聚丙烯酰胺介紹 聚丙烯酰胺介紹
2007年05月23日 星期三 08:41
絮凝劑是高分子量的陰離子、非離子和陽離子型聚合物。它們用來提高沉降、澄清、過濾、離心分離等工藝過程的效率。絮凝過程就是懸浮液中許多單獨顆粒形成聚集體的過程。水處理中，助凝（coagulation )和絮凝（ flocculation）代表兩種不同的機制。
1、助凝
膠體顆粒通常粒徑小于1微米，不停地作布朗運動。布朗運動的能量足以阻止顆粒在重力下沉降，使之長時間保持懸浮狀態(tài)。膠體懸浮液既可以是穩(wěn)定的，也可以變?yōu)椴环€(wěn)定。
助凝過程是通過加入鹽類使顆粒間的電斥力發(fā)生減少、中和或反向。的助凝劑是無機鹽，如硫酸鋁，三氯化鐵，石灰，氯化鈣及氯化鎂。
2、絮凝
絮凝作用是聚合物在單獨顆粒間發(fā)生架橋的過程?！凹軜颉本褪蔷酆衔镦湺挝皆诓煌念w粒上，促進顆粒的聚集。絮凝劑的活性基團帶的電荷與顆粒的電荷發(fā)生抵消。絮凝劑吸附在顆粒上，通過架橋或電中和使顆粒失去穩(wěn)定性。
陰離子型絮凝劑通常與帶陽電荷的懸浮液（正動電電位）起作用，例如某些鹽類與金屬氫氧化物懸浮液。陽離子型絮凝劑通常與帶陰電的如二氧化硅或有機物懸浮液起作用。
3、聚丙烯酰胺類
的是以聚丙烯酰胺為基礎的聚合物，它是陰離子型的，通過聚合物鏈在顆粒間架橋而起作用。用丙烯酰胺與丙烯酸共聚，可使這類聚合物帶負電。而用丙烯酰胺與陽離子單體聚合物，可以制造陽離子型聚合物。以丙烯酰胺為基礎的聚合物，如含有一定量的離子型單體，它就表現(xiàn)出一定的離子特征。
而且這些聚合物有一定的平均分子量（即鏈長度）和一定的分子量分布。對每一種懸浮液，某一陰離子度，陽離子度或非離子性的聚合物作絮凝劑。
通常，絮凝能力隨分子量增加而提高。聚丙烯酰胺在人工合成的工業(yè)化學劑中分子量，為1000萬至2000萬。別的聚合物有其特殊的性質，在某些特殊條件下用作絮凝劑，它們大多為：
* 多乙烯多胺
* 聚胺基酰胺
* 聚胺
* 聚氧化乙烯
* 磺化物
二、室內評價
1、 溶解
絮凝劑溶液粘度很高，因此難以配成濃度高的溶液。絮凝劑溶液過一段時間后會發(fā)生降解。實驗室里建議配成0.5%濃度的溶液用于貯存，其穩(wěn)定期約二周。0.1%的溶液穩(wěn)定期為6天。有機高分子絮凝劑可以在冷水中分散和溶解。用一磁力或葉片攪拌器對水進行中速攪拌，然后將絮凝劑粉加入。加入速度要控制，使粉末顆粒在水中充分分散，每一個顆粒都應被水潤濕，以避免結團。如有結團就要增加溶解時間。一般溶解時間為2小時以內。高速剪切會使聚合物鏈降解，因此應避免使用高速攪拌器、粉碎機或離心泵。
2、 沉降試驗
a、高固相懸浮液
這種懸浮液里固相與液相的分界線很清楚，因此可以在量筒內觀察固相高度隨時間的變化速度，來測定沉降速度。
方法 ：
* 在一升量筒中注入懸浮液。
* 從1g/l的絮凝劑溶液中,用移液管移取所需量的絮凝劑，加入懸浮液量筒中。
* 將量筒口封閉，來回倒量筒四次；或者用一金屬棒，棒端帶一有孔的園片（園片直徑與量筒內徑相仿），從量筒頂部到底部上下移動園片四次，以攪拌量筒內懸浮液。
* 在一定時間間隔下，測固相高度。
* 畫出固相高度隨時間變化的沉降曲線。
對所有要試驗的絮凝劑按上述步驟試驗，選出其中者。對所選絮凝劑按不同加藥量重復上述步驟，從而確定投加量。濃懸浮液的絮凝過程對攪拌極敏感，因此自始至終采用統(tǒng)一的攪拌方式是極關鍵的。
b、低固相懸浮液
低固相懸浮液時，我們只觀察到很慢的沉降速度。絮凝體呈分散狀，因此需要給懸浮固體一誘導速度，使它成為較大的絮凝體。通過絮凝體大小及上層清液的澄清度來比較試驗結果。
做這種評價的儀器是一種多頭攪拌器（jar-test）。做法如下：
* 取5個燒杯，每個燒杯中加1升懸浮液。
*在葉片高速旋轉（100rpm）下加入絮凝劑，攪10秒鐘以使絮凝劑充分分散在懸浮液中。
* 在40rpm下再攪拌3分鐘。然后以絮凝體大小，上層清液澄清度及沉降速
度來比較不同的絮凝劑及不同的加藥量。
3、加助凝劑后的絮凝試驗
含有高百分比膠體有機物的懸浮液不能直接絮凝，必須先加二價或三價金屬鹽類，如石灰，，氯化鐵，硫酸鋁或鋁酸鈉使膠體顆粒失去穩(wěn)定性。
用合成絮凝劑使助凝過程對ph值不那樣敏感，從而可以使：
* 鈣鹽用于ph值4至14
* 鐵鹽用于ph值4至13
* 鋁鹽用于ph值4.5至10
但對每一種懸浮液需要找出ph值，以便取得效果。可以用多頭攪拌器選擇ph值。
首先，需要確定助凝劑用于使懸浮液失去穩(wěn)定性的用量：
* 配制1%助凝劑溶液，投加10，30，50，100，200ppm助凝劑。
* 酸性很大時需要加堿將ph調回到6。
* 在200rpm轉速下攪拌1分鐘。
* 通常加2 ppm某一陰離子度的合成絮凝劑，在50 rpm下攪拌2分鐘。
首先出現(xiàn)上層清液的燒杯，含有使膠體懸浮液失去穩(wěn)定性的助凝劑用量。要獲得的不穩(wěn)定效果，可能需要200 ppm以上的助凝劑。
然后確定達到所需沉降速度所需的絮凝劑用量：
* 在5個燒杯中充進懸浮液。按前面確定的助凝劑用量加入助凝劑，在100 rpm下攪拌2分鐘。
* 用絮凝體大小、上層清液澄清度及沉降速度對比絮凝劑效能。
在許多場合下，石灰和鐵鹽結合起來可得到效果，尤其是當排出廢水的ph值在7到9.5的范圍內。
4、過濾試驗
a、布氏漏斗試驗
* 用玻璃棒把絮凝劑混到懸浮液中。
* 把混有絮凝劑的懸浮液倒入布氏漏斗中，在一定的壓力下過濾。
* 按一定的時間間隔（30秒或1分鐘）測定濾液量。
* 此時可以做一個清水沖洗試驗，即過某一確定的時間（30秒或60秒）測量清水通過濾餅的量。
b、過濾膜試驗
把過濾膜裝在一只漏斗中，漏斗用一根管子與真空泵相連。在一段已知時間內將漏斗浸沒在懸浮液中，然后取出測量濾餅厚度，濾餅含水量，濾液質量及沖洗速度。
c、離心試驗
實驗室離心試驗只能作相對參考。
* 在離心機的離心管內放入加了絮凝劑的懸浮液，絮凝劑有各種不同加藥量。
* 在1000g下離心2分鐘。
* 測定每一管內的沉降物量和上層清液的澄清度。
5、加藥量
大多數(shù)情況下，達到良好的固/液分離所需的絮凝劑量是很少的。加藥量的平均范圍是：
* 每立方米稀的無機物懸浮液，加0.5 -3克，
* 每立方米濃的無機物懸浮液，2 -20克，
* 對無機物漿液進行過濾或離心：每噸干固體需用25 -300克絮凝劑，
* 對含有機物廢水的澄清：10 - 200ppm助凝劑，加0.25 - 2 ppm絮凝劑,
* 加助凝劑后，有機污物的過濾或離心：每噸干固體加1 -5千克，
* 造紙機提高保留率：每噸成品紙加50-250克，
* 提高溶液粘度：每升加4 -10克。
三、現(xiàn)場應用技術
工業(yè)化規(guī)模溶解絮凝劑時，需要有適合于絮凝劑特點的方法：
* 濃度：絮凝劑溶液在較稀時仍很粘稠
* 攪拌時要避免劇烈剪切
* 絮凝劑顆粒如分散不充分就會結團，這樣就不易溶解
* 如絮凝劑撒在地上遇到水,,就會很滑
溶解裝置由以下部分組成：
* 分散系統(tǒng)，要保證粉末被充分潤濕，而不結團，
* 溶解罐
* 轉移泵
* 貯罐
* 計量泵和稀釋系統(tǒng)
建議溶解絮凝劑時采用盡可能高的濃度，稀釋后加入到系統(tǒng)中。
1、絮凝劑的分散器
分散器采用抽吸工作原理，它有利于溶解粉狀絮凝劑。每次最多分散5千克。水濺到分散器上會堵住絮凝劑吸入管。
2、直接加到溶解罐的攪拌旋渦中。或用一漏斗加入，或用一振動裝置加入。
此方法適合于低濃度的絮凝劑溶液。高于某一濃度時，溶液粘度的提高使粉末接觸溶液時不能很好地分散。
3、在清水形成的旋渦中加粉末
象上面的方法一樣，用此法可以達到的分散效果。
4、溶解罐
絮凝劑溶液不具有腐蝕性，不需要采用低碳鋼或塑料設備（聚脂，玻璃纖維，聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯）。
要有足夠的攪拌，使絮凝劑顆粒保持懸浮狀態(tài)；同時又不能太激烈，以避免使聚合物機械降解。
5、轉移泵
可采用計量泵或低速離心泵加藥。如果把溶解罐裝在貯罐上面，則可省去轉移泵。
6、貯罐
貯罐比配制罐的容積要大。貯罐內的溶液不需攪拌。
四、在工業(yè)生產(chǎn)中使用絮凝劑
必須合理使用絮凝劑，以保證取得效率。它取決于許多物理－化學因素，這些因素都會改變使用效果。工業(yè)應用的效率介于實驗效率的60％到120％之間。影響最終效果的大多數(shù)因素為：
* 注入點的位置既要有渦流使絮凝劑充分分散，但又不能使絮凝體被打碎；
* 多點加藥常使絮凝劑與懸浮體系的接觸得到改善；
* 稀溶液經(jīng)常會使效果更好些。
大多數(shù)沉降裝置都可以在裝置入口處取樣，通過觀察樣品來檢查絮凝效率。在低固相懸浮液時，將沉積物再循環(huán)到沉降裝置的入口中，會改善沉降速度和上層清液的澄清度。同時采用絮凝劑與助凝劑時，下述裝置能改善其效率：
* 一個帶有中速攪拌的溶解罐，罐內停留時間5分鐘左右；
* 一個絮凝罐，它可以做成沉降罐內的一部分，作為化學反應發(fā)生的場所。采用真空過濾或離心機時，絮凝劑從入口管線中加入