Что такое флокулянт?

1. Что такое флокулянт?

В качестве средства усиления разделения твердой и жидкой фаз при очистке сточных вод флокулянты могут использоваться для усиления первичного осаждения сточных вод, флотационной обработки и вторичного осаждения после метода активного ила, а также могут использоваться для доочистки или доочистки сточных вод. сточные воды.При использовании для кондиционирования избыточного ила перед обезвоживанием флокулянты и коагулянты становятся кондиционерами ила или обезвоживающими агентами.

Механизм действия флокулянта: коллоидные частицы в воде малы, поверхность гидратируется и заряжается, чтобы сделать ее стабильной, а флокулянт гидролизуется в заряженный коллоид и окружающие его ионы с образованием мицеллы со структурой двойного электрического слоя. после добавления в воду.

Метод быстрого перемешивания после введения используется для повышения вероятности столкновения и увеличения количества мицелл, образованных гидролизом коллоидных частиц примесей в воде и флокулянте.Частицы примесей в воде сначала теряют устойчивость под действием флокулянта, затем слипаются друг с другом в более крупные частицы, а затем оседают или всплывают в сепараторе.

Произведение GT градиента скорости G, создаваемого при перемешивании, и времени перемешивания T может косвенно представлять общее количество столкновений частиц за все время реакции, а эффект реакции коагуляции можно контролировать, изменяя значение GT.Как правило, значение GT регулируется в диапазоне от 104 до 105. Учитывая влияние концентрации примесных частиц на столкновение, значение GTC можно использовать в качестве контрольного параметра для характеристики эффекта коагуляции, где C представляет собой массовую концентрацию примесных частиц в сточных вод, и рекомендуется, чтобы значение GTC было в пределах 100 или около того.

Процесс быстрой диффузии флокулянта в воду и смешивания его со всеми сточными водами называется смешиванием.Частицы примесей в воде взаимодействуют с флокулянтом, и посредством таких механизмов, как сжатие двойного электрического слоя и электрическая нейтрализация, стабильность теряется или снижается, и процесс образования микрохлопьев называется агломерацией.Процесс агломерации с образованием микрохлопьев при перемешивании кольматантов и потока воды, за счет адсорбционного кольматирования и улавливания осадка сеткой и т.п., перерастает в крупные хлопья, что называется флокуляцией.Смешивание, коагуляция и флокуляция вместе называются коагуляцией.Процесс смешивания обычно завершается в смесительном резервуаре, а коагуляция и флокуляция осуществляются в реакционном резервуаре.

2. Типы флокулянтов

Флокулянты представляют собой класс веществ, которые могут снижать или устранять устойчивость к осаждению и полимеризационную стабильность диспергированных частиц в воде, а также заставлять диспергированные частицы агломерироваться и флоккулировать в агрегаты для последующего удаления.По химическому составу флокулянты можно разделить на три категории: неорганические флокулянты, органические флокулянты и микробные флокулянты.

Ниже в основном представлены наиболее часто используемые неорганические и органические флокулянты:

Неорганические флокулянты включают соли алюминия, соли железа и их полимеры.

Органические флокулянты можно разделить на анионные, катионные, неионогенные, амфотерные и другие типы в зависимости от зарядовых свойств заряженных групп полимеризуемых мономеров.По источникам их можно разделить на две категории: синтетические и натуральные полимерные флокулянты..

3. Неорганические флокулянты

Традиционными неорганическими флокулянтами являются низкомолекулярные соли алюминия и соли железа.Соли алюминия в основном включают сульфат алюминия (AL2(SO4)3∙18H2O), квасцы (AL2(SO4)3∙K2SO4∙24H2O), алюминат натрия (NaALO3), соли железа в основном включают хлорид железа (FeCL3∙6H20), сульфат железа ( FeSO4∙6H20) и сульфат железа (Fe2(SO4)3∙2H20).

Вообще говоря, неорганические флокулянты обладают такими характеристиками, как доступность сырья, простота приготовления, низкая цена и умеренный эффект очистки, поэтому они широко используются для очистки воды.

1. Сульфат алюминия

С тех пор, как Соединенные Штаты впервые применили сульфат алюминия для очистки воды и получили патент в конце 19 века, сульфат алюминия широко использовался благодаря его превосходным характеристикам коагуляции и осаждения.Сульфат алюминия в настоящее время является наиболее используемым флокулянтом в мире.Годовой объем производства сульфата алюминия в мире составляет около 5 млн т, из которых почти половина используется в области водоподготовки.

Коммерчески доступный сульфат алюминия имеет две формы: твердую и жидкую.Твердый делится на два вида: рафинированный и сырой по содержанию в нем нерастворимых веществ.Квасцы, твердый продукт, широко используемый в моей стране для очистки питьевой воды, представляет собой соединение сульфата алюминия и сульфата калия.Соль, но мало используется в технической воде и очистке сточных вод.

Подходящий диапазон рН сульфата алюминия зависит от жесткости сырой воды.При обработке мягкой воды подходящее значение pH составляет 5-6,6, при обработке воды средней жесткости подходящее значение pH составляет 6,6-7,2, а при обработке воды высокой жесткости подходящее значение pH составляет 7,2-7,8.Применимый диапазон температур воды для сульфата алюминия составляет 20°C ~ 40°C, и эффект коагуляции очень плохой, когда температура ниже 10°C.Сульфат алюминия менее агрессивен и прост в использовании, но реакция гидролиза протекает медленно, и необходимо израсходовать определенное количество щелочи.

2. Хлорное железо

Хлорид железа является еще одним широко используемым неорганическим низкомолекулярным коагулянтом.Продукты включают твердые темно-коричневые кристаллы и жидкости с более высокой концентрацией.Его преимущества заключаются в том, что он легко растворяется в воде, имеет большие и тяжелые квасцы, хорошие характеристики осаждения и широкую адаптируемость к температуре, качеству воды и pH.

Применимый диапазон рН хлорида железа составляет от 9 до 11. Образующиеся хлопья имеют высокую плотность и легкое осаждение, и эффект остается очень хорошим при низкой температуре или высокой мутности.Твердый хлорид железа обладает сильным водопоглощением, сильной коррозионной активностью, легко подвергается коррозии оборудования, высокими требованиями к антикоррозионной защите растворяющего и дозирующего оборудования, резким запахом и плохими условиями эксплуатации.

Механизм действия хлорида железа заключается в использовании различных гидроксильных ионов железа, образующихся при постепенном гидролизе ионов железа, для достижения флокуляции частиц примесей в воде.Расходуется большое количество щелочи.Когда щелочности сырой воды недостаточно, необходимо добавить источник щелочи, такой как известь.

Сульфат железа, широко известный как зеленый купорос, быстро и стабильно образует хлопья с коротким временем осаждения.Он подходит для ситуаций с высокой щелочностью и высокой мутностью, но цвет удалить нелегко, а коррозионная активность также сильна.

4. Неорганические полимерные флокулянты

Неорганический полимерный флокулянт - это новый тип флокулянта, разработанный в мире с 1960-х годов.В настоящее время его производство и применение добились быстрого прогресса во всем мире.

Неорганические полимерные флокулянты алюминия, железа и кремния фактически являются их промежуточными продуктами от гидролиза, золя до осаждения, а именно гидроксильные и кислородные полимеры Al(III), Fe(III) и Si(IV)..Алюминий и железо заряжены положительно катионом, а кремний отрицательно заряжен анионом.Их удельные молекулярные массы в водорастворимом состоянии составляют от сотен до тысяч, и они могут комбинироваться друг с другом, образуя агрегаты с фрактальной структурой.

Процесс их агломерации-флокуляции представляет собой комплексное проявление двух эффектов электрической нейтрализации и адгезионного связывания частиц в воде.Размер взвешенных частиц в воде колеблется от нанометров до микрометров, и большинство из них заряжены отрицательно.Следовательно, положительный и отрицательный заряды, электрическая прочность и молекулярная масса флокулянта и его форма, а также размер частиц агрегатов являются основными факторами, определяющими его флокуляционный эффект.В настоящее время существуют десятки типов неорганических полимерных флокулянтов, а выход достигает от 30% до 60% от общего объема производства флокулянтов.Среди них наиболее употребительным и широко применяемым является полиалюминийхлорид, а именно ПАЦ.

1. Характеристики неорганических полимерных флокулянтов

Гидроксильные и кислородсодержащие полимеры Al(III) и Fe(III) будут в дальнейшем объединяться в агрегаты, которые будут сохраняться в водном растворе при определенных условиях, а размер их частиц будет находиться в нанометровом диапазоне.Результат высокой дозировки.

Сравнивая скорость их реакции и полимеризации, реакция полимера алюминия протекает мягче, а форма более стабильна, в то время как гидролизованный полимер железа реагирует быстро и легко теряет стабильность и выпадает в осадок.

Преимущества неорганических полимерных флокулянтов заключаются в том, что они более эффективны, чем традиционные флокулянты, такие как сульфат алюминия и хлорид железа, и дешевле, чем органические полимерные флокулянты.Теперь PAC успешно используется в различных процессах очистки водоснабжения, промышленных сточных вод и городских сточных вод, включая предварительную, промежуточную и глубокую очистку, и постепенно стал основным флокулянтом.Однако с точки зрения морфологии, степени полимеризации и соответствующего эффекта коагуляции-флокуляции неорганические полимерные флокулянты все еще занимают положение между традиционными флокулянтами на основе солей металлов и органическими полимерными флокулянтами.

2. Полиалюминийхлорид PAC

Хлорид полиалюминия, называемый PAC, имеет химическую формулу ALn(OH)mCL3n-m.PAC представляет собой поливалентный электролит, который может значительно снизить коллоидный заряд глиноподобных примесей (множественные отрицательные заряды) в воде.Из-за большой относительной молекулярной массы и сильной адсорбционной способности образующиеся хлопья крупнее, а характеристики флокуляции и осаждения лучше, чем у других флокулянтов.

ПАЦ обладает высокой степенью полимеризации, и быстрое перемешивание после добавления может значительно сократить время образования хлопьев.PAC менее подвержен влиянию температуры воды и хорошо работает при низкой температуре воды.Он меньше снижает значение pH воды, а применимый диапазон pH широк (можно использовать в диапазоне pH=5~9), поэтому нет необходимости добавлять щелочной агент.Дозировка PAC невелика, количество производимого бурового раствора также невелико, а использование, управление и эксплуатация более удобны, а также он менее агрессивен для оборудования и трубопроводов.Поэтому ПАУ имеет тенденцию постепенно заменять сульфат алюминия в области водоподготовки, а его недостатком является более высокая цена, чем у традиционных флокулянтов.

Кроме того, с точки зрения химии растворов, ПАЦ является кинетическим промежуточным продуктом реакции гидролиза-полимеризации-осаждения соли алюминия, который термодинамически нестабилен.Как правило, жидкие продукты PAC следует использовать в течение короткого периода времени (твердые продукты имеют стабильные характеристики)., он может храниться в течение более длительного времени).Добавление некоторых неорганических солей (таких как CaCl2, MnCl2 и т. д.) или макромолекул (таких как поливиниловый спирт, полиакриламид и т. д.) может улучшить стабильность ПАУ и увеличить способность к слипанию.

С точки зрения производственного процесса, один или несколько различных анионов (таких как SO42-, PO43- и т. д.) вводятся в процессе производства ПАУ, и полимерная структура и морфологическое распределение могут быть изменены в определенной степени путем полимеризации, тем самым улучшение стабильности и эффективности PAC;если другие катионные компоненты, такие как Fe3+, вводят в процесс производства ПАУ, чтобы заставить Al3+ и Fe3+ ступенчато гидролитически полимеризоваться, может быть получен композиционный флокулянт полиалюминий-железо.

5. Органический полимерный флокулянт

Синтетические органические полимерные флокулянты представляют собой в основном полипропиленовые и полиэтиленовые вещества, такие как полиакриламид и полиэтиленимин.Все эти флокулянты представляют собой водорастворимые линейные макромолекулы, каждая макромолекула состоит из множества повторяющихся звеньев, содержащих заряженные группы, поэтому их также называют полиэлектролитами.Те, которые содержат положительно заряженные группы, являются катионными полиэлектролитами, а те, которые содержат отрицательно заряженные группы, являются анионными полиэлектролитами, которые не содержат ни положительно, ни отрицательно заряженных групп, и называются неионными полиэлектролитами.

В настоящее время наиболее широко используемыми полимерными флокулянтами являются анионные, и они могут играть роль только в содействии коагуляции отрицательно заряженных коллоидных примесей в воде.Часто его нельзя использовать отдельно, а применяют в сочетании с солями алюминия и солями железа.Катионные флокулянты могут играть роль коагулятора и флокулятора одновременно и используются по отдельности, поэтому они быстро развиваются.

В настоящее время в моей стране чаще используются полиакриламидные неионогенные полимеры, которые часто используются в сочетании с солями железа и алюминия.Электрическое нейтрализующее действие солей железа и алюминия на коллоидные частицы и превосходная флокуляционная функция полимерных флокулянтов используются для получения удовлетворительных результатов обработки.Полиакриламид характеризуется меньшей дозировкой, высокой скоростью коагуляции и большими и прочными хлопьями при использовании.80% синтетических органических полимерных флокулянтов, производимых в настоящее время в моей стране, составляют этот продукт.

Полиакриламидный флокулянт

Полиакриламид ПАМ является наиболее широко используемым синтетическим органическим полимерным флокулянтом и иногда используется в качестве коагулянта.Сырьем для производства полиакриламида является полиакрилонитрил CH2=CHCN.При определенных условиях акрилонитрил гидролизуют с образованием акриламида, а затем акриламид подвергают суспензионной полимеризации с получением полиакриламида.Полиакриламид представляет собой водорастворимую смолу, а продукты представляют собой гранулированный твердый и вязкий водный раствор определенной концентрации.

Фактически существующая форма полиакриламида в воде представляет собой случайную спираль.Поскольку случайная спираль имеет определенный размер частиц и некоторые амидные группы на своей поверхности, она может играть соответствующую мостиковую и адсорбционную способность, то есть имеет определенный размер частиц.определенная флокуляционная способность.

Однако из-за того, что длинная цепь полиакриламида скручена в спираль, диапазон ее перемычек невелик.После соединения двух амидных групп это равносильно взаимной отмене взаимодействия и потере двух центров адсорбции.Кроме того, некоторые из амидных групп завернуты в спиральную структуру. Внутренняя ее часть не может контактировать и адсорбировать частицы примесей в воде, поэтому ее адсорбционная способность не может быть полностью использована.

Чтобы снова разделить связанные амидные группы и выставить скрытые амидные группы наружу, люди пытаются соответствующим образом удлинить случайную спираль и даже пытаются добавить некоторые группы с катионами или анионами в длинную молекулярную цепь, улучшая при этом адсорбцию и мостиковая способность и эффект электрической нейтрализации и сжатия двойного электрического слоя.Таким образом, на основе ПАМ получается ряд полиакриламидных флокулянтов или коагулянтов с различными свойствами.

Например, добавление щелочи к раствору полиакриламида превращает амидные группы на некоторых сегментах цепи в карбоксилат натрия, а карбоксилат натрия легко диссоциирует ионы натрия в воде, так что СОО-группа остается на разветвленной цепи, таким образом образуя частично гидролизованный анионный полиакриламид.

COO-группа в молекулярной структуре анионного полиакриламида придает молекулярной цепи отрицательный заряд, который отталкивает друг друга и разъединяет амидные группы, которые первоначально были связаны вместе, так что молекулярная цепь постепенно вытягивается из формы клубка в форму. длинная форма цепи, так что рамка сформирована.Ассортимент мостиков расширен, а способность к флокуляции улучшена, а его преимущества в качестве коагулянта еще более выдающиеся.

Эффект использования анионного полиакриламида связан с его «степенью гидролиза».Если «степень гидролиза» слишком мала, эффект коагуляции или помощи коагуляции будет плохим.Если «степень гидролиза» слишком высока, стоимость производства будет увеличена.

6. Факторы, влияющие на использование флокулянтов

1. рН воды

Значение pH воды оказывает большое влияние на эффект использования неорганических флокулянтов.Величина значения pH зависит от типа выбранного флокулянта, дозировки и эффекта коагуляции и осаждения.Н+ и ОН- в воде участвуют в реакции гидролиза флокулянта, поэтому значение рН сильно влияет на скорость гидролиза флокулянта, форму существования и характеристики гидролизата.

Взяв в качестве примера соль алюминия, которая обеспечивает коагуляцию путем образования заряженных коллоидов Al(OH)3, когда значение pH меньше 4, Al3+ не может гидролизоваться в Al(OH)3 в больших количествах и в основном существует в форме Ионы Al3+, и эффект коагуляции чрезвычайно высок.Разница.Когда значение pH составляет от 6,5 до 7,5, Al3+ гидролизуется и полимеризуется в нейтральный коллоид Al(OH)3 с высокой степенью полимеризации, и эффект коагуляции лучше.После значения pH > 8 Al3+ гидролизуется до AlO2-, и эффект коагуляции снова становится очень слабым.

Щелочность воды оказывает буферное действие на значение pH.Когда щелочности недостаточно, следует добавить известь и другие вещества, чтобы дополнить ее.Когда значение pH воды высокое, необходимо добавить кислоту, чтобы отрегулировать значение pH до нейтрального.Напротив, полимерные флокулянты менее подвержены влиянию pH.

2. Температура воды

Температура воды влияет на скорость гидролиза флокулянта, а также на скорость и структуру образования хлопьев.Гидролиз коагуляции в основном является эндотермической реакцией.Когда температура воды низкая, скорость гидролиза медленная и неполная.

При низкой температуре вязкость воды велика, броуновское движение ослабевает, уменьшается число столкновений хлопьевидных коллоидных частиц с частицами примеси в воде, увеличивается сила сдвига воды, что затрудняет взаимное слипание коагуляционных хлопьев;При дозировке флокулянта образование хлопьев по-прежнему происходит очень медленно, а структура рыхлая, а частицы мелкие, что трудно удалить.

Низкая температура мало влияет на полимерные флокулянты.Однако следует отметить, что при использовании органополимерного флокулянта температура воды не должна быть слишком высокой.Высокая температура легко приведет к старению органического полимерного флокулянта или даже к его разложению на нерастворимые вещества, что снизит эффект коагуляции.

3. Примеси в воде

Неравномерный размер частиц примесей в воде способствует коагуляции, а мелкие и однородные частицы приведут к плохому эффекту коагуляции.Слишком низкая концентрация примесных частиц часто вредна для коагуляции.В это время кипячение осадка или добавление коагулянтов может улучшить эффект коагуляции.Когда частицы примесей в воде содержат большое количество органических веществ, эффект коагуляции будет плохим, и необходимо увеличить дозировку или добавить окислители и другие агенты, которые играют роль в коагуляции.Ионы кальция и магния, сульфиды и фосфиды в воде, как правило, способствуют коагуляции, в то время как некоторые анионы и поверхностно-активные вещества оказывают отрицательное влияние на коагуляцию.

4. Типы флокулянтов

Выбор флокулянта в основном зависит от природы и концентрации коллоидов и взвешенных веществ в воде.Если загрязняющие вещества в воде в основном коллоидные