高分子絮凝剂1

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1.对于阴离子型高分子絮凝剂，适用于 带有正电荷的悬浮物，也适用于PH大 于等电点（两性离子所带电荷因溶液的pH值不同
而改变，当两性离子正负电荷数值相等时，溶液的pH值
即为等电点。）条件下的污水处理。可处理
造纸、选矿、电镀、洗煤及机械工业 等行业的废水。
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2.阳离子型絮凝剂则适用于PH在等 电点以下的体系，即偏酸条件比 较适合。它在印染行业、油漆、 食品加工等工业废水等处理中有 广泛的应用。
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非离子型高分子絮凝剂，不带电荷，在水溶液 中借质子作用产生暂时性电荷，其凝聚作用是以 弱氢键结合，形成的絮体小且宜遭破坏。主要的 品种有非离子型聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯（PEO） 等。 其中，PEO是由环氧乙烷在催化剂存在下经开 环聚合而成，高聚合度的PEO对水中悬浮的细小 粒子具有絮凝作用，其分子量越高絮凝效果越好。 该化合物在用量大时表现出分散性，只有用量小 时才表现出絮凝性。
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两性离子型高分子絮凝剂兼有阴、阳 离子基团的特点，在不同介质条件下，其 离子类型肯可能不同，适于处理不同电荷 的污染物，特别对于污泥脱水，不仅有电 性中和，吸附架桥作用，而且有分子间的 “缠绕”包裹作用，使处理的污泥颗粒粗 大，脱水性好。同时，其适用范围广，在 酸性、碱性介质中均可使用，抗盐性也较 好。
高分子絮凝剂
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2.5.1絮凝剂的分类 2.5.2高分子絮凝剂的作用原理 2.5.3影响有机高分子絮凝剂絮凝 效果的因素 2.5.4高分子絮凝剂的适用范围
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研究背景
随着国民经济的迅速发展，工业与生活用水量都相应急 剧增加。随之而来的问题是：各种污水皆对环境造成了极大 的污染。对于现今水污染问题，国内外在水处理上都做了大 量的研究工作，开发了多种水处理工艺，如絮凝沉淀法，生 化法，离子交换法，吸附法，化学氧化法，电渗析法和污水 生态处理技术等。
2 .吸附架桥作用
一个分散微粒借助离子键、氢键和范 德华力，可以同时吸附两个以的高分子链， 在高分子链间起吸附架桥的作用，由于高 分子链包覆使微粒变大而加速沉降。
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3.高分子多点吸附
一个高分子链也可以同时吸附两个以 上的微粒，高分子可以在多处与微粒结 合一同下降。 在以上三种方式的作用下，高分子链 的架桥作用可以讲多个为例连接在一起， 现成絮团，絮团又不断增大而促进沉降。 其作用模型如下图所示：
由于水溶液中电离基团的电离、对溶液中离子基团的吸附、 介电常数的差异而造成，分散体系的颗粒表面通常是带电的，并 在其周围形成双电层结构。可通过带电的絮凝剂与带相反电荷的 微粒作用使电荷中和，降低微粒的双电层厚度，促使微粒间的相 互碰撞。 补充：双电层结构，压缩双电层
在两种不同物质的界面上，正负电荷分别排列成的面层。在溶液中，固体表面常因 表面基团的解离或自溶液中选择性地吸附某种离子而带电。由于电中性的要求，带 电表面附近的液体中必有与固体表面电荷数量相等但符号相反的多余的反离子。带 电表面和反离子构成双电层。 压缩双电层是指在胶体分散系中投加能产生高价反离子的活性电解质，通过增大溶 液中的反离子强度来减小扩散层厚度，从而使ζ电位降低的过程。该过程的实质是 新增的反离子与扩散层内原有反离子之间的静电斥力把原有反离子程度不同地挤压 18 到吸附层中，从而使扩散层减簿。
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悬浮液中的微粒带有不同的电荷，在絮凝过程中
微粒必须与絮凝剂发生吸附作用，因此，当微粒表 面带有负电荷时，应使用阳离子型或非离子型絮凝 剂，带有正电荷时，应使用阴离子型絮凝剂。
高分子絮凝剂的效果对悬浮液中固体粒子的含量
有一定的要求。过高，线形高分子链难以均匀分布 于体系，不能与固体微粒充分接触吸附而影响絮凝 效果；过低，絮凝剂分子难以捕获到微粒，难以架 桥。可以加入一定助剂如粘土、皂土、高岭土、活 性碳等，以提高分散体系的悬浮物浓度。
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（2）微生物絮凝剂
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微生物絮凝剂主要有糖蛋白、多糖、蛋白 质、纤维素和DNA等，一般是利用生物技 术通过微生物如细菌、真菌等的发酵、抽 提和精制而得到的。 它能快速絮凝各种颗粒物质，具有可生物 降解性，无毒，安全可靠，对环境无二次 污染。
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（3）有机高分子絮凝剂（OPE)
根据来源可分为：天然有机高分子絮凝剂及人 工合成有机高分子絮凝剂。 从化学结构上可以分为： (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。
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（1）无机高分子絮凝剂


这类絮凝剂相对于传统的无机小分子 絮凝剂（硫酸铝、氯化铁等），它不 仅降低了成本，而且使功效得到了提 高。 主要包括聚合硫酸铝、聚合硫酸铁等 聚铁、聚铝以及一些复合改性的产品， 如聚硅铝（铁）、聚磷铝（铁）等。
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无机高分子絮凝剂中存在大量多羟基络合离 子，以OH- 为架桥形成多核络合离子，能够强 烈吸附胶体微粒，通过黏附、架桥和交联作用， 从而使胶体凝聚，比无机聚合物絮凝剂有更好 的絮凝效果和能力。还能中和胶体微粒及悬浮 物表面的电荷，降低Zeta电位，使粒子的相 斥变为相吸，破坏胶团的稳定性，碰撞形成絮 状混凝沉淀。 也就是说，聚合物既有吸附脱稳作用，又可 发挥黏附、桥连以及卷扫絮凝作用。
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阳离子型高分子絮凝剂一般是通过阳离子基 团与有机物接枝获得，常用的阳离子基团有季铵 盐基，吡啶鎓离子基和喹啉鎓离子基。 主要的品种有聚二烯丙基二甲基氯化铵 （PDMDAAC),环氧氯丙烷与胺的反应产物、胺 改性聚醚和聚乙烯吡啶等。 其中，聚二烯丙基二甲基氯化铵是一种高效 阳离子絮凝剂，它在油田污水、含油污水和除浊 处理中都有很好的性能，它对含色污水的处理也 有很好的效果，同时也能降低COD值。与其他阳 离子絮凝剂相比，环氧氯丙烷与胺的反应物在含 氯分散相的分散体中不与氯化物起作用，从而不 会降低其絮凝效果。
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（3）使用方法的影响 絮凝剂的用量对絮凝效果的影响 一般情况下，絮凝效果随着絮凝剂用量的增 大而增大，但当用量达到一定值时将会产生 一极值，此时再增加絮凝剂用量会使絮凝效 果下降。其最佳用量是根据悬浮物的含量通 过具体的实验而得出的。
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搅拌速度和时间


速度过快、时间过长：会将大颗粒的固体搅碎成小颗粒，将 能够沉淀的颗粒搅碎成不能沉淀的颗粒 ； 速度过慢、时间过短：絮凝剂不能与固体颗粒充分接触，不 利于絮凝剂捕集胶体颗粒；且絮凝剂的浓度分布也不均匀， 更不利于发挥絮凝剂的作用。 一般，先快搅以利于絮凝剂均匀分布，待絮凝作用产生时再 慢搅，以免破坏形成的絮团。
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非离子型絮凝剂对PH的敏感性不
大，但阴离子型絮凝剂适用于中性 至碱性的体系，而阳离子型絮凝剂 则在酸性至中性条件下絮凝效果好。
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悬浮体系的温度对絮凝效果的影响：
当提高温度时,将提高微粒及絮凝剂的运 动能力,使絮凝速度加快.但在温度高于70℃ 时,絮凝剂大分子会产生水解,使分子链断裂 并造成其他性质的变化,从而严重影响絮凝 的效果。
絮凝剂的定义

絮凝：将溶液中不需要的成分通过絮状凝集方 式去除的过程。在此过程中用到的助剂称为絮 凝剂。 絮凝剂有不少品种，其共同特点是： 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 。
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2.5.1絮凝剂的分类 按照絮凝剂的原料来源，可分为 无机高分子絮凝剂 微生物絮凝剂 有机高分子絮凝剂
在实际的应用中，将无机絮凝剂与高分子
絮凝剂配合使用，或将两种不同的高分子絮 凝剂配合使用，以提高絮凝效果。
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2.5.4高分子絮凝剂的适用范围
高分子絮凝剂在水处理中占有十分重要的地位， 不仅具有除浊、脱色的作用，还可以除去废水中所 含的高分子物质，如病毒、细菌、微生物、焦油、 石油及其他油脂等有机物、表面活性剂、农药、含 氮、磷等富营养物质以及汞、铬、镉、铅等金属和 放射性物质。
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（4）无机/有机复合絮凝剂
无机/有机复合絮凝剂,一般是将铝系、铁系、铁铝系、聚 硅酸盐等无机絮凝剂与有机高分子絮凝剂如甲壳素、聚丙烯 酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵(PDMDAAC)等进行组合。
优 点
提高絮凝效果，提高澄清度; 加快絮体形成、沉淀、过滤等过程的速度，从而提高絮凝 处理能力; 提高固液分离时的浓缩、过滤和离心分离效率; 增大絮体体积、强度和吸附活性; 改善和提高污泥的可压缩性，缩小其含水量; 降低絮凝剂用量，节省成本; 15 扩大絮凝剂的有效作用PH范围。
2.5.2 高分子絮凝剂的作用原理
在凝聚的程度上可分为凝聚和絮凝： 若微粒相互接触后，聚集长大并自然下沉，形成细密 的沉淀积于底部，这种方式成为凝聚； 若微粒在沉降过程中，相互聚集并形成一种松散结构， 同时又可以夹带其他小微粒一起沉降，最终形成松散 沉淀的过程成为絮凝。
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高分子絮凝剂的作用一般认为有三种方式: 1. 压缩双电层与电荷中和作用
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2.5.3影响高分子絮凝剂絮凝效果的因素
高分子絮凝剂本身的性质、悬浮固体的性质、悬浮液的性质以及絮凝剂的 应用方法等，都将影响高分子絮凝剂的絮凝效果。
（1）分子链结构的影响



一般来说，分子量越大，分子链越长，所含的有效官能团就越多，对微 粒的吸附量就越大，絮凝效果越好。如果絮凝剂的分子量很小，对胶体 颗粒的捕集和桥连是不利的。 高分子絮凝剂应该有足够多的吸附点，并且有大量的亲水性基团，以有 利于分子在溶液中呈伸展的状态，捕获更多的微粒。如非离子型的聚丙 烯酰胺在水溶液中呈无规线团，其絮凝效果较差。当分子链上带有电荷 时，受同性电荷相斥的作用，分子链将较为伸展，絮凝效果得以提高。 线型结构的有机高分子絮凝剂，其絮凝效果较好；成环状或支链结构的 效果较差；
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温度


高水温时反应速度过快，形成絮凝体细小； 低水温时反应速度过慢，水解时间增加，影响处理 的水量，同时过高的粘度对絮凝剂的撕裂作用也会 使絮凝体变得细小。
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使用阴离子型絮凝剂时应使用纯水或去离
子水。阴离子型絮凝剂因分子上带有羧酸官 能团，羧基在碱性溶液中解离度较好，酸性 越强解离度越低，因此在酸性溶液中影响吸 附。
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（2）悬浮体系的性质 悬浮体系中固体微粒的种类、粒径、电量及其在介质中的含量、介质的 酸碱性、悬浮体系的温度的等都会明显影响到絮凝效果。

对于粒径较小的悬浮微粒，自然沉降速度慢， 采用阴离子型或非离子型高分子絮凝剂可以促 使其沉降速度，对于不能自然沉降的胶体分散 体系以及浊度较高的废水、含有大量有机物的 污水等则可以采用阳离子型絮凝剂。
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有机高分子絮凝剂的官能团不同，其极性、亲水性、电
荷的性质及电荷的中和能力不同，对胶体颗粒的吸附和反 应也不同。有机高分子絮凝剂的主要官能团有-COONa, -CONH2, -SO3Na, -N-（CH3）3等。 对带电微粒的吸附，高分子链上应有足够多的可电离基 团。但含官能团过多，电荷密度过高，絮凝效果变差，并 且絮凝剂的成本提高。 含官能团较少时，电荷密度低，絮凝效果好，成本也 低。但官能团过少，电荷密度过低时，对电荷的中和作用 不利，影响絮凝效果。 大分子链的几何形状也会影响絮凝效果，线性的一般 效果好。

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根据有机絮凝剂所带基团能 否解离及解离后所带离子的 电性可分为： 阴离子型 阳离子型 非离子型 两性离子型
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羧基 (-COOM,M为氢离子或金属离子)
阴离子型高分子絮凝 剂所含可电离基团 磺酸基 (-SO3H) 磷酸基 (-PO3H)
主要的品种有聚丙烯酰胺（PAM）,聚丙烯酸钠 （PAA），聚苯乙烯磺酸钠等。 如PAA，具有较高分子量，在水中有很好的溶解 度，本身带电荷，可促使带有不同表面电荷的悬浮粒 子凝聚；还具有活性吸附机能，能将悬浮粒子吸附于 其表面，使悬浮粒子相互凝聚，形成大块絮凝团。具 有净化、促进沉降和有利过滤等作用。
絮凝沉淀法是指在废水中加入一定量的絮凝剂， 使其进行物理化学反应，达到水体净化的目的。 利用高分子絮凝剂处理各种工业用水、工业废水、 生活用水、生活废水时，具有促进水质澄清，减少 泥渣数量，滤饼便于处理，焚烧灰分少等优点。还 是一种低成本的处理方法，得到了广泛应用，在废 3 水的一级处理中占有重要地位。