰胺、中相对分子量聚丙烯酰胺和低相对分子量聚丙烯酰胺。超高相对分子量聚丙烯酰胺主要用于油田的三次采油，高相对分子量聚丙烯酰胺主要用做絮凝剂，中相对分子量聚丙烯酰胺主要用做纸张的干强剂，低相对分子量聚丙烯酰胺主要用做分散剂。聚丙烯酰胺属于高分子聚合物。专业针对各种难以处理的废水的处理以及污泥脱水的处理。(污泥脱水一般采用阳离子聚丙烯酰胺)在市政污水以及造纸印染行业的污泥处理中，应用广泛。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。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。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。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。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。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。有机无机复合絮凝剂以品种多样和性能多元化占主导地位。作用机理主要与协同作用相关。无机高分子成分吸附杂质和悬浮微粒，使形成颗粒并逐渐增大;而有机高分子成分通过自身的桥联作用，利用吸附在有机高分子上的活性基团产生网捕作用，网捕其它杂质颗粒一同下沉。同时，无机盐的存在使污染物表面电荷中和，促进有机高分子的絮凝作用，大大提高絮凝效果。我国无机高分子絮凝剂的生产和应用已取得长足进展，最具有代表性的聚合氯化铝和聚合硫酸铁的研究，已居世界前列。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。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。微生物絮凝剂的研究者早就发现，一些微生物如酵母、细菌等有细胞絮凝现象，但一直未对其产生重视，仅是作为细胞富集的一种方法。近十几年来，细胞絮凝技术才作为一种简单、经济的生物产品分离技术在连续发酵及产品分离中得到广泛的应用。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，Nakamuraj.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(Aspergillussouae)AJ7002产生的絮凝剂效果最好。1985年，TakagiH等人研究了拟青霉素(Paecilomycessp.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。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。一些报道指出，水体中的阳离子，特别是Ca2+、Mg2+的存在能有效降低胶体表面负电荷，促进“架桥”形成。高浓度Ca2+的存在还能保护絮凝剂不受降解酶的作用。微生物絮凝剂高效、安全、不污染环境的优点，在医药、食品加工、生物产品分离等领域也有巨大的潜在应用价值。絮凝沉淀法是选用无机絮凝剂（如硫酸铝）和有机阴离子型絮凝剂聚丙烯酰铵（PAM）配制成水溶液加入废水中，便会产生压缩双电层，使废水中的悬浮微粒失去稳定性，胶粒物相互凝聚使微粒增大，形成絮凝体、矾花。絮凝体长大到一定体积后即在重力作用下脱离水相沉淀，从而去除废水中的大量悬浮物，从而达到水处理的效果。为提高分离效果，可适时、适量加入助凝剂。处理后的污水在色度、含铬、悬浮物含量等方面基本上可达到排放标准，可以外排或用作人工注水采油的回注水。絮凝剂是目前污水治理中应用最为广泛的一种药剂，絮凝过程是污水处理工艺中不可缺少的关键环节。按其化学成分可分为：无机盐类絮凝剂、有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。用户可以依据废水性质不同进行合理选择。絮凝剂与废水处理设备相结合，使废水处理效果更加，有效解决了废水处理难题。絮凝剂在废水处理中的应用有效的提升了污水处理速率，使废水处理效果显著。目前，该药剂在各行业废水处理中应用较为广泛，确保经大型污水处理设备处理后的水质能够符合国家规定排放标准，有效防止了水污染现状的恶化，确保生态环境可持续发展。有机高分子絮凝剂在处理炼油废水加入絮凝剂就是使水与杂质快速、比较彻底的分离开来。与有机高分子絮凝剂相比，微生物絮凝剂拥有絮凝范畴广、活性高、安全无毒、不污染环境等特色，而且使用条件细置，存在广谱絮凝活性，因而，能够普遍用于给水污水处理中。高浓度有机废水处理，高浓度有机废水主要包含畜产废水及其它一些食品及农厂废水，此类废水在生化处理之前正常添絮凝等预处理进程。微生物絮凝剂比SPA的絮凝动机更糟，借指没假如异时将微生物絮凝剂战大批SPA混杂先，错味精废水的预处理后果可退一步进步，且药剂的总投添质显明缩小。印染废水的穿色印染废水果其色泽浅，组总庞杂，露无染料、浆料、帮剂、纤维、因胶、蜡量、有机盐等多种物资，仍替邦内隐止产业废水乱理下的多少小困难之一。其处理易点一非COD高，而B/C值较老，可师化较差；二非色度高且组总庞杂。处理印染废水要害在于脱色，在各种处理方式外以絮凝法果其投资用度矮、装备占天多、处置容质小、脱色率高而被广泛采取。异聚铁种絮凝剂种相比微死物絮凝剂不仅具备良孬的絮凝积淀性能，而且存在良糟的穿色后果，在印染废火西无着正常絮凝剂不拥有的上风，絮凝剂。高淡度有机物悬浮废水的解决高淡度有机悬浮废水非一种不否熟化提系的废水，传统农艺正常采取化教絮凝及处理法。微熟物絮凝剂也否用于高岭洋、泥水浆、粉煤灰等水样处理外，在实验外通功用微师物絮凝及处理陶瓷厂废水，釉药废水战坯体废水。活性污泥解决零碎的效力常果污泥的轻提性能变差而下降，在活性污泥西参加微死物絮凝剂时，否使污泥容积指数能很速降落，预防污泥系絮，打消污泥收缩状况，主而恢回生性污泥重升才能，进步全部处置体系的效力。息替一种故型的絮凝剂，微熟物絮凝剂有着良糟的利用远景，未普遍运用于高淡度无机废水的解决、染料废火的穿色、活性污泥的处理等宝物处置西，并显示了强盛的性命力。用从城市生活污水中分离出的具有絮凝、降解作用的高效混合菌群对生活污水进行处理，可使污水COD和BOD的去除率达到100%。前者主要含有较多的黏土颗粒，后者除含黏土颗粒外，还有相当数量釉药。当添加NOC-1后5min，胚体废水的浊度从原来4降低到043；釉药废水的浊度从2下降到35；浊度去除率分别为6%和9%，可得到几乎透明的上清液用红平红球菌产生的絮凝剂处理瓦厂废水，处理后的上清液几乎是透明的。由于微生物絮凝剂具有安全、无毒的特性，逐渐在食品废水处理中被采用，并达到了满意的效果。微生物絮凝剂还可广泛应用于城市污水、医院污水、石化废水、造纸废液、制药废水等多方面的处理过程中。高效性及残留量不再造成2次污染，是今后絮凝剂研究发展的一个重要方向，安全、无毒、高效的微生物絮凝剂大有取代传统絮凝剂的趋势。废水处理中如何选择絮凝剂要根据具体行业的废水的特性来选择，同时还要看在哪个环节添加絮凝剂，做何用途。一般选择无机絮凝剂时要考虑废水的成分及PH等，然后选择最适合的一种（铁盐、铝盐或铁铝盐、硅铝盐、硅铁盐等）。在选择有机絮凝剂时（比如：聚丙烯酰胺PAM），主要是看要用到阴离子聚丙烯酰胺、阳离子聚丙烯酰胺还是非离子聚丙烯酰胺。阴离子聚丙烯酰胺依据水解度不同一般分弱阴、中阴、强阴。阳离子的选择一般用在污泥脱水方面，阳离子聚丙烯酰胺的选型很重要，城市污水处理厂一般用到中强阳离子聚丙烯酰胺，造纸、印染厂污泥脱水一般选择弱阳离子，医药废水一般选强阳离子等等。每一种废水都有它自己独有的特性，非离子聚丙烯酰胺主要是在弱酸性条件下使用，印染厂用到非离子PAM的比较多。所有的这些絮凝剂的选型都要根据试验才能确定，在试验中首先确定大致加药量，观察絮凝沉淀速度，核算处理成本，选择经济、适用的絮凝药剂。从絮凝剂的带电类型、电荷密度、分子量、分子结构剖析关于絮凝剂的分类情况，了解其概况，更加明晰的了解各种絮凝剂的应用情况，对污水絮凝剂的选择有了更明确的认识，根据污水中颗粒的类型来选择絮凝剂带电性。一般来讲，絮凝剂的带电性选择应该遵循如下絮凝剂带电电荷分布的密度表示，在絮凝剂使用量最少的情况下，获得最佳的絮凝效果所需要絮凝剂所带的正电荷或者负电荷的数量。电荷分布密度与污泥类型相关，市政污泥的电荷分布密度通常是污泥中有机物含量的函数，而有机物含量通常又与挥发份的含量有关，挥发份含量越高，则需要带电量越高的絮凝剂。分子量的选择取决于脱水处理所用设备的类型，同时分子量也表示了聚合物链的长度。对于离心机式的脱水处理设备：聚合物的分子量越大越好，因为在进行离心脱水处理工程中，絮团将受到一个很大的剪切力的作用。对于过滤式的脱水处理设备：选择分子量较低到中等分子量之间的絮凝剂就可以满足要求，同时可以得到一个良好的虑水功能。絮凝剂分子结构的选择取决于所要求的脱水性能。阳离子絮凝剂的分子结构分为：线性结构、支状结构、交联网状结构从以上几个方面我们不难发现，絮凝剂的选择是有很大的规律性的，只要我们用心去观察其规律，在日常应用中去总结，发现每一种废水都有其特定的那一种或几种絮凝剂可以满足污水处理絮凝或脱水状况。絮凝剂在不良条件下发生的导致絮凝性能下降的变化，通称为降解作用(degradation)，具体表现为分子量下降、溶液粘度降低、絮凝性能变差甚至失效。可能产生这种作用的因素很多。就此而言，高分子量的pam是相当“娇气”的物质。而且，pam的分子量越高，越容易产生这些变化，对有关的因素就越敏感。必须十分重视这个问题，否则再好的絮凝剂也不能取得良好效果。现代的聚丙烯酰胺产品的分子量很高，这是它具有良好絮凝性能的基础。但是这种絮凝剂的大分子容易受到外界因素的影响而破坏，使它的性能大大下降。絮凝剂的配制和使用过程必须认真防止出现这个问题。机械的作用：高速搅拌或在溶液中施加强烈的机械剪切，都会使大分子断裂。如将pam溶液在离心泵内搅几秒钟，其分子量下降达75%。如用高速搅拌溶解或高速设备输送，都会明显降低它的分子量和絮凝性能。铁锈和铁化合物：在pam溶液中加入很微量(如2mg/l)的铁化合物(如fecl3)，或微量的铁锈粉末，轻微搅拌使之分散，pam溶液的粘度和絮凝性能便大幅度降低。将pam溶液置于生锈的铁器中，4小时后粘度下降78%，絮凝效能大大降低。高温的作用：pam大分子对高温很敏感，如1%的pam溶液在80℃下放4小时，分子量由2100万降至760万，在50℃下放置亦降至1690万；分子量为1050万的pam，在80℃下放置4小时后分子量降到330万。如在30℃下，分子量下降很慢。若pam原来的分子量很低，如370万，则受热的降解很少。并存杂质的影响：pam溶液中如有悬浮杂质会降低它的粘度。无机离子特别是高价离子也有很大影响。如一种pam溶液的粘度为191厘泊，加入含na+100mg/l的nacl后，溶液粘度降至140，而加入含ca2+100mg/l的cacl2后，粘度降至30厘泊。其他：紫外线照射会使pam迅速降解，强烈照射4小时可使pam的分子量由1800万下降到1000万，溶液中存有氧化剂亦加速降解。pam的降解属于通过游离基的链式反应(freeradicalchainreaction)，凡是能引发产生游离基的因素都会加速pam的降解。氧和铁的反应能生成游离基，紫外线也是都要注意避免。pam溶液的性能下降，部分是由于大分子形态的变化：由线形伸张的长链状变为收缩卷曲的球状。pam分子中含有大量的负电基，它们互相排斥而使大分子呈伸展状态，分子较长并充分露出活性基团，善于起架桥联结作用，絮凝性能较好。但是如果pam溶液中存有较多阳离子，它们在大分子负电基的周围形成双电层，就会减弱负电基之间的相斥力，使pam大分子转变成卷曲状态。离子浓度越高，这种影响越大。双价离子如ca2+不但较强烈地被负电基吸附，而且可能使两个负电基桥联起来，更增强了大分子的卷缩。这既造成了溶液粘度下降(球状大分子的溶液粘度比线状分子低很多)，而且也降低了pam分子中羧基的有效活性，使絮凝性能明显下降。先进行实验室分析，如果悬浮物质固液相面电位为阴性（一般情况下为阴性），可以采用PAC+CPAM方案。确定PAC的用量：也需要先在试验室内做一个用量试验，确定PAC单独使用时的用量与去浊效果曲线。如果PAC单独使用时候的最佳效果下添加量为A，则可以将实际使用量定为A值的1/4--1/3，而剩余的工作交给CPAM来完成。试验室确定PAC与CPAM的添加比例：就是在PAC使用量为A值的1/3情况下，确定需要多少CPAM来将PAC的凝聚效果桥联起来最合适。通过实验，确定PAC与CPAM的添加使用比例。以上几步，将使污水处理企业获得最佳效果与最低的絮凝成本。也是一致公认的高效，低成本组合。影响絮凝效果的因素是多方面的，主要有絮凝剂的种类、浓度、用量、混凝处理时的搅拌状况、ph值、温度及其变化等，应该根据具体情况采用不同的对策。絮凝剂的种类和用量：对不同的废水应该选用不同的絮凝剂。絮凝剂的用量在很大程度上影响絮凝的效果，过量与不足都将导致溶胶粒子的分散和稳定，因此都应该通过实验确定最佳投加量。搅拌与反应时间的影响：把一定的絮凝剂投加到废水中后，首先要使絮凝剂迅速、均匀地扩散到水中。絮凝剂充分溶解后，所产生的胶体与水中原有的胶体及悬浮物接触后，会形成许许多多微小的矾花，这个过程又称混合。混合过程要求水流产生激烈的湍流，在较快的时间内使药剂与水充分混合，混合时间一般要求几秒到2分钟。ph值、碱度的影响：ph值对絮凝剂操作具有很大的影响，所以废水进行絮凝处理时，必须充分注意其有效的ph值范围。有机高分子絮凝剂对ph值的限制不太严格，但ph值偏小时对絮凝剂的絮凝效果有较大的影响。无机絮凝剂对废水的ph值比较敏感，由于絮凝剂水解反应不断产生氢离子，因此要保持水解反应充分进行。温度的影响：水温对絮凝效果也有影响，无机絮凝剂的水解反应是吸热反应，水温低时不利于絮凝剂的水解，水的黏度也与水温有关，如果水温低时水的黏度大，致使水分子的布朗运动减弱，不利于水中污染物质胶体的脱稳与絮凝，因而絮凝体形成不易。因此冬天絮凝剂使用量要比夏天多。温度升高有利于胶体间的碰撞而产生凝聚，但温度超过90摄氏度易使絮凝剂老化或分解产生不溶性物质，反而降低絮凝效果。共聚法相比，一般水解法制备的产物水溶性去屑因子（HD)不高，低于30%，理论上HD大于70%的产物应通过共聚法制取，该法对水解温度和事件有一定要求，同时水解过程中易发生大分子降解。天津大学的冀兰英等人采用水解剂NaOH、Na2CO3对水解法进行研究，发现NaOH不但有加速水解的作用，还有加深水解的作用。如果要值得低水解度（<10%）的胶乳可用NaOH为水解剂，要制中水解度（大于10%）的胶乳，最好用NaOH和Na2CO3共水解，从而可在较短时间内达到较高水解值。近些年，高相对分子质量特别是超高相对分子质量丙烯酸、丙烯酰胺聚合物在三次采油方面具有无可争议的作用。与水解法相比，共聚法制得的AA/AM共聚物一般相对分子质量不高，水溶性不好，故而超高相对分子质量AA/AM共聚物多用水解法制备。季鸿渐、孙占维等人建立了丙烯酰胺水溶液聚合的潜在型引发体系，研究了在碳酸盐法聚合体系，添加不同量氨、尿素、EDTA-2Na，以及聚合体系PH值、单体浓度、聚合水浴温度对