有机絮凝剂和无机絮凝剂的絮凝机理有哪些区别?哪种好
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1×105。
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。
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。
絮凝剂的种类和性质:
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。
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。
阴离子型有机高分子絮凝剂:
(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。
阳离子型有机高分子絮凝剂:
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。
pac絮凝是其水解形成氢氧化铝胶体,放入清水中不会还原.如果过滤后的絮凝物加入盐酸处理后经过一定的工序处理后可以还原。但似乎没必要。
pAM絮凝是吸收水分后的膨胀,干燥可能还原.
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。 无机絮凝剂按其分子量的大小可分为低分子絮凝剂和高分子絮凝剂两大类。低分子絮凝剂价格低、货源充足、但因其用量大、残渣多、效果差,故无机絮凝剂的发展已经基本上完成了低分子向高分子的转变。现常用的无机高分子絮凝剂有聚合铝类絮凝剂、聚合铁类絮凝剂和活性硅酸类絮凝剂以及复合絮凝剂四大类。
(1)聚合铝类絮凝剂(如聚合氯化铝,硫酸铝等)
聚合铝水解产生高价离子,形成各种类型的羟基多核络合物。它们通过羰基式桥联作用,处于亚稳定状态。而OH-与Al3+的比值[2](一般称盐基度或碱基度)对絮凝效果影响很大。通常盐基度越高,絮凝效果越强,但过高则本身易生成难溶的氢氧化铝沉淀,导致絮凝效果降低。研究表明,盐基度在75%-85%时最佳,此时絮凝体产生快,颗粒大而重,沉淀性能好。聚合铝具有投药量少、沉降速度快、颗粒密实、除浊、除色效果明显等特点。在工业水处理中得到广泛的应用[3]。值得注意的是铝,尤其是活性铝,毒性较大,同时聚合铝制备方法不完善,致使较多水解铝的微细颗粒存在于溶液中,这在一定程度上限制了聚合铝的使用。通过改善混凝反应条件,延长慢速混凝时间,能有效降低水中铝的含量。
(2)聚合铁类絮凝剂(如聚合硫酸铁等)
聚合铁是另一新型无机絮凝剂,絮凝机理与聚合铝类似。其主要类型有聚硫酸铁、聚氯化铁、聚氯化硫酸铁等等。聚氯化硫酸铁除具有铝盐类无机高分子絮凝剂特点外,还具有价格低、pH值适用范围宽等特点。但是总体来说,聚合铁需要较低的盐基度,一般须将OH-/Fe3+比值控制在8%~15%。超出此范围,铁水解反应突变,从高价聚合态羟基络离子转化成低价聚合态胶凝产物。且聚合铁产品稳定性差,聚合几个小时至一周内即转向沉淀,絮凝效果降低,故其用量远不及聚合铝。
(3)活性硅酸类絮凝剂
活性硅酸也是一种重要的无机高分子絮凝剂,它来源广、价格低廉、无毒、且絮凝、助凝效果好,尤其对于低温低浊水的混凝处理这一净水处理中的难题有着显著的特性[4],在国内外引起足够重视。但由于易自行缩聚析出凝胶而失活只能现用现配另外,在生产中很难精确控制其聚合度,难以达到最佳絮凝效果,限制了其应用。所以应用效果较好的多为改性产品,诸如改性活化硅酸、聚硅酸硫酸铝(PSAA),PSAM等等。究其机理,大都是在活性硅酸中加入一定量高价金属离子,使其组分带正电荷,控制其聚合度、电荷密度,保证其同时具有电中和作用和吸附架桥作用,从而克服活性硅酸自身弱点,大大提高絮凝效果。
(4)复合絮凝剂
近年来,复合絮凝剂的研制成为热点。复合絮凝剂按化学成分分为无机复合型、有机复合型、有机无机复合型三大类。无机复合絮凝剂成分较多,主要原料有铝盐、铁盐和硅酸盐。国外先后研制开发出聚合铝铁、铝硅、硅铝、硅铁以及聚合铝/铁与活性致混物质等复合絮凝剂。
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。
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。
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。
扩展资料:
絮凝剂的主要应用:
1、城市污水
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 %。
2、建材废水
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 5 min,胚体废水的浊度从原来1.4 降低到 0.043;釉药废水的浊度从 17.2 下降到 0.35;浊度去除率分别为 96.6 %和 97.9 %,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。
3、其他应用
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。此外,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。
参考资料来源:百度百科-絮凝剂
絮凝剂主要分为两大类别: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zui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)3.18H2O和明矾AL2(SO4)3.K2SO4.24H2O,另一类是铁盐有三氯化铁水合物FeCL3.6H2O.硫酸亚铁水合物FeSO4.7H2O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。
1.低分子无机混凝剂 目前应用最广泛的简单无机型絮凝剂是铁系、铝系金属盐。主要有三氯化铁、硫酸亚铁和硫酸铝。三氯化铁(Fe:常用的是六水合三氯化铁(FeCl3•6H20)形成的矾花沉淀性好,处理低温水或低浊度水效果比铝盐好,适宜pH值范围较宽,但处理后水的色度比铝系的高,有腐蚀性。
硫酸亚铁(FeS04•H20)离解出的Fe2+只能生成最简单的单核络合物,不如二价铁盐那样有良好的混凝效果。硫酸铝(Al2(S04)3)是废水处理中使用最多的絮凝剂,使用便利,絮凝效果好,当水温低时水解困难,形成的絮体较松散,它的有效pH值范围较窄。明矶(Al2(S04)3•K2S04.24H20)的作用机理与硫酸铝同。
2.无机高分子絮凝剂 无机离分子絮凝剂混凝效果高、价格低,有逐步成为主流药剂的趋势。我国此类絮凝剂的开发成绩显著。无机高分子絮凝剂的品种有阳离子型,如聚合氯化铝(PACL聚合硫酸铝(PAS)、聚合磷酸铝(PAP)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铁(PFC)、聚合磷酸铁(PFP)、聚亚铁和阴离子型,如聚合硅酸〔PS〕。
聚合氯化铝(PAC):对各种废水都可以达到好的絮凝效果,能快速形成大的矾花,沉淀性能好,适宜的pH值范围较宽(pH在5-9之间),且处理后水的pH值和碱度下降较小。水温低时,仍可保持稳定的絮凝效果,其碱化度比其它铝盐、铁盐为高,因此药液对设备的侵蚀作用小。
聚合硫酸铁(PFS):混凝体形成速度快,密集且质量大且沉降速度快。尤其对低温低浊水有优良的处理效果,适用水体pH值范围(pH在4-11之间),腐蚀性小。实验表明,用聚铁净化水,可降低亚硝氮及铁的含量。因此,它是优良安全的饮用水混凝剂剂,有取代对人体有害的聚合铝混凝剂的趋势。
聚亚铁:可将高价金属离子还原成低价金属离子,且不需酸化。该混凝剂在水体中具有电荷中和与吸附架桥双重功能。与活性剂共用,可使胶体物质转变为混凝体,同时除去废水中的Cu、Zn、Ni等金属离子,成为高效电镀废水净化剂。
聚合硫酸铝(PAS):去除浊度效果显著,并有较广的温度使用范围和对原水的适用范围。不仅可处理工业用水,还可处理工业废水。聚合硫酸铝混凝剂国外已有报道。
聚合硅酸(PS):目前对聚合硅酸制备方法、聚合机制、聚合度的影响因素匀己研究较为透彻。研究发现,可利用中和所达到pH值的不同来控制聚合速度。聚硅酸具有很强的粘结聚集能力和吸附架桥作用。杨修造等[16]对聚硅酸的胶凝特性进行了研究,证明了聚硅属阴离子型。聚 文档冲亿季,硅酸的最大缺点是产品性质不稳定,故不能成为独立商品。
(二)有机高分子混凝剂
有机高分子混凝剂具有用最少、混凝速度快,受盐类、pH值及温度影响小,生成污泥量少且易处理等优点,有广阔的应用前景。
目前使用的混凝剂主要有合成和天然改性两种。
聚丙烯酰胺:在合成的有机高分子絮凝剂中,聚丙烯酰胺的应用最多。聚丙烯酰胺有非离子型、阳离子型和阴离子型三种。它们的分子量均在50-600万之间。由于这类絮凝剂存在一定量的残余单体丙烯酰胺,不可避免地带来了毒性。高分子量(106以上)的聚丙烯酸纳属阴离子型混凝剂,有强的混凝作用且无毒。聚丙烯酸纳对悬浮于水介质中的细粒子产生非离子吸附,使粒子间产生交联。它对具有金属氢氧化物这类正电荷的胶体粒子更显示出其优良的性能。
聚二甲基二丙烯基氯化铵:阳离子型高分子化合物,用于水处理能获得比目前较常用的无机高分子絮凝剂和有机高分子混凝剂聚丙烯酰胺更好的处理效果,可单独使用,也可与无机混凝剂并用。 淀粉衍生物:可以吸附带负电荷的有机或无机悬浮物质。近年来淀粉聚丙烯酰胺接枝共聚物的研究已取得了一定的进展。 甲壳素衍生物:对甲壳素进行分子改良得到的壳聚糖是一种很好的混凝剂。
植物胶改性多功能处理剂:进入70年代以来,国外陆续开发了一些兼具混凝、缓蚀等多种功能的合成有机高分子处理剂,这些药剂不仅具有良好的混凝性能,而且还有缓蚀、杀菌等作用。
(三)复合型混凝剂
高效复合型混凝剂是近年来才发展起米的,其发展非常迅猛,种类比较多,它的作用机理在于离子间的相互增效作用。
聚合氯化铝铁:可利用煤石为原料制得,兼具有铁盐和铝盐的特性,在pH值7.O-8.2的范围内,其去除浊度效果和絮体沉降性能都优于聚合铝。
聚合硫酸氯化铝铁:以铝土矿等为原料制得,其组成为含有多核聚铁及聚铝与氯根、硫酸根配位的复合型无机高分子,兼备铁、铝混凝剂的优良性能。在某些方面,具有比PAC更好的效果。并且其生产工艺简单,成本低,在水处理中具有广阔的应用价值。
聚氯硫酸铁:利用硫酸/盐酸混酸溶解轧钢废钢渣的溶出液为原料,可制得聚氯硫酸铁。它具有电荷中和与吸附架桥功能,形成的矾花大,沉降快,污泥脱水性能好,无二次污染。
聚合硫酸铝铁:以硫酸亚铁为原料在酸性条件下反应l小时,即得到盐基度20%以上的复合聚合硫酸铝铁,它对污水具有很好的混凝效果。
聚磷氯化铝:聚磷氯化铝比PAC具有更强的吸附性能,且混凝反应速度快,生成的矾花大等优点。
聚磷氯化铁:在聚合氯化铁中引入适量的P043-能制得,研究表明P043-在聚合铁中的含量有一定的范围,超出此范围混凝效果反而下降。
聚硅氯化铝:用聚硅酸与聚合氯化铝可制得性能优异的聚硅氯化铝。 聚硅酸铁铝:其实验结果体现了电中和、吸附架桥、沉淀网捕作用的综合效应。适应pH值范围宽、贮存期长(超过1个月)、易操作、用药量少、沉降性能好,用药量范围宽等优点。
无机化合物还可与有机化合物组合形成复合型的混凝剂,如聚合铝/聚丙烯酰胺、聚合铁/甲壳素、聚合铝/阳离子有机高分子等等,复合型的高效混凝剂性能、经济、二次污染等方面的综合性能是最好的,目前混凝研究领域最热的也是复合型高效混凝剂。
(四)微生物混凝剂
有机型混凝剂尽管非常有效,但残留物有害,如丙烯酰胺单体是很强的致癌物,无机型及复合型混凝剂也存在残留问题。微生物混凝剂正是在此形势下开发的新一代混凝剂。
国内自90年代已开始进行研究,目前已经发现许多微生物如格兰氏阳性菌、格兰氏阴性菌和其它如土壤杆菌属、厄氏菌属、假单胞菌属等都能产生混凝物质。其中具有最强混凝作用的是红平红球菌(Rhodococcus erythropolis),这种细菌在旱田土壤中最常见,在沉降性良好的活性污泥微生物相中约占2%,用它开发的纯微生物混凝剂命名为NOC-1。
盐酸是一种无机强酸,在工业加工中有着广泛的应用,例如金属的精炼。盐酸往往能够决定产品的质量。
分析化学
在分析化学中,用酸来测定碱的浓度时,一般都用盐酸来滴定。用强酸滴定可使终点更明显,从而得到的结果更精确。在1标准大气压下,20.2%的盐酸可组成恒沸溶液,常用作一定气压下定量分析中的基准物。其恒沸时的浓度会随着气压的改变而改变。
酸洗钢材
盐酸一个最重要的用途是酸洗钢材。在后续处理铁或钢材(挤压、轧制、镀锌等)之前,可用盐酸反应掉表面的锈或铁氧化物。通常使用浓度为18%的盐酸溶液作为酸洗剂来清洗碳钢:
剩余的废酸常再用作氯化亚铁溶液,但其中重金属含量较高,故这种做法已经逐渐变少。
酸洗钢材工业发展了盐酸再生工艺,如喷雾焙烧炉或流化床盐酸再生工艺等。这些工艺能让氯化氢气体从酸洗液中再生。其中最常见的是高温水解工艺,其反应方程式如下:
将制得的氯化氢气体溶于水即又得到盐酸。通过对废酸的回收,人们建立了一个封闭的酸循环。副产品氧化铁在各种工业加工流程中也有较多应用。
制备有机化合物
盐酸的另一大主要用途是制备有机化合物,例如合成PVC塑料的原料氯乙烯、二氯乙烷、聚碳酸酯的前体双酚A、催化胶黏剂聚乙烯醇缩甲醛、抗坏血酸等。企业合成PVC时通常不用市售的,而使用内部制备的盐酸。盐酸在制药方面也有很大的用途。
制备无机化合物
盐酸可以发生酸碱反应,故能制备许多无机化合物,例如处理水所需的化学品氯化铁与聚合氯化铝(简称聚铝,PAC):
(用赤铁矿制备氯化铁)
氯化铁与聚铝在污水处理、纸、饮用水等的生产中起絮凝剂和混凝剂的作用。
用盐酸还可以制备其他的无机物,包括道路用盐氯化钙、电镀用盐氯化镍、镀锌工业和电池制造业用盐氯化锌等。另外,常通过氯化锌活化法从木炭制备活性炭。
(用石灰石制备氯化钙)
控制pH及中和碱液
盐酸可以用来调节溶液的pH值:
在工业中对纯度的要求极高时(如用于食品、制药及饮用水等),常用高纯的盐酸来调节水流的pH;要求相对不高时,工业纯的盐酸已足以中和废水,或处理游泳池中的水。
阳离子交换树脂的再生
高质量的盐酸常用于阳离子交换树脂的再生。阳离子交换广泛用于矿泉水生产中,除去溶液中含有的、等离子,而盐酸可以冲掉反应后树脂中的这些离子。一个替换一个,则需要两个。
离子交换树脂和软化水在几乎所有的化学工业中都有应用,尤其是饮用水生产和食品工业。
其他应用
盐酸还有许多小规模的用途,比如皮革加工、食盐生产、家务用清洁剂,以及用于建筑业 。石油工业也常用盐酸:将盐酸注入油井中以溶解岩石,形成一个巨大的空洞。此法在北海油田的石油开采工业中经常用到。
盐酸可以溶解碳酸钙,其应用包括除水垢或砌砖使用的石灰砂浆,但盐酸较为危险,使用时需谨慎。它与石灰砂浆中的碳酸钙反应生成氯化钙、二氧化碳和水:
在明胶、食品、食品原料和食品添加剂的生产中常用到盐酸。典型例子有阿斯巴甜、果糖、柠檬酸、赖氨酸、酸水解植物蛋白等。这些工艺都使用食品级(非常纯)的盐酸。
盐酸是一种无机强酸,在工业加工中有着广泛的应用,例如金属的精炼。盐酸往往能够决定产品的质量。
1、盐酸一个最重要的用途是酸洗钢材。在后续处理铁或钢材(挤压、轧制、镀锌等)之前,可用盐酸反应掉表面的锈或铁氧化物。通常使用浓度为18%的盐酸溶液作为酸洗剂来清洗碳钢。剩余的废酸常再用作氯化亚铁溶液,但其中重金属含量较高,故这种做法已经逐渐变少。
2、盐酸的另一大主要用途是制备有机化合物,例如合成PVC塑料的原料氯乙烯、二氯乙烷、聚碳酸酯的前体双酚A、催化胶黏剂聚乙烯醇缩甲醛、抗坏血酸等。在明胶、食品、食品原料和食品添加剂的生产中常用到盐酸。典型例子有阿斯巴甜、果糖、柠檬酸、赖氨酸、酸水解植物蛋白等。这些工艺都使用食品级(非常纯)的盐酸。
3、盐酸可以发生酸碱反应,故能制备许多无机化合物,例如处理水所需的化学品氯化铁与聚合氯化铝。氯化铁与聚铝在污水处理、纸、饮用水等的生产中起絮凝剂和混凝剂的作用。用盐酸还可以制备其他的无机物,包括道路用盐氯化钙、电镀用盐氯化镍、镀锌工业和电池制造业用盐氯化锌等。另外,常通过氯化锌活化法从木炭制备活性炭。
4、盐酸可以用来调节溶液的pH值:在工业中对纯度的要求极高时(如用于食品、制药及饮用水等),常用高纯的盐酸来调节水流的pH;要求相对不高时,工业纯的盐酸已足以中和废水,或处理游泳池中的水。
5、盐酸还有许多小规模的用途,比如皮革加工、食盐生产、家务用清洁剂,以及用于建筑业。石油工业也常用盐酸:将盐酸注入油井中以溶解岩石,形成一个巨大的空洞。此法在北海油田的石油开采工业中经常用到。
参考资料来源:百度百科-盐酸