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絮凝剂对悬浮物沉降和过滤性能的影响
作者:管理员    发布于:2016-01-26 16:17:05    文字:【】【】【

  四川化工化工与环保絮凝剂对悬浮物沉降和过滤性能的影响杨小丽雷明光雷善义刘刚(四川大学化机系,成都,610065)本文重点介绍了絮凝剂的种类、选用及其对悬浮物沉降和过滤分离性能的影响,对于生产实践有着重要的指导意义。

  1絮凝剂及其分类絮凝剂是有一定线型长度的高分子聚合物,其相对分子量从数万到数千万。分子上的亲水性极性基起着吸附颗粒和在颗粒间架桥的作用,使之形成絮团,加快沉降速度,提高沉降设备的生产能力。

  絮凝剂种类繁多,按其来源可分为天然的和人工合成的两大类。天然高分子絮凝剂主要有淀粉、丹宁、纤维素、藻朊酸钠、加尔胶和动物胶及白明胶等。

  一般来说,天然高分子絮凝剂价格低廉,但相对分子质量较低且不稳定,使用时用量大,效果不佳,且排放时有可能产生BOD等物质。所以,除特殊场合,如考虑到毒性而不宜采用合成絮凝剂的情况下,才使用天然高分子絮凝剂外,大多数的工业生产中都使用人工合成的高分子絮凝剂,其中使用为广泛的是分子量在300万以上的聚丙烯酰胺及其衍生物。人工合成的高分子絮凝剂按官能团分类主要有:阳离子、阴离子和非离子型三类。阳离子型聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺与丙烯酰胺的衍生物缩聚而成;阴离子型聚丙烯酰胺是由丙烯酸与丙烯酰胺共聚而成的。现在,又开发出了既含有阳离子基又含有阴离子基的两性高分子絮凝剂,用来进一步提高絮团的强度。常用的两性高分子絮凝剂有CP513、CP511及CP563等。近年来,生物絮凝剂因其具有一般无机絮凝剂和高分子絮凝剂所无法比拟的优点(如安全无毒、不产生二次污发展前景。

  2絮凝剂的选择一般来讲,比较理想的絮凝剂应该满足如下特点:21所用聚合物必须能够溶解在液体介质中,而且能够被强烈地吸附在悬浮的固体表面上。可遵循下列原则予以实现:其一,应用具有与固体表面电荷相反的聚合物,一般是矿物粒子、氧化物和含氧基类,大多数能被阴离子型絮凝剂有效地吸收,而固体有机物能被阳离子型絮凝剂有效地絮凝;其二,对于混合体系或条件变化较大的体系,可用非离子型的絮凝剂;其三,可用两价的抗衡离子、可容许带电荷的聚合物结合到具有相同电荷的固体表面;22在实际使用条件下,聚合物对固体的吸附能迅速有效地完成,且是不可逆的。即无聚合物留在溶液中;23当絮凝剂用量即使是比适宜用量小很多时,仍能有效地絮凝;24为了得到要求的絮凝效果,如絮凝物的大小、滤饼的渗透性、小的残余浊度等要求,应选择适宜的聚合物用量;25当溶液条件有利于聚合物构型的伸展时,聚合物的絮凝效率就提高,例如酸性条件中的阳离子聚合物,或在碱性条件下的阴离子聚合物就是如此;染、絮凝效率高和絮凝物易过滤等)而表现出良好的2 6多价抗衡离子如Ca2+的存在,能促使具有Zeta絮凝剂对悬浮物沉降和过滤性能的影响电位的颗粒发生架桥絮凝;2 7通常絮凝物的强度随着絮凝剂分子量的提高而增加,但适宜的加入量也随之增加。因此,只是在高剪切速率的倾析离心机中,才用分子量较高的聚合物;根据以上原则初选出一种絮凝剂后,还需要进行实验室实验。实验前要测定可溶性和不溶性固体的组成、泥浆pH值及液体的粘度等。实验时要考虑工艺条件,如剪切速率、搅拌时间以及停留时间等。根据实验结果,选择好的试剂,确定佳使用条件下的方案,然后再进行较大规模的实验来校对佳实验浓度,确定佳用量。

  需要强调的是,在选择高分子絮凝剂时,必须考虑它们对各种过滤脱水机的适用性。

  3絮凝剂的使用选择了一种合适的絮凝剂后,如何使它添加得适当,仍是一门学问。包括用量、试剂浓度、搅拌强弱、添加的快慢、处理时间,还有安全防毒以及费用等问题。絮凝剂的用法不当,不仅会减弱药剂的絮凝作用,浪费药剂,而且会使悬浮液的沉降性能恶化。因此,要正确掌握絮凝剂的配制、供给及与悬浮液的混合方式,才能使絮凝剂发挥佳效果。

  31絮凝剂的配制用来稀释高分子絮凝剂的水应当纯净,当稀释用水中含有多价阳离子电解质时,它们会明显降低阴离子型高分子絮凝剂的性能。其原因是絮凝剂分子内的阴性离解基将与上述金属离子相结合,使原来伸展着的絮凝剂分子变成球状,从而降低了稀释液的粘度,劣化了絮凝性能。阳离子型絮凝剂也在较大程度上受稀释水中微量溶存盐的影响,由此引起的稀释液粘度的降低,会降低絮团的强度。另外,较高的水温能缩短絮凝剂的溶解时间,但是絮凝剂的劣化速度也将随着水温的增高而加快,故稀释水温不能太高,以为宜。

  31.2稀释浓度先将絮凝剂配制成高浓度库存溶液待用。絮凝剂的溶解度较低,阴离子型和非离子型絮凝剂的高溶解度为05,阳离子型絮凝剂为0.5―1.加入料浆前,再将高浓度的絮凝剂溶液临时稀释到所要求005*02,阳离子型絮凝剂稀释到0. 1-0.3为佳。若超过这个范围,则絮凝反应速度将变慢,分散性也不好。

  3.1.3絮凝剂的溶解在溶解粉末状的絮凝剂时,切忌形成疙球,否则不仅会延长溶解时间,而且还可能使泵管线堵塞。絮凝剂的溶解时间视聚合物的相对分子质量及形态而定。一般来说,絮凝剂的相对分子质量越大,所需要的溶解时间越长,粘稠状及乳状聚合物的溶解时间要比粉末状的短些,通常约需30―60min可完全溶解。

  3.1.4搅拌速度为了使絮凝剂完全溶解,在溶解槽内需采用慢速机械搅动,因高速搅拌会切断聚合物分子链,使溶液黏度降低,并使絮凝效果也下降。一般如采用螺旋浆式搅拌叶时,搅拌速度约为300rpm,如采用划船桨式搅拌叶时,则转速为30空气搅拌。

  若使用螺旋桨式搅拌叶,应进行间歇搅拌,以便缩短搅拌时间,抑制劣化性能。

  3.2絮凝剂的添加方法絮凝剂的添加位置应该是絮凝槽内搅拌作用强处,即局部湍流处。对于浓度大或粘度大的悬浮液,添加点应该多一些,这样做不仅药剂分散性好,絮凝性也好,而且节省药量。无机凝结剂和高分子絮凝剂同时使用时,应先添加前者,而且添加点应该彼此远离。

  添加初期应施以强搅拌,以便使药剂迅速均匀分散;当絮团开始形成的时候,再缓速搅拌,以利于絮团长大和不被破坏;在絮凝反应期间,搅拌时不可产生气泡,以免絮团内混入气体,使表观密度减小,从而劣化沉降性能,必要时还要加消泡剂。

  添加方式对絮凝效果也颇有影响。间歇絮凝操作的隔时分注方式,其效果明显优于一次加入的方式。在连续絮凝操作时,分注加入各反应槽的絮凝效果也优于一次加入反应槽的方式。就是絮凝操作加药的流程图。

  鉴于絮团破坏后不能再絮凝,絮凝反应后应尽量不用泵输送,也不可以有大的落差。

  悬浮液的pH值对高分子絮凝剂的絮凝效果也很有影响,所以加药前,应根据絮凝剂的形态特性,对悬浮液的pH值进行调整。合适的pH值,不仅可以的浓度。通常将阴离子型和非离子型絮凝剂稀释到使加药量减少,而且能靡也发挥絮凝效果。

  四川化工絮凝剂悬浮液1.絮凝剂槽2.时间继电器3.絮凝搅拌槽b流通型连续分注的絮凝操作间歇式絮凝操作絮凝剂加入流程图絮凝剂的加入量还与悬浮液的浓度密切相关,通常来说,悬浮液的浓度越大,高分子絮凝剂的添加量也应该越多,二者的比例大概是,悬浮液的质量分数是001时,添加00001的絮凝剂。如果悬浮液的质量分数较低(如为0 050-0200),则因颗粒间的碰撞概率低,絮团形成很慢,甚至不能形成。对策是向反应槽内添加絮凝核,如金属氢氧化物、活性白土及从悬浮液中浓缩出来的泥渣。

  提高悬浮液的浓度,可降低污泥的含湿率,加药量也会相应地减少。但浓度过高不利于絮凝剂的分散,解决这一矛盾的对策是降低絮凝剂溶液的浓度,而不是降低污泥的浓度。

  现在又开发出了阳离子-阴离子联合絮凝法。该法作为CSA法已经投入使用,这种方法的要点是,先添加阳离子型助滤剂,并加以强搅拌,实现电荷的充分中和,形成微小絮团,接着添入作为阴离子聚合用的助滤剂,起絮团长大的作用,CSA法可降低泥饼含湿率3―8,不论使用何种过滤脱水机,此法对泥饼的剥离性都有明显改善。

  33絮凝剂的使用安全性合成高分子絮凝剂中,常用的是聚丙烯酰胺及其水解物与变性物,用来制造这些絮凝剂的原料丙烯酰胺单体有毒性。换言之,未反应原料的毒性远大于絮凝剂本身的毒性。

  性方面,阳离子型的要大于非离子型和阴离子型。尽管已经知道聚丙烯酰胺的毒性较弱,但在其制成品中,通常都含有几的丙烯酰胺单体,人体对它的摄取量在05Lg/(kgd)以下时,不会引起任何症状。因此,WHO认为饮料水中的丙烯酰胺单体的质量浓度应该在025Lg/L以下。

  4絮凝剂对沉降性能和过滤性能的影响在絮凝的颗粒中大量较小的颗粒聚集在一起,尽管絮凝团或絮凝物以显著高于快速度的单个颗粒的速度沉降,但在其空隙中可能含有大量的夹带水,絮团的形状和密度与初始颗粒的性质几乎没有关系。

  沉降速度的数学预测是非常复杂的,必须确定与实际颗粒完全不同的新的形状系数和密度值,而且这些值仍然主要通过实验的方法获取。因为絮团的大小以及在较小范围内絮团的形状主要取决于絮凝剂的类型,而得到的沉降速度,则不仅取决于絮凝剂的类型,而且还取决于已发生的分散作用和终的吸附作用的程度。絮凝剂加速沉降的机理可简单的解释为:分散在溶液中的高分子链吸附在颗粒的表面上,将溶液中的细小颗粒束缚在一起,形成桥连絮凝团,将细小颗粒的分散沉降变为粗大颗粒的集团沉降,因此沉降速度大为提高。

  世界保健机构(WHO)的观点是,高分子絮凝剂絮凝剂一般是水溶性的聚合长链高分子,具有强中,以非离子型和阴离子型的聚丙烯酰胺居多。在毒烈的吸水性,其在固液分离中的应用更多的是在浓缩絮凝剂对悬浮物沉降和过滤性能的影响作业中,主要作用在于加速沉降,澄清溢流,防止细粒有效成分损失或污染环境,所以它对过滤作业的影响是难免的。絮凝剂强化过滤过程的主要作用是加速过滤成饼,而在过滤脱水阶段对降低滤饼水分的作用相当重要。研究表明,添加絮凝剂对脱水阶段的降水作用不显著,压差越大,时间越长,越不明显。因此说,添加絮凝剂究竟能否降低滤饼水分与不同条件下的过滤时间关系很大。固定某一过滤时间,静止地研究过滤是人们对絮凝剂的助滤作用得出矛盾结果的主要原因(经常看到一些对于添加絮凝剂是否有碍于降低滤饼水分这个问题报道不同的结果)。

  絮凝剂作为助滤剂,用的得当既可以提高设备的处理能力,又可以降低滤饼水分。

  5絮凝剂的发展前景从发展的眼光来看,开发既具有絮凝功能,又具有使物料疏水;既具有提高过滤机的生产能力,又具有降低滤饼水分作用的高效絮凝剂势在必行。目前,有机高分子絮凝剂的价格比较昂贵,工业生产中往往使生产成本提高而难以让厂矿企业接受。因此,廉价絮凝剂的研制,关系到絮凝剂能否在工业生产中广泛使用,是絮凝剂有无发展前景的关键所在。由于受到原料来源、合成技术等条件的限制,要获得廉价高效的絮凝剂也存在一定的困难。近年来,人们发现不少微生物及其所分泌的大分子或高分子化合物具有使得微细颗粒疏水性絮凝的功能。这些微生物的衍生物不仅可以加速颗粒沉降、提高物料过滤速度,还可以降低滤饼水分。由此可见,完全有可能利用生物技术来开发廉价、高效的絮凝剂,前景令人乐观。

  2|杨守志;等,固液分离,冶金工业出版社,2003社5|胡筱敏,化学助滤剂,冶金工业出版社欢迎订阅2005年《某化工》出版的大型行业性综合期刊,1973年创刊,国第二设计院)、全国煤化工信息站、全国化工设计技术中心主办,并邀请全国煤化工行业具有一定知名度的科研院所(包括国家重点实验室、工程中心等)、高校、生产企业联合办刊。

  中国学术期刊综合评价数据库来源期刊中国科学引文数据库来源期刊《中国学术期刊(光盘版)》、《中国期刊全文收录期刊美国《化学文撕(CA)等国际知名的检索系统收录期刊信息动态及发展战略研讨;煤的开采及洗选加工、型煤、水煤浆;煤的气化、液化(包括间接液化和直接液化合成液体燃料);煤炭高效洁净燃烧(流化床技术、粉煤燃烧、煤气化联合循环发电);炼焦、煤焦油加工及城市煤气;化肥(合成氨、尿素等大、中小氮肥);G化学化工(甲醇及其下游产品等);电石乙炔化工;化工环保(污水、废水处理,烟气净化,粉煤灰综合利用等)。

  具体报道内容:(1)煤化工基础理论研究、煤化工行业技术进展、边缘科学发展动态;(2)煤化工行业科研、设计、生产等领域的新工艺、新技术、新设备、新产品、新材料;(3)煤化工生产企业的生产操作经验、技改、环保、节能;(4)煤化工新建项目的可行性探讨、工艺技术路线选择与评价、新建项目的投资效益分析等。

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