絮凝剂 污水处理常用4种药剂

1.什么是絮凝剂、助凝剂和调理剂?

根据在污泥压滤处理中的不同用途,这些药剂可分为以下几类:

1.絮凝剂:有时称为混凝剂,可作为强化固液分离的手段,用于初沉池、二沉池、浮选池和三级处理或深度处理工艺中。

2.助凝剂:辅助絮凝剂发挥作用,强化混凝效果。

3.调理剂:又称脱水剂,用于脱水前对剩余污泥进行调理,品种包括上述部分絮凝剂和助凝剂。

第二,絮凝剂

絮凝剂是一种能降低或消除水中分散颗粒的沉淀稳定性和聚合稳定性,使分散颗粒凝聚、絮凝成聚集体并将其去除的物质。

根据化学成分,絮凝剂可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂。

1.无机絮凝剂

传统上,无机絮凝剂是低分子量的铝盐和铁盐。铝盐主要有硫酸铝(Al2 (SO4) 318H2O)、明矾(Al2 (SO4) 3K2SO424H2O)和铝酸钠(NaALO3),铁盐主要有氯化铁(FeCl 3·6h 20)、硫酸亚铁(FeSO4·6h 20)和硫酸铁(feso 4)。

总的来说,无机絮凝剂因其原料易得、制备简单、价格低廉、处理效果适中而被广泛应用于水处理中。

1)硫酸铝

市场上的硫酸铝有固体和液体两种形式,固体按不溶物的含量可分为精制和粗制。明矾是我国饮用水净化常用的固体产品,是硫酸铝和硫酸钾的复盐,但在工业用水和废水处理中应用不多。

硫酸铝的适宜pH范围与原水硬度有关。软水适宜的pH值为5 ~ 6.6,中硬水为6.6 ~ 7.2,高硬水为7.2 ~ 7.8。硫酸铝适宜的水温范围为20oC~40oC,低于10oC时混凝效果较差。硫酸铝腐蚀性较小,使用方便,但水解反应较慢,需要消耗一定量的碱。

2)氯化铁

氯化铁是另一种常用的无机低分子混凝剂,其产品包括固体深棕色晶体和高浓度液体。它具有易溶于水,矾花大而重,沉降性能好,对温度、水质和pH适应性广的优点。

氯化铁的适宜pH值为9 ~ 11,形成的絮体致密易沉淀,在低温或高浊度下效果仍较好。固体氯化铁吸水性强,腐蚀性强,设备易腐蚀,溶解和加药设备防腐要求高,气味刺鼻,操作条件差。

氯化铁的作用机理是利用铁离子分步水解产生的各种羟基铁离子来絮凝水中的杂质颗粒,而羟基铁离子的形成需要利用水中大量的羟基,因此在使用过程中会消耗大量的碱。当原水碱度不够时,需要补充石灰等碱源。

硫酸亚铁俗称绿矾,形成絮体快且稳定,沉降时间短,适用于高碱度、高浊度,但色度不易去除,腐蚀性强。

2.无机高分子絮凝剂

1)无机高分子絮凝剂的特性

Al(ⅲ)和Fe(ⅲ)的羟基和氧基聚合物将进一步结合成聚集体,在一定条件下保持在水溶液中,粒径在纳米范围,从而起到混凝-絮凝的作用,将获得低剂量、高效率。

如果比较它们的反应聚合速率,铝聚合物反应温和,形态稳定,而铁的水解聚合物反应快,容易失稳沉淀。

无机高分子絮凝剂的优势在于比硫酸铝、氯化铁等传统絮凝剂更有效,但比有机高分子絮凝剂更便宜。目前PAC已成功应用于给水、工业废水和城市污水的各种处理工艺,包括预处理、中间处理和深度处理,并逐渐成为主流絮凝剂。然而,无机高分子絮凝剂在形态、聚合度和相应的混凝效果方面仍处于传统金属盐絮凝剂和有机高分子絮凝剂之间的位置。

2)聚合氯化铝包装

聚合氯化铝,简称PAC,化学式为AlN (OH) mcl3n-m,PAC是一种多价电解质,能显著降低水中粘土杂质(多为负电荷)的胶体电荷。由于分子量大,吸附能力强,形成的絮体较大,絮凝沉降性能优于其他絮凝剂。

PAC聚合度高,加入后快速搅拌可以大大缩短絮体形成时间。PAC受水温影响较小,在低水温下效果较好。降低水的pH值较少,适用的pH范围较广(在pH = 5 ~ 9的范围内均可使用),无需添加碱性药剂。PAC用量少,污泥产量也少,使用、管理和操作方便,对设备和管道的腐蚀性也小。因此,PAC在水处理领域有逐渐取代硫酸铝的趋势,其缺点是价格高于传统絮凝剂。

另外,从溶液化学的角度来看,PAC是铝盐水解-聚合-沉淀过程中的动态中间产物,热力学不稳定。一般液体PAC产品要在短时间内使用(固体产品如果性质稳定可以长期保存)。加入一些无机盐(如氯化钙、氯化锰等)。)或聚合物(如聚乙烯醇和聚丙烯酰胺等。)可以提高PAC的稳定性,同时增加内聚力。

就生产工艺而言,一种或几种不同的阴离子(如SO42-、PO43-等。)引入到PAC的制造过程中,通过聚合可以在一定程度上改变聚合物的结构和形态分布,从而提高PAC的稳定性和药效;如果在PAC的制造过程中引入其他阳离子组分,如Fe3+,使Al3+和Fe3+交替水解聚合,就可以制备复合絮凝剂聚合铝铁。

3.有机高分子絮凝剂

1)有机高分子絮凝剂的特性

合成有机高分子絮凝剂多为聚丙烯和聚乙烯,如聚丙烯酰胺和聚乙烯亚胺。这些絮凝剂都是水溶性的线性高分子物质,每个大分子都是由许多含有带电基团的重复单元组成,所以也叫聚电解质。含有正电荷基团的阳离子聚电解质和含有负电荷基团的阴离子聚电解质称为非离子聚电解质。

目前广泛使用的高分子絮凝剂都是阴离子型的,只能帮助水中带负电的胶体杂质混凝。往往不能单独使用,而是和铝盐、铁盐一起使用。阳离子絮凝剂既能起到混凝作用,又能起到絮凝作用,可以单独使用,所以发展很快。

目前国内广泛使用聚丙烯酰胺非离子聚合物,常与铁盐、铝盐结合使用。利用铁、铝盐对胶体颗粒的电中和作用和高分子絮凝剂的优良絮凝作用,获得了满意的处理效果。聚丙烯酰胺在使用中具有用量少、混凝速度快、絮体颗粒大而坚韧的特点。目前我国生产的合成有机高分子絮凝剂80%是该产品。

2)聚丙烯酰胺絮凝剂

聚丙烯酰胺PAM是应用最广泛的合成有机高分子絮凝剂之一,有时也用作助凝剂。生产聚丙烯酰胺的原料是聚丙烯腈CH2=CHCN。在一定条件下,丙烯腈水解成丙烯酰胺,然后通过悬浮聚合得到丙烯酰胺。聚丙烯酰胺是一种水溶性树脂,其产品为颗粒状固体和一定浓度的粘稠水溶液。

聚丙烯酰胺在水中的实际形态是无规卷曲。由于无规线团具有一定的粒径,表面带有一些酰胺基团,可以起到相应的架桥和吸附作用,即具有一定的絮凝能力。

但由于聚丙烯酰胺的长链卷曲成一个线圈,架桥范围较小。两个酰胺基团缔结后,相当于两个吸附位的相互抵消和损失。另外,一些酰胺基团被截留在线圈结构内部,无法与水中的杂质颗粒接触吸附,其吸附能力无法充分发挥。

为了再次分离结合的酰胺基团,暴露隐藏的酰胺基团,人们试图适当延长无规线团,甚至试图在长分子链上添加一些带有阳离子或阴离子的基团,同时提高吸附架桥能力和电中和压缩双电层的效果。这样,从聚丙烯酰胺衍生出了一系列具有不同性能的聚丙烯酰胺絮凝剂或助凝剂。

第三,助凝剂

在废水的混凝处理中,有时单一的絮凝剂不能达到良好的混凝效果,往往需要添加一些助剂来提高混凝效果。这种助剂叫做助凝剂。常用的助凝剂包括氯、石灰、活性硅酸、骨胶和海藻酸钠、活性炭和各种粘土。

有些助凝剂本身并不具有混凝效果,而是通过调整和改善混凝条件,起到辅助絮凝剂产生混凝效果的作用。一些助凝剂参与絮体的形成,改善絮体的结构,将无机絮凝剂产生的细小疏松的絮体变成粗大致密的矾花。

1、常用助凝剂的种类

助凝剂有很多种,但根据它们在混凝过程中的作用,大致可分为以下两类:

1)用于调节或改善凝血条件的试剂

混凝过程应在一定的pH值范围内进行。如果原水的pH值不能满足这一要求,应调整原水的pH值。这种助凝剂包括酸和碱。当原水pH值较低,碱度不足,使絮凝剂难以水解时,可投加CaO、Ca(OH)2、Na2CO3、NaHCO3(一般为石灰)等碱性物质。当pH值较高时,通常使用硫酸或CO2来降低原水的PH值。

对于溶解性有机物含量较高的废水,可采用Cl2等氧化剂破坏有机物,提高溶解性有机物的去除效果。此外,当亚铁盐用作絮凝剂时,二价铁(Fe2+)可被氯气氧化成高价铁(Fe3+)以提高混凝效果。

上述碱性试剂、硫酸、CO2、氯气等。本身不具有凝血作用,只是起到辅助凝血的作用。

2)凝结有助于增加明矾的粒度、密度和硬度。

凝结的结果要求形成颗粒大、密度高、坚固的矾花,不仅有利于沉淀,而且不易破碎。为了得到这个结果,结合水质的特点,有时需要在水中加入一些物质或药物。例如,向含有不适宜沉淀的轻杂质的低浊度废水或回流部分沉淀污泥中加入二氧化硅、活性炭、粘土等粗颗粒,可以起到加重和增加矾花的作用;当使用铝盐和铁盐作为絮凝剂时,只能产生细小和松散的絮体,可以加入高分子助凝剂如聚丙烯酰胺、活性硅酸和骨胶,通过其强烈的吸附架桥作用使细小和松散的絮体变得粗糙和致密。

四、调理剂

调理剂又称脱水剂,可分为无机调理剂和有机调理剂。无机调理剂一般适用于污泥的真空过滤和板框过滤,有机调理剂适用于污泥的离心脱水和带式压滤脱水。

1.常用污泥调理剂的类型

1)无机调理剂

最有效、最便宜、最常用的无机调理剂主要是铁盐和铝盐。铁盐调理剂主要有氯化铁(FeCl 3·6H2O)、硫酸铁(Fe2 (SO4) 34H2O)、硫酸亚铁(Fe2(SO4)3·4H2O)和聚合硫酸铁(PFS)([Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m),铝盐调理剂主要有硫酸铝(Al2 (SO4)。

加入无机调理剂后,可以大大加快污泥浓缩过程,提高过滤脱水效果。而且铁盐和石灰的结合可以进一步提高调理效果。添加无机调理剂的缺点是用量大,一般来说要达到污泥干固重的5% ~ 20%,导致滤饼体积增大;二是无机调理剂本身具有腐蚀性(尤其是铁盐),加药系统应具有防腐性能。需要注意的是,当氯化铁用作调理剂时,会增加对脱水污泥处理设备金属部件的腐蚀性,因此应适当提高所配备的脱水污泥处理设备的防腐等级。

2)有机护发素

有机合成高分子调理剂种类繁多,按聚合度可分为低聚合度(分子量约1000 ~数万)和高聚合度(分子量约数十万~数百万)。按离子型可分为阳离子型、阴离子型、非离子型、阴离子型等。与无机调理剂相比,有机调理剂用量较少,一般为污泥干固重的0.1% ~ 0.5%,且无腐蚀性。

用于污泥调理的有机调理剂主要是高聚合度聚丙烯酰胺系列絮凝剂产品,包括阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺和非离子聚丙烯酰胺。其中,阳离子聚丙烯酰胺能中和污泥颗粒表面的负电荷,产生颗粒间的架桥作用,表现出较强的内聚力和显著的调理效果,但成本较高。为了降低成本,可以采用廉价的阴离子聚丙烯酰胺-石灰组合法,通过带正电荷的Ca(OH)2絮体将带负电荷的絮凝剂和污泥颗粒吸附在一起,形成复合混凝体系。

2.污泥调理剂的选择

1)护发素的品种特性

就常用的铝盐和铁盐无机调理剂而言,使用铝盐时,药剂用量大,形成的絮体密度小,调理效果差,脱水时会堵塞滤布。因此,在选择无机调理剂时,应尽量使用铁盐;当使用铁盐会带来很多问题时,再考虑使用铝盐。与有机调理剂相比,无机调理剂的药剂用量更大,形成的絮体颗粒细小,但絮体强度更高。因此,采用real 空滤池和板框压滤机脱水污泥时,可以考虑无机调理剂。与无机调理剂相比,有机调理剂用量少,形成的絮体粗,但絮体强度低,比无机调理剂形成的絮体更容易破碎。而且絮体一旦被破坏,无论使用无机调理剂还是有机调理剂,都不容易恢复原状。因此,使用离心脱水机和带式压滤机脱水污泥时,可以考虑使用有机调理剂。当使用无机调理剂或有机调理剂中的一种难以达到理想的调理效果时,可以考虑无机和有机调理剂的组合,有时可以达到更好的调理效果。例如,石灰和氯化铁的组合不仅可以调节pH值,还可以增加污泥的孔隙率,促进污泥的分离。

2)污泥性质

不同性质的污泥所用调理剂的种类和用量也有很大差异。对于有机物含量较高的污泥,更有效的调理剂是阳离子有机高分子调理剂,有机物含量越高,越适合选择聚合度较高的阳离子有机高分子调理剂。对于无机污泥,可以考虑阴离子有机聚合物调理剂。污泥性质的差异直接影响调理效果:初沉池污泥易脱水,浮渣和剩余活性污泥难脱水,混合污泥脱水性能介于两者之间。为了达到一定的调理效果,需要的调理剂数量有明显的差异。一般来说,污泥脱水越困难,调理剂用量越大,污泥颗粒越小,会导致调理剂用量增加,污泥中有机物含量和碱度越高也会导致调理剂用量增加。此外,污泥的固体含量也影响调理剂的用量。一般污泥固含量越高,调理剂用量越大。

动词 (verb的缩写)絮凝剂、混凝剂和调理剂的关系

脱水剂是污泥脱水前添加的化学物质,也就是污泥调理剂,所以脱水剂和调理剂的意思是一样的。脱水剂或调理剂的剂量通常以污泥干固体重量的百分比计算。

絮凝剂用于去除污水中的悬浮物,是水处理领域的重要药剂。絮凝剂的用量一般用单位体积待处理水的用量来表示。

脱水剂(调理剂)、絮凝剂、助凝剂的用量都可以称为用量。该试剂可用作污水处理中的絮凝剂和剩余污泥处理中的调理剂或脱水剂。

助凝剂在水处理领域作为助凝剂使用时,称为助凝剂。同一种助凝剂在处理剩余污泥时,一般不称为助凝剂,而称为调理剂或脱水剂。

使用絮凝剂时,由于水中悬浮物的量是有限的,为了达到絮凝剂与悬浮颗粒的充分接触,需要配备混合和反应设施,并且都要有足够的时间,例如混合需要几十秒到几分钟,反应需要15 ~ 30分钟。而污泥从加入调理剂到进入脱水机的时间往往只有几十秒,也就是只相当于絮凝剂的混合过程而没有反应时间,而且经验也表明,调理效果会随着停留时间的延长而下降。

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