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收藏丨28个问题让你全面了解絮凝剂

2019年07月11日 14:05:29
01污水处理中混凝剂的做作用有哪些?
 
为了使废水处理后达标排放或进行回用,在处理过程需要使用多种化学药剂。根据用途的不同,可以将这些药剂分成以下几类:
 
(1)絮凝剂:有时又称为混凝剂,可作为强化固液分离的手段,用于初沉池、二沉池、浮选池及三级处理或深度处理等工艺环节。
 
(2)助凝剂:辅助絮凝剂发挥作用,加强混凝效果。
 
(3)调理剂:又称为脱水剂,用于对脱水前剩余污泥的调理,其品种包括上述的部分絮凝剂和助凝剂。
 
02什么是絮凝剂?其作用是什么?
 
絮凝剂在污水处理领域作为强化固液分离的手段,可用于强化污水的初次沉淀、浮选处理及活性污泥法之后的二次沉淀,还可用于污水三级处理或深度处理。当用于剩余污泥脱水前的调理时,絮凝剂和助凝剂就变成了污泥调理剂或脱水剂。
 
在应用传统的絮凝剂时,可以使用投加助凝剂的方法来加强絮凝效果。例如把活化硅酸作为硫酸亚铁、硫酸铝等无机絮凝剂的助凝剂并分前后顺序投加,可以取得很好的絮凝作用。因此,通俗地讲,无机高分子絮凝剂IPF其实就是把助凝剂与絮凝剂结合在一起制备然后合并投加来简化用户的操作。
 
混凝处理通常置于固液分离设施前,与分离设施组合起来、有效地去除原水中的粒度为1nm~100μm的悬浮物和胶体物质,降低出水浊度和CODCr,可用在污水处理流程的预处理、深度处理,也可用于剩余污泥处理。混凝处理还可有效地去除水中的微生物、病原菌,并可去除污水中的乳化油、色度、重金属离子及其他一些污染物,利用混凝沉淀处理污水中含有的磷时去除率可高达90~95%,是最便宜而又高效的除磷方法。
 
03絮凝剂的作用机理是什么?
 
水中胶体颗粒微小、表面水化和带电使其具有稳定性,絮凝剂投加到水中后水解成带电胶体与其周围的离子组成双电层结构的胶团。采用投药后快速搅拌的方式,促进水中胶体杂质颗粒与絮凝剂水解成的胶团的碰撞机会和次数。水中的杂质颗粒在絮凝剂的作用下首先失去稳定性,然后相互凝聚成尺寸较大的颗粒,再在分离设施中沉淀下去或漂浮上来。
 
搅拌产生的速度梯度G和搅拌时间T的乘积GT可以间接表示在整个反应时间内颗粒碰撞的总次数,通过改变GT值可以控制混凝反应效果。一般控制GT值在104~105之间,考虑到杂质颗粒浓度对碰撞的影响,可以用GTC值作为表征混凝效果的控制参数,其中C表示污水中杂质颗粒的质量浓度,而且建议GTC值在100左右。
 
促使絮凝剂迅速向水中扩散,并与全部废水混合均匀的过程就是混合。水中的杂质颗粒与絮凝剂作用,通过压缩双电层和电中和等机理,失去或降低稳定性,生成微絮粒的过程称为凝聚。凝聚生成微絮粒在架桥物质和水流的搅动下,通过吸附架桥和沉淀物网捕等机理成长为大絮体的过程称为絮凝。混合、凝聚和絮凝合起来称为混凝,混合过程一般在混合池中完成,凝聚和絮凝在反应池中进行。
 
04絮凝剂的种类有哪些?
 
絮凝剂是能够降低或消除水中分散微粒的沉淀稳定性和聚合稳定性,使分散微粒凝聚、絮凝成聚集体而除去的一类物质。按照化学成分,絮凝剂可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂以及微生物絮凝剂三大类。
 
无机絮凝剂包括铝盐、铁盐及其聚合物。有机絮凝剂按照聚合单体带电集团的电荷性质,可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性型等几种,按其来源又可分为人工合成和天然高分子絮凝剂两大类。在实际应用中,往往根据无机絮凝剂和有机絮凝剂性质的不同,把它们加以复合,制成无机有机复合型絮凝剂。微生物絮凝剂则是现代生物学与水处理技术相结合的产物,是当前絮凝剂研究发展和应用的一个重要方向。
 
05无机絮凝剂的种类有哪些?
 
传统应用的无机絮凝剂为低分子的铝盐和铁盐,铝盐主要有硫酸铝(Al2(SO4)3?18H2O)、明矾(Al2(SO4)3?K2SO4?24H2O)、铝酸钠(NaAlO3),铁盐主要有三氯化铁(FeCl3?6H20)、硫酸亚铁(FeSO4?6H20)和硫酸铁(Fe2(SO4)3?2H20)。
 
一般来讲,无机絮凝剂具有原料易得,制备简便、价格便宜、处理效果适中等特点,因而在水处理中应用较多。
 
06无机絮凝剂硫酸铝的特点有哪些?
 
自19世纪末美国最先将硫酸铝用于给水处理并取得专利以来,硫酸铝就以卓越的凝聚沉降性能而被广泛应用。硫酸铝是目前世界上使用最多的絮凝剂,全世界年产硫酸铝约500万吨,其中将近一半用于水处理领域。市售硫酸铝有固、液两种形态,固态的又按其中不溶物的含量分为精制和粗制两种,我国民间常用于饮用水净化的固态产品明矾,就是硫酸铝与硫酸钾的复盐,但在工业水及废水处理中应用不多。
 
硫酸铝适用的pH值范围与原水的硬度有关,处理软水时,适宜pH值为5~6.6,处理中硬水时,适宜pH值为6.6~7.2,处理高硬水,适宜pH值为7.2~7.8。硫酸铝适用的水温范围是20℃~40℃,低于10℃时混凝效果很差。硫酸铝的腐蚀性较小、使用方便,但水解反应慢,需要消耗一定的碱量。
 
07无机絮凝剂三氯化铁的特点有哪些?
 
三氯化铁是另一种常用的无机低分子凝聚剂,产品有固体的黑褐色结晶体,也有较高浓度的液体。其具有易溶于水,矾花大而重,沉淀性能好,对温度、水质及pH的适应范围宽等优点。三氯化铁的适用pH值范围是9~11,形成的絮体密度大,容易沉淀,低温或高浊度时效果仍很好。固体三氯化铁具有强烈的吸水性,腐蚀性较强,易腐蚀设备,对溶解和投加设备的防腐要求较高,具有刺激性气味,操作条件较差。
 
三氯化铁的作用机理是利用三价铁离子逐级水解生成的各种羟基铁离子来实现对水中杂质颗粒的絮凝,而羟基铁离子的形成需要利用水中大量的羟基,因此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,形成絮凝体快而稳定,沉淀时间短,适用于碱度高、浊度大的情况,但色度不易除净,腐蚀性也较强。
 
08无机高分子絮凝剂的种类有哪些?
 
无机高分子絮凝剂(IPF)是从60年代起发展起来的新型絮凝剂,目前,IPF的生产和应用在全世界都取得了迅速进展。铝、铁和硅类的无机高分子絮凝剂实际上分别是它们由水解、溶胶到沉淀过程的中间产物,即Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Si(Ⅳ)的羟基和氧基聚合物。铝和铁是阳离子型荷正电,硅是阴离子型荷负电,它们在水溶态的单元分子量约为数百到数千,可以相互结合成为具有分形结构的集聚体。它们的凝聚—絮凝过程是对水中颗粒物的电中和与粘附架桥两种作用的综合体现。水中悬浮颗粒的粒度在纳米到微米级,大多带负电荷,因此絮凝剂及其形态的电荷正负、电性强弱和分子量、聚集体的粒度大小是决定其絮凝效果的主要因素。目前无机高分子絮凝剂的种类已有几十种(主要品种见下表),产量也达到絮凝剂总产量的30%~60%,其中广泛使用的为聚合氯化铝。
 
09无机高分子絮凝剂的特点有哪些?
 
Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Si(Ⅳ)的羟基和氧基聚合物都会进一步结合为聚集体,在一定条件下保持在水溶液中,其粒度大致在纳米级范围,以此发挥凝聚—絮凝作用会得到低投加量高效果的结果。若比较它们的反应聚合速度,由Al→Fe→Si是趋于强烈的,同时由羟基桥联转为氧基桥联的趋势也按此顺序。因此,铝聚合物的反应较缓和,形态较稳定,铁的水解聚合物则反应迅速,容易失去稳定而发生沉淀,硅聚合物则更趋于生成溶胶及凝胶颗粒。
 
IPF的优点反映在它比传统絮凝剂如硫酸铝、氯化铁的效能更优异,而比有机高分子絮凝剂(OPF)价格低廉。现在它成功地应用在给水、工业废水以及城市污水的各种处理流程,包括预处理、中间处理和深度处理中,逐渐成为主流絮凝剂。但是,在形态、聚合度及相应的凝聚—絮凝效果方面,无机高分子絮凝剂仍处于传统金属盐絮凝剂与有机高分子絮凝剂之间的位置。其分子量和粒度大小以及絮凝架桥能力仍比有机絮凝剂差很多,而且还存在对进一步水解反应的不稳定性问题。IPF的这些弱点促进了各种复合型无机高分子絮凝剂的研究和开发。
 
10聚合氯化铝的特点有哪些?
 
聚合氯化铝(PAC),又称碱式氯化铝,化学式为Aln(OH)mCl3n-m。PAC是一种多价电解质,能显著地降低水中粘土类杂质(多带负电荷)的胶体电荷。由于相对分子质量大,吸附能力强,形成的絮凝体较大,絮凝沉淀性能优于其他絮凝剂。PAC聚合度较高,投加后快速搅拌,可以大大缩短絮凝体形成时间。PAC受水温影响较小,低水温时使用效果也很好。它对水的pH值降低较少,适用的pH范围宽(可在pH=5~9范围内使用),故可不投加碱剂。PAC的投加量少,产泥量也少,且使用、管理、操作都较方便,对设备、管道等腐蚀性也小。因此,PAC在水处理领域有逐步替代硫酸铝的趋势,其缺点是价格较高。
 
另外,从溶液化学的角度看,PAC是铝盐水解—聚合—沉淀反应过程的动力学中间产物,热力学上是不稳定的,一般液体PAC产品均应在半年内使用。添加某些无机盐(如CaCl2、MnCl2等)或高分子(如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等)可提高PAC的稳定性,同时可增加凝聚能力。从生产工艺讲,在PAC的制造过程中引入一种或几种不同的阴离子(如SO42-、PO43-等),利用增聚作用可以在一定程度上改变聚合物的结构和形态分布,进而提高PAC的稳定性和功效;如果在PAC的制造过程中引入其它阳离子组分,如Fe3+,使Al3+和Fe3+交错水解聚合,可制得复合絮凝剂聚合铝铁。
 
三氧化二铝含量是聚合氯化铝有效成分的衡量指标,一般而言,絮凝剂产品密度越大,三氧化二铝含量越高。一般来说,碱化度越高的聚合氯化铝吸附架桥能力越好,但因接近[Al(OH)3]n而易产生沉淀,因此稳定性也较差。
 
11PAC的碱化度是什么?
 
由于聚合氯化铝可以看作是AlCl3逐步水解转化为Al(OH)3过程中的中间产物,也就是Cl-逐步被羟基OH-取代的各种产物。聚合氯化铝的某种形态中羟基化程度就是碱化度,碱化度是聚合氯化铝中羟基当量与铝的当量之比。
 
实践表明,碱化度是聚合氯化铝的最重要指标之一,聚合氯化铝的聚合度、电荷量、混凝效果、成品的pH值、使用时的稀释率和储存的稳定性等都与碱化度有密切关系。常用聚合氯化铝的碱化度多为50%~80%。
 
12复合絮凝剂的特点和使用的注意事项有哪些?
 
复合絮凝剂有各种成分,其主要原料是铝盐、铁盐和硅酸盐。从制造工艺方面讲,它们可以预先分别羟基化聚合再加以混合,也可以先混合再加以羟基化聚合,但最终总是要形成羟基化的更高聚合度的无机高分子形态,才能达到优异的絮凝效果。复合剂中每种组分在总体结构和凝聚—絮凝过程中都会发挥一定作用,但在不同的方面,可能有正效应,也可能有负效应。
 
IPF产品通常要综合考虑稳定性、电中和能力和吸附架桥能力三种因素。聚合铝、聚合铁类絮凝剂的弱点是分子量和粒度尚不够高而聚集体的粘附架桥能力不够强,因而需要加入粒度较大的硅聚合物来增强絮凝性能。但加入阴离子型的硅聚合物后,总体电荷会有所降低,从而减弱了电中和能力。
 
因此,目前的复合絮凝剂即使制造质量优良,与聚合铝相比,其效果只能提高10~30%。作为使用IPF的废水处理技术人员,必须了解不同种类复合絮凝剂的特性、适应性、优点及不足是同样重要的。在选用最合适的絮凝剂和投加工艺操作程序时,只有根据废水水质特点,仔细分析和判断,才能获得最佳的处理效果。
 
13人工合成有机高分子絮凝剂的种类有哪些?
 
人工合成有机高分子絮凝剂多为聚丙烯、聚乙烯物质,如聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺等。这些絮凝剂都是水溶性的线型高分子物质,每个大分子由许多包含带电基团的重复单元组成,因而也称为聚电解质。包含带正电基团的为阳离子型聚电解质,包含带负电基团的为阴离子型聚电解质,既包含带正电基团又包含带负电基团,称之为非离子型聚电解质。
 
目前使用较多的高分子絮凝剂是阴离子型,它们对水中负电胶体杂质只能发挥助凝作用。往往不能单独使用,而是配合铝盐、铁盐使用。阳离子型絮凝剂能同时发挥凝聚和絮凝作用而单独使用,故得到较快发展。
 
我国当前使用较多的是聚丙烯酰胺类非离子型高聚物,常与铁、铝盐合用。利用铁、铝盐对胶体微粒的电性中和作用和高分子絮凝剂优异的絮凝功能,从而得到满意的处理效果。聚丙烯酰胺在使用中具有投量少,凝聚速度快,絮凝体粒大强韧的特点。我国目前生产的人工合成有机高分子絮凝剂中80%是这种产品。
 
14聚丙烯酰胺类絮凝剂的特点有哪些?
 
聚丙烯酰胺PAM是一种目前应用最广泛的人工合成有机高分子絮凝剂,有时也被用作助凝剂。聚丙烯酰胺的生产原料是聚丙烯腈CH2=CHCN,在一定条件下,丙烯腈水解生成丙烯酰胺,丙烯酰胺再通过悬浮聚合得到聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺属于水溶性树脂,产品有粒状固体和一定浓度的粘稠水溶液两种。
 
聚丙烯酰胺在水的实际存在形态是无规线团,由于无规线团具有一定的粒径尺寸,其表面又有一些酰胺基团,因此能够起到相应的架桥和吸附能力,即具有一定的絮凝能力。但由于聚丙烯酰胺长链卷曲成线团,使其架桥范围较小,两个酰胺基缔结后,相当于作用相互抵消而丧失两个吸附位,再加上部分酰胺基卷藏在线团结构的内部,不能与水中的杂质颗粒相接触和吸附,所以其拥有的吸附能力不能充分发挥。
 
为了使缔结在一起的酰胺基再次分开、内藏的酰胺基也能暴露在外表,人们设法将无规线团适当延伸展开,甚至设法在长分子链上增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作用。这样一来,在PAM的基础上又衍生出一系列性质各异的聚丙烯酰胺类絮凝剂或助凝剂。
 
比如说在聚丙烯酰胺溶液中加碱,使部分链节上的酰胺基转化为羧酸钠,而羧酸钠在水中容易离解出钠离子,使COO-基保留在支链上,因此生成部分水解的阴离子型聚丙烯酰胺。阴离子型聚丙烯酰胺分子结构上的COO-基使分子链带有负电荷,彼此相斥将原来缔结在一起的酰胺基拉开,促使分子链由线团状逐渐伸展成长链状,从而使架桥范围扩大、提高絮凝能力,作为助凝剂其优势表现得更为出色。
 
阴离子型聚丙烯酰胺的使用效果与其“水解度”有关,“水解度”过小会导致混凝或助凝效果较差,“水解度”过大会增加制作成本。
 
15什么是阴离子型聚丙烯酰胺的水解度?
 
阴离子型聚丙烯酰胺“水解度”是水解时PAM分子中酰胺基转化成羧基的百分比,但由于羧基数测定很困难,实际应用中常用“水解比”即水解时氢氧化钠用量与PAM用量的重量比来衡量。
 
水解比过大,加碱费用较高,水解比过小,又会使反应不足、阴离子型聚丙烯酰胺的混凝或助凝效果较差。一般将水解比控制在20%左右,水解时间控制在2~4h。
 
16影响絮凝剂使用的因素有哪些?
 
(1)水的pH值
 
水的pH值对无机絮凝剂的使用效果影响很大,pH值的大小关系到选用絮凝剂的种类、投加量和混凝沉淀效果。水中的H+和OH-参与絮凝剂的水解反应,因此,pH值强烈影响絮凝剂的水解速度、水解产物的存在形态和性能。以通过生成Al(OH)3带电胶体实现混凝作用的铝盐为例,当pH值<4时,Al3+不能大量水解成Al(OH)3,主要以Al3+离子的形式存在,混凝效果极差。pH值在6.5~7.5之间时,Al3+水解聚合成聚合度很大的Al(OH)3中性胶体,混凝效果较好。pH值>8后,Al3+水解成AlO2-,混凝效果又变得很差。
 
水的碱度对pH值有缓冲作用,当碱度不够时,应添加石灰等药剂予以补充。当水的pH值偏高时,则需要加酸调整pH值到中性。相比之下,高分子絮凝剂受pH值的影响较小。
 
(2)水温
 
水温影响絮凝剂的水解速度和矾花形成的速度及结构。混凝的水解多是吸热反应,水温较低时,水解速度慢且不完全。低温情况下,水的粘度大,布朗运动减弱,絮凝剂胶体颗粒与水中杂质颗粒的碰撞次数减少,同时水的剪切力增大,阻碍混凝絮体的相互粘合;因此,尽管增加了絮凝剂的投加量,絮体的形成还是很缓慢,而且结构松散、颗粒细小,难以去除。低温对高分子絮凝剂的影响较小。但要注意的是,使用有机高分子絮凝剂时,水温不能过高,高温容易使有机高分子絮凝剂老化甚至分解生成不溶性物质,从而降低混凝效果。
 
(3)水中杂质成分
 
水中杂质颗粒大小参差不齐对混凝有利,细小而均匀会导致混凝效果很差。杂质颗粒浓度过低往往对混凝不利,此时回流沉淀物或投加助凝剂可提高混凝效果。水中杂质颗粒含有大量有机物时,混凝效果会变差,需要增加投药量或投加氧化剂等起助凝作用的药剂。水中的钙镁离子、硫化物、磷化物一般对混凝有利,而某些阴离子、表面活性物质对混凝有不利影响。
 
(4)絮凝剂种类
 
絮凝剂的选择主要取决于水中胶体和悬浮物的性质及浓度。如果水中污染物主要呈胶体状态,则应首选无机絮凝剂使其脱稳凝聚,如果絮体细小,则需要投加高分子絮凝剂或配合使用活化硅胶等助凝剂。很多情况下,将无机絮凝剂与高分子絮凝剂联合使用,可明显提高混凝效果,扩大应用范围。对于高分子而言,链状分子上所带电荷量越大,电荷密度越高,链越能充分伸展,吸附架桥的作用范围也就越大,混凝效果会越好。
 
(5)絮凝剂投加量
 
使用混凝法处理任何废水,都存在最佳絮凝剂和最佳投药量,通常都要通过试验确定,投加量过大可能造成胶体的再稳定。一般普通铁盐、铝盐的投加范围是10~100mg/L,聚合盐为普通盐投加量的1/2~1/3,有机高分子絮凝剂的投加范围是1~5mg/L。
 
(6)絮凝剂投加顺序
 
当使用多种絮凝剂时,需要通过试验确定最佳投加顺序。一般来说,当无机絮凝剂与有机絮凝剂并用时,应先投加无机絮凝剂,再投加有机絮凝剂。而处理杂质颗粒尺寸在50μm以上时,常先投加有机絮凝剂吸附架桥,再投加无机絮凝剂压缩双电层使胶体脱稳。
 
(7)水力条件
 
在混合阶段,要求絮凝剂与水迅速均匀地混合,而到了反应阶段,既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会,又要防止已生成的小絮体被打碎,因此搅拌强度要逐步减小,反应时间要足够长。
 
17天然有机高分子絮凝剂的种类有哪些?
 
天然有机高分子絮凝剂在水处理中应用具有悠久的历史,直到今天,天然高分子化合物仍是一类重要的絮凝剂,只是使用量远低于人工合成高分子絮凝剂,原因是天然高分子絮凝剂电荷密度较小,分子量较低,且易发生生物降解而失去絮凝活性。
 
与人工合成的絮凝剂相比,天然有机高分子絮凝剂的毒性小,提取工艺简单,无论是化学成分还是生产工艺,都能很好地与自然和谐一致,因此研究、利用这些自然资源用作水处理药剂成为当前的热点,这与全球重视合理利用资源,保护和改善环境的形势密不可分。
 
目前天然高分子絮凝剂的种类很多,按照其主要天然成分(包括改性所用的基质成分),可以分为:壳聚糖类絮凝剂、改性淀粉絮凝剂、改性纤维素絮凝剂、木质素类絮凝剂、树胶类絮凝剂、褐藻胶絮凝剂、动物胶和明胶絮凝剂等。这些天然高分子多数具有多糖结构,其中淀粉主链中仅含有一种单糖结构,属于同多糖;壳聚糖、树胶、褐藻胶等含有多种单糖结构,属于杂多糖;木质素是一种特殊的芳香型天然高聚物;动物胶和明胶属于蛋白质类物质。
 
18使用高分子有机絮凝剂时,应注意哪些事项?
 
有机高分子絮凝剂属于线团结构的长链大分子,在水中必然经历一个溶涨过程,固体产品或高浓度液体产品在使用之前必须配制成水溶液再投加到待处理水中。配制水溶液的溶药池必须安装机械搅拌设备,溶药连续搅拌时间要控制在30min以上。水溶液的浓度一般为0.1%左右,再高,溶液的粘度增大,投加困难,再低,需要的溶液池体积又会过大。溶药使用的水中应尽量避免含有大量的悬浮物,以避免有机高分子絮凝剂与这些悬浮物进行絮凝反应形成矾花,影响投加后的使用效果。
 
对固体有机高分子絮凝剂进行溶解时,固体颗粒的投加点一定要在水流紊动最强烈的地方,同时一定要以最小投加量向溶药池中缓慢投入,使固体颗粒分散进入水中,以防固体投加量太快在水中分散不及而相互粘结形成团块,团块的结构是内部有固体颗粒、外部包围部分水解物,这样的团块一旦形成,往往要花费很长时间才能再均匀地溶入水中,在连续溶药池中甚至可以存在长达数天。
 
固体颗粒的投加点一定要远离机械搅拌器的搅拌轴,因为搅拌轴通常是溶药池中水流紊动性最差的地方,溶解不充分的有机高分子絮凝剂经常会附着在轴上,日益积累,有时可以形成相当大的粘团,如果不及时认真地予以清理,粘团会越变越大,影响范围也就越来越大。
 
作为助凝剂时,一般要先在处理水中投加无机絮凝剂进行压缩双电层脱稳后,再投加有机高分子絮凝剂实现架桥作用。在无机絮凝剂投加充足的条件下,有机高分子絮凝剂的助凝效果不会因投加量的差异而有较大差别。因此,作为助凝剂时,有机高分子絮凝剂的投加量一般为0.1mg/L。
 
固体有机高分子絮凝剂容易吸水潮解成块,必须使用防水包装,保存地点也必须干燥,避免露天存放。
 
19微生物絮凝剂的种类有哪些?
 
微生物絮凝剂与传统无机或有机絮凝剂有显著不同,它们或是直接利用微生物细胞,或是利用微生物细胞壁提取物、代谢产物等。前者是微生物絮凝剂研究的主要方面,至今发现的具有絮凝性能微生物有17种以上,包括霉菌、细菌、放线菌和酵母,后者与有机絮凝剂为同类物质。微生物絮凝剂具有传统无机或有机絮凝剂所不能比拟的许多优点,如不产生二次污染、生产成本低等。
 
微生物絮凝剂的絮凝性能受诸多因素影响,内在因素包括絮凝基因的遗传和表达,外在因素则有微生物培养基的组成、细胞表面疏水性的变化、环境中二价金属离子的存在等。目前,国外已有性能良好的微生物絮凝剂商品,如日本生产的NOC-1。微生物絮凝剂从研究到生产的关键问题是发展成熟的微生物育种技术,同时努力降低生产成本。我国的微生物絮凝剂研制正朝着这一方向迈进,但是离工业化生产还有一定距离。
 
20如何确定使用絮凝剂的种类和投加剂量?
 
絮凝剂的选择和用量应根据相似条件下的水厂运行经验或原水混凝沉淀试验结果,结合当地药剂供应情况,通过技术经济比较后确定。选用的原则是价格便宜、易得,净水效果好,使用方便,生成的絮凝体密实、沉淀快、容易与水分离等。
 
混凝的目的在于生成较大的絮凝体,由于影响因素较多 ,一般通过混凝烧杯搅拌试验来取得相应数据。混凝试验在烧杯中进行,包括快速搅拌、慢速搅拌和静止沉降三个步骤。投入的絮凝剂经过快速搅拌迅速分散并与水样中的胶粒相接触,胶粒开始凝聚并产生微絮体;通过慢速搅拌,微絮体进一步互相接触长成较大的颗粒;停止搅拌后,形成的胶粒聚集体依靠重力自然沉降至烧杯底部。通过对混凝效果的综合评价,如絮凝体沉降性、上清液浊度、色度、pH值、耗氧量等,确定合适的絮凝剂品种及其最佳用量。
 
试验用六联搅拌机,它有六个可垂直移动的转轴,其底部位置处带有搅拌叶片,叶片尺寸6cm×2cm 。转轴的旋转速度和旋转时间可以预先设定,能自动工作。一般试验按快速搅动2min,n=300r/min;慢速搅动3min,n=60r/min。试验时在6个1000mL大烧杯中加入1L原水后,分别放在六个转轴的正下方,将转轴下移到底;再在连接在一水平转轴上的6个小玻璃烧杯内,依次加入不同数量的药液,转动水平轴,则小管内的药液同时倒入相应的原水中。然后启动搅拌器使其自动工作。
 
搅动自动停止后,将叶片从烧杯中缓慢拉起,静置20min,用移液管自水面下约10cm处,汲取水样25ml,用浊度计测量上清液的浊度。以投药量为横坐标,上清液的剩余浊度为纵坐标,绘制成曲线将不同絮凝剂的效果进行对比,根据除浊效果和综合技术经济多方面因素,选择确定处理这种废水的絮凝剂。
 
烧杯搅拌试验方法可分单因素试验和多因素试验两种。试验时要做到所用原水与实际水质完全相同,同时在根据水的pH值、杂质性质等因素考虑确定絮凝剂的种类、投加量、投加顺序,而且试验应该是实际过程的模拟,两者的水力条件(主要是GT值)必须相同或接近。
 
21什么是助凝剂?其作用是什么?
 
在废水的混凝处理中,有时使用单一的絮凝剂不能取得良好的混凝效果,往往需要投加某些辅助药剂以提高混凝效果,这种辅助药剂称为助凝剂。常用助凝剂有氯、石灰、活化硅酸、骨胶和海藻酸钠、活性炭和各种粘土等。
 
有的助凝剂本身不起混凝作用,而是通过调节和改善混凝条件、起到辅助絮凝剂产生混凝效果的作用。有的助凝剂则参与絮体的生成,改善絮凝体的结构,可以使无机絮凝剂产生的细小松散的絮凝体变成粗大而紧密的矾花。
 
22常用助凝剂的种类有哪些?
 
助凝剂种类较多,但按它们在混凝过程中所起作用来说大致可分为如下两类:
 
(1)调节或改善混凝条件的药剂
 
混凝过程应该在一定的pH值范围内进行,如果原水pH值不能满足此要求,则应调整原水的pH值,这类助凝剂包括酸和碱。原水pH值较低、碱度不足而使絮凝剂水解困难时,可以投加CaO、Ca(OH)2、Na2CO3、NaHCO3等碱性物质(常用的为石灰);而PH值较高时,则常用硫酸或CO2 来降低原水的pH值。
 
对溶解性有机物含量较大的废水,可用Cl2等氧化剂来破坏有机物,提高对溶解性有机物的去除效果。另外亚铁盐作絮凝剂时,可用氯气将亚铁(Fe2+)氧化成高价铁(Fe3+),以提高混凝效果。
 
以上碱剂、硫酸和CO2 、氯气等本身并不起凝聚作用,只起辅助混凝的作用。
 
(2)加大矾花粒度、密度和结实性的助凝剂
 
混凝的结果要求生成粒度大、密度大和结实的矾花,既有利于沉淀,又不易破碎。为获得此种结果,结合水质的特点,有时必须在水中加入某种物质或药剂。如含有不宜沉降的质地较轻杂质的低浊废水中,加入二氧化硅、活性炭、粘土一类较粗颗粒或回流部分沉淀污泥可起到加重、加大矾花的作用;当采用铝盐、铁盐作絮凝剂只能产生细小而松散的絮凝体时,可投加聚丙烯酰胺、活化硅酸及骨胶等高分子助凝剂,利用它们的强烈吸附架桥作用,使细小而松散的絮凝体变得粗大而密实。
 
23絮凝剂、助凝剂在强化废水处理中的应用有哪些?
 
废水处理中投加絮凝剂可加速废水中固体颗粒物的聚集和沉降,同时也能去除部分溶解性有机物。这种方法具有投资少,操作简单,灵活等优点,特别适合于处理水量小,悬浮杂质含量较大的废水。采用无机絮凝剂时,因为投药量大,产生的污泥量也大,所以实际应用中主要采用人工合成有机高分子絮凝剂OPF,或采用无机絮凝剂与OPF相结合的方式。
 
据有关报道,在初级沉淀池,常使用阴离子型已水解的聚丙烯酰胺去除废水中的悬浮杂质,而使用非离子型聚丙烯酰胺(PAM)时的效果不好。经验表明,在初级沉淀池中投加1mg/L水解聚丙烯酰胺,可去除进场废水中50%以上的悬浮粒子及40%以上的BOD5。
 
在废水的初级沉淀处理中,将有机高分子聚电解质与无机絮凝剂的混合使用,要比它们各自单独使用效果更好。由于进场废水中悬浮粒子的浓度、粒径分布及种类等随时会发生变化,就使得絮凝剂的最佳剂量有时难以控制。这时若过量投加无机絮凝剂,用卷扫机理来沉淀去除悬浮杂质,方法虽然可行,但其缺点也是很突出的,一是作用时间比较长(15~30min),再是形成的絮体易破碎。如果在投加无机絮凝剂的同时,再加入一定量的有机高分子聚电解质,可使絮凝时间减少到2~5min,而且形成的絮体也比较结实。
 
在用沉淀法去除水中带色有机胶体杂质时,可使用双电解质系统。先用带有高正电荷的阳离子型聚电解质使这些有机胶体脱稳,然后再用大分子量非离子型或阴离子型聚电解质使已脱稳的有机胶体絮凝成易沉淀的絮体。
 
二次沉淀池中常使用阳离子型聚电解质作絮凝剂,如聚二甲基已二烯氯化铵或聚氨甲基二甲基已二烯氯化铵等,但其投加量要比在初次沉淀池中少一些。原因是初次沉淀池中所添加的阴离子型聚电解质有一部分在进入二次沉淀池后继续发挥作用,而且二次沉淀池中所添加的聚电解质在污泥回流中能反复得到利用。
 
另外,混凝处理还可以去除废水中的磷酸盐和重金属离子。长期以来,人们一直采用投加金属盐类无机絮凝剂的方法来去除废水中的部分磷酸盐。但实验证明,在保证磷酸根的去除率没有降低的前提下,用阳离子聚合物代替无机絮凝剂可以取得同样的除磷效果,这说明聚合物参与了对阴离子磷酸根的吸附。例如某废水处理场在混凝处理工艺中,用12mg/L硫酸铁和3mg/L高电荷密度的阳离子聚合物,以及0.2mg/L高分子量的阴离子聚合物复合,代替原来23mg/L的硫酸铁,在磷的去除率不变的情况下,使出水BOD5去除率从30%上升到了55%。同时,采用混凝处理后,可以使活性污泥阶段产生的污泥中无机物成分减少,提高活性污泥的生物降解功能。
 
废水处理中使用的过滤、浮选等处理工艺中,通过使用无机絮凝剂和聚电解质助凝剂,可以提高出水水质。结合废水水质特点,絮凝剂可以单独使用,也可以多种絮凝剂复合使用或一主一辅复配使用(辅者作为助凝剂)。絮凝剂的选择可以通过烧杯静态试验初步筛选,再在生产装置上验证确定。
 
24常用污泥调理剂的种类有哪些?
 
调理剂又称脱水剂,可分为无机调理剂和有机调理剂两大类。无机调理剂一般适用于污泥的真空过滤和板框过滤,而有机调理剂则适用于污泥的离心脱水和带式压滤脱水。
 
⑴无机调理剂
 
最有效、最便宜也是最常用的无机调理剂主要有铁盐和铝盐两大类。铁盐调理剂主要包括氯化铁(FeCl3?6H2O)、硫酸铁(Fe2(SO4)3?4H2O)、硫酸亚铁(FeSO4?7H2O)以及聚合硫酸铁(PFS)([Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m)等,铝盐调理剂主要有硫酸铝(Al2(SO4)3?18H2O)、三氯化铝(AlCl3)、碱式氯化铝(Al(OH)2Cl)、聚合氯化铝(PAC)([Al2(OH)n?Cl6-n] m)等。
 
投加无机调理剂后,可以大大加速污泥的浓缩过程,改善过滤脱水效果。而且铁盐和石灰联用可以进一步提高调理效果。投加无机调理剂的缺点一是用量较大,一般来说,投加量要达到污泥干固体重量的5%~20%,从而导致滤饼体积增大;二是无机调理剂本身具有腐蚀性(尤其是铁盐),投加系统要具有防腐性能。应当注意的是,采用氯化铁作为调理剂时,会增加对脱水污泥处理设备金属构件的腐蚀性,因此所配备的脱水污泥处理设备的防腐等级应适当提高。
 
(2)有机调理剂
 
有机合成高分子调理剂种类很多,按聚合度可分为低聚合度(分子量约为1千~几万)和高聚合度(分子量约为几十万~几百万)两种;按离子型分为阳离子型、阴离子型、非离子型、阴阳离子型等。与无机调理剂相比,有机调理剂投加量较少,一般为污泥干固体重量的0.1%~0.5%,而且没有腐蚀性。
 
用于污泥调理的有机调理剂主要是高聚合度的聚丙烯酰胺系列的絮凝剂产品,主要有阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺和非离子型聚丙烯酰胺三类。其中阳离子型聚丙烯酰胺能中和污泥颗粒表面的负电荷并在颗粒间产生架桥作用而显示出较强的凝聚力,调理效果显著,但费用较高。为降低成本,可以使用较便宜的阴离子型聚丙烯酰胺-石灰联用法,利用带有正电荷的Ca(OH)2絮体物将带负电的絮凝剂和污泥颗粒吸附在一起,形成一种复合的凝聚体系。
 
25选择使用污泥调理剂应考虑的因素有哪些?
 
(1)调理剂的品种特点
 
就常用的铝盐和铁盐无机调理剂而言,使用铝盐时的药剂投加量较大,所形成的絮体密度较小,调理效果较差,在脱水过程中会堵塞滤布。因此,在选用无机调理剂时,尽可能采用铁盐;当使用铁盐会带来许多问题时,再考虑采用铝盐。无机调理剂与有机调理剂相比,药剂投加量较大,形成的絮体颗粒细小,但絮体强度较高。因此在利用真空过滤机和板框压滤机使污泥脱水时,可以考虑采用无机调理剂。与无机调理剂相比,有机调理剂药剂投加量较小,形成的絮体粗大,但絮体强度较低,比无机调理剂形成的絮体更容易破碎。而且一旦絮体被破坏,不论采用无机调理剂还是有机调理剂,都不易恢复到原来的状态。因此在利用离心脱水机和带式压滤机使污泥脱水时,可以考虑采用有机调理剂。在采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,可以考虑将无机和有机调理剂复配使用,有时能取得更好的调理效果。比如石灰和三氯化铁联合使用,不但能起到调节pH值的作用,而且石灰和污水中的重碳酸钙生成的碳酸钙颗粒结构还能增加污泥的孔隙率,促进泥水分离。
 
(2)污泥性质
 
不同性质的污泥,选用调理剂的种类和投加量也有很大差异。对有机物含量高的污泥,较为有效的调理剂是阳离子型有机高分子调理剂,而且有机物含量越高,越适宜选用聚合度越高的阳离子型有机高分子调理剂。而对以无机物为主的污泥,则可以考虑采用阴离子型有机高分子调理剂。污泥性质的不同直接影响调理效果:初沉池污泥较易脱水,而浮渣和剩余活性污泥则较难脱水,混合污泥的脱水性能则介于两者之间。为达到一定的调理效果,所需调理剂的数量存在显著差异。一般来说,越难脱水的污泥其调理用药剂量越大,污泥颗粒细小,会导致调理剂消耗量的增加,污泥中的有机物含量和碱度高,也会导致调理剂用量的加大。另外,污泥含固率也影响调理剂的投加量,一般污泥含固率越高,调理剂的投加量越大。
 
(3)温度
 
污泥的温度直接影响着无机盐类调理剂的水解作用,温度低时,水解作用会变慢。如果温度低于10℃,调理效果会明显变差,可通过适当延长调理时间的方法改善调理效果。使用有机高分子调理剂时,如果配制药液的母液或自来水温度过低或污泥温度过低,就会由于水的动力粘滞度和高分子调理剂溶液本身的粘度变大而不利于稀释均匀和调理混合均匀,进而影响污泥调理效果和脱水效果。因此,冬季气温较低时,要重视污泥输送系统的保温环节(从污水处理系统排出的污泥温度一般不低于15℃),尽量减少污泥输送过程中热量的损失。在必要的情况下,可以采取对有机高分子调理剂稀释罐加热或适当延长混合溶解时间和加大搅拌强度的方法改善溶解条件。
 
(4)pH值
 
污泥的pH值决定无机盐类调理剂的水解产物形态,同一种调理剂对不同pH值的污泥的调理效果也大不相同。铝盐的水解反应受pH值的影响很大,其凝聚反应的最佳pH值范围为5~7。当pH值大于8或小于4时,难以形成絮体,也就是说失去了调理的作用。而高铁盐调理剂受pH值的影响较小,无论污泥呈酸性还是呈碱性,都能形成水解产物Fe(OH)3絮体,最佳pH值范围为6~11。亚铁盐在pH值为8~10的污泥中,其溶解度较高的水解产物能被氧化成溶解度较低的Fe(OH)3絮体。因此选用无机盐类调理剂时,首先要考虑脱水污泥的具体pH值,如果pH值偏离其凝聚反应的最佳范围,最好更换使用另一种调理剂。否则就要考虑在对污泥进行调理之前,投加酸或碱调整污泥的pH值,一般情况下,都不采取这种措施。
 
pH值对聚合电解质的调理效果也有影响,污泥的pH值影响着调理剂分子的电离、荷电状况以及分子形状。阳离子型聚合电解质在低pH值的酸性污泥中的电离度较大,分子形状趋向舒展;而在高pH值的碱性污泥中电离度较小,分子形状趋向卷曲。与阳离子型聚合电解质性质相反,阴离子型聚合电解质在低pH值的酸性污泥中的电离度较小,分子形状趋向卷曲;而在高pH值的碱性污泥中电离度较大,分子形状趋向舒展。阴阳离子型聚合电解质的情况稍有不同,在等电点时,整个分子呈中性,正负两种电荷相互吸引,故分子紧密卷曲成团。在等电点两侧,分子上都会有一种电荷过剩,因互相排斥作用而使分子趋向舒展。
 
(5)配制浓度
 
调理剂的配制浓度不仅影响调理效果,而且影响药剂消耗量和泥饼产率,其中有机高分子调理剂影响更为显著。一般来说,有机高分子调理剂配制浓度越低,药剂消耗量越少,调理效果越好。这是因为有机高分子调理剂配制浓度越低,越容易混合均匀,分子链伸展得越好,架桥凝聚作用发挥得越好,调理效果当然也越好。但配制浓度过高或过低都会降低泥饼产率。而无机高分子调理剂的调理效果几乎不受配制浓度的影响。经验和有关研究表明,有机高分子调理剂配制浓度在0.05%~0.1%之间比较合适,三氯化铁配制浓度10%最佳,而铝盐配制浓度在4%~5%最为适宜。
 
(6)投加顺序
 
当采用不止一种调理剂时,调理剂投加的顺序也会影响调理效果。当采用铁盐和石灰作调理剂时,一般先投加铁盐,再投加石灰,这样形成的絮体与水较易分离,而且调理剂总的消耗量也较少。当采用无机调理剂和有机高分子调理剂联合调理污泥时,先投加无机调理剂,再投加有机高分子调理剂,一般可以取得较好的调理效果。
 
(7)混合反应条件
 
要想达到最好的调理效果,污泥与调理剂实现完全充分的混合是非常必要的。但值得注意的是,污泥与调理剂混合反应形成絮体后,决不能再被破坏,因为絮体一旦受到破坏就很难恢复到原来的状态。经验表明,针对某种污泥,使用某种调理剂,只有混合反应的强度和时间在一定范围内,才能取得较好的调理效果,而且调理效果会随着停留时间的增加而降低。这就是说,经过试验确定了调理的时间和强度后,必须在实际操作中严格遵守实行。一方面不能随意延长或缩短混合反应的时间,另一方面要尽可能快地使调理后的污泥进入脱水机。
 
26调理剂的投加量如何确定?
 
污泥调理的药剂消耗量没有固定的标准,根据污泥的品种、消化程度、固体浓度等具体性质的不同,投加量会出现一定的差异。因此,大多是在实验室或在现场直接试验确定调理剂的种类及具体投加量。
 
一般来说,按污泥干固体重量的百分比计,三氯化铁的投加量为5%~10%,硫酸亚铁约为10%~15%,消石灰的投加量为20%~40%,聚合氯化铝和聚合硫酸铁约为1%~3%,阳离子型聚丙烯酰胺为0.1%~0.3%。据有关资料先容,由于常用的聚丙烯酰胺系列有机合成高分子调理剂的价格较为昂贵(有的品种是普通无机调理剂的十几甚至二十倍以上),虽然其投加量较少,但折合调理每吨污泥的费用,使用有机合成高分子调理剂的成本仍然较高。普遍的做法是优选无机调理剂,当无机调理剂作用较差、难以达到理想的调理效果时,再考虑使用有机合成高分子调理剂或将无机和有机调理剂复配使用。
 
27使用调理剂的注意事项有哪些?
 
为了更好地使用调理剂,应注意以下事项:①充分了解和掌握被处理污泥的性质(浓度、成分等),②试验确定适合于污泥性质和脱水机性质的调理剂种类,③试验确定调理剂的注入点、反应条件、投加量等,④根据调理剂的性质确定调理剂的溶解、储存等使用方法。
 
一般来说,无机调理剂适用于真空过滤脱水和板框压滤脱水,而有机调理剂则较适用于离心脱水和带式压滤脱水。在使用离心脱水机和带式压力脱水机时,为了形成不易破碎的粗大絮凝物,一般使用分子量在10万、甚至100万以上的阳离子系列高分子调理剂。同时还要注意,由于离心脱水机是在2000~3000G的高离心力下进行固液分离,使用分子量越大的高分子调理剂,越容易形成坚固的絮凝物,越有利于脱水;而对带式压滤脱水机来讲,分子量过高时,调理剂的部分粘性会残留在絮凝物上,从而导致滤饼在滤布上的剥离性较差。就阳离子调理剂而言,对于同样污泥,和离心脱水机相比,带式压力脱水机要求调理剂的阳离子度较高、而投加量较少。
 
一般来说,污泥浓度高时,使用高分子量的调理剂效果较好,而污泥浓度低时,使用分子量较低的调理剂效果较好。
 
废水生物处理产生的剩余污泥和回流污泥的性质相同,其主要成分是微生物的絮凝物,一般带有负电荷,因此为使剩余污泥凝聚,最好使用阳离子的调理剂。当前使用较多的阳离子调理剂是聚丙酰胺的共聚物或氨基甲基化变性物,通过调整阳离子变性条件,可得到不同阳离子度的调理剂。根据阳离子度的不同(可用胶体滴定法测定),阳离子调理剂可分为高、中、低阳离子度调理剂。
 
28脱水剂、调理剂与絮凝剂、助凝剂的关系是什么?
 
脱水剂是对污泥进行脱水之前投加的药剂,也就是污泥的调理剂,因此脱水剂和调理剂的意义是一样的。脱水剂或调理剂的投加量一般都以污泥干固体重量的百分比计。
 
絮凝剂应用于去除污水中悬浮物,是水处理领域的重要药剂。絮凝剂的投加量一般以待处理水的单位体积内投加的数量来表示。
 
脱水剂(调理剂)与絮凝剂、助凝剂的投加量都可以称为加药量。同一种药剂既可以在处理污水时应用为絮凝剂,又可以在剩余污泥处理过程中应用为调理剂或脱水剂。
 
助凝剂用在水处理领域作为絮凝剂的助剂时被称为助凝剂,同一种助凝剂在剩余污泥处理时一般不称助凝剂,而是统称为调理剂或脱水剂。
 
使用絮凝剂时,由于水中的悬浮物数量毕竟有限,为了实现絮凝剂与悬浮颗粒的充分接触,需要配备混合、反应设施,并且都要具有足够的时间,比如混合需要几十秒到数分钟、反应则需要15~30min。而污泥脱水时从投加调理剂到污泥进入脱水机往往只有几十秒的时间,即只有相当于絮凝剂的混合过程、没有反应的时间,而且经验也表明,调理效果会随着逗留时间的延长而降低。

来源:工业水处理


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