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(dú)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(jī)制。
1、助凝
膠體顆粒通常粒徑小于1微米，不停地作布朗運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)的能量足以阻止顆粒在重力下沉降，使之長(zhǎng)時(shí)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(jī)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(dú)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(jìn)顆粒的聚集。絮凝劑的活性基團(tuán)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(dòng)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(jī)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(chǔ)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(fù)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(chǔ)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(zhǎng)度）和一定的分子量分布。對(duì)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(xué)劑中分子量，為1000萬至2000萬。別的聚合物有其特殊的性質(zhì)，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(nèi)評(píng)價(jià)
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(shí)間后會(huì)發(fā)生降解。實(shí)驗(yàn)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(jī)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(duì)水進(jìn)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(gè)顆粒都應(yīng)被水潤(rùn)濕，以避免結(jié)團(tuán)。如有結(jié)團(tuán)就要增加溶解時(shí)間。一般溶解時(shí)間為2小時(shí)以內(nèi)。高速剪切會(huì)使聚合物鏈降解，因此應(yīng)避免使用高速攪拌器、粉碎機(jī)或離心泵。
2、 沉降試驗(yàn)
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(nèi)觀察固相高度隨時(shí)間的變化速度，來測(cè)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(nèi)徑相仿），從量筒頂部到底部上下移動(dòng)園片四次，以攪拌量筒內(nèi)懸浮液。
* 在一定時(shí)間間隔下，測(cè)固相高度。
* 畫出固相高度隨時(shí)間變化的沉降曲線。
對(duì)所有要試驗(yàn)的絮凝劑按上述步驟試驗(yàn)，選出其中者。對(duì)所選絮凝劑按不同加藥量重復(fù)上述步驟，從而確定投加量。濃懸浮液的絮凝過程對(duì)攪拌極敏感，因此自始至終采用統(tǒng)一的攪拌方式是極關(guān)鍵的。
b、低固相懸浮液
低固相懸浮液時(shí)，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(dǎo)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(yàn)結(jié)果。
做這種評(píng)價(jià)的儀器是一種多頭攪拌器（jar-test）。做法如下：
* 取5個(gè)燒杯，每個(gè)燒杯中加1升懸浮液。
*在葉片高速旋轉(zhuǎn)（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(yàn)
含有高百分比膠體有機(jī)物的懸浮液不能直接絮凝，必須先加二價(jià)或三價(jià)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(duì)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(duì)每一種懸浮液需要找出ph值，以便取得效果?？梢杂枚囝^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(shí)需要加堿將ph調(diào)回到6。
* 在200rpm轉(zhuǎn)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(dá)到所需沉降速度所需的絮凝劑用量：
* 在5個(gè)燒杯中充進(jìn)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(duì)比絮凝劑效能。
在許多場(chǎng)合下，石灰和鐵鹽結(jié)合起來可得到效果，尤其是當(dāng)排出廢水的ph值在7到9.5的范圍內(nèi)。
4、過濾試驗(yàn)
a、布氏漏斗試驗(yàn)
* 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(shí)間間隔（30秒或1分鐘）測(cè)定濾液量。
* 此時(shí)可以做一個(gè)清水沖洗試驗(yàn)，即過某一確定的時(shí)間（30秒或60秒）測(cè)量清水通過濾餅的量。
b、過濾膜試驗(yàn)
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(shí)間內(nèi)將漏斗浸沒在懸浮液中，然后取出測(cè)量濾餅厚度，濾餅含水量，濾液質(zhì)量及沖洗速度。
c、離心試驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)室離心試驗(yàn)只能作相對(duì)參考。
* 在離心機(jī)的離心管內(nèi)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(cè)定每一管內(nèi)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(dá)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(jī)物懸浮液，加0.5 -3克，
* 每立方米濃的無機(jī)物懸浮液，2 -20克，
* 對(duì)無機(jī)物漿液進(jìn)行過濾或離心：每噸干固體需用25 -300克絮凝劑，
* 對(duì)含有機(jī)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(jī)污物的過濾或離心：每噸干固體加1 -5千克，
* 造紙機(jī)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(chǎng)應(yīng)用技術(shù)
工業(yè)化規(guī)模溶解絮凝劑時(shí)，需要有適合于絮凝劑特點(diǎn)的方法：
* 濃度：絮凝劑溶液在較稀時(shí)仍很粘稠
* 攪拌時(shí)要避免劇烈剪切
* 絮凝劑顆粒如分散不充分就會(huì)結(jié)團(tuán)，這樣就不易溶解
* 如絮凝劑撒在地上遇到水,,就會(huì)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(rùn)濕，而不結(jié)團(tuán)，
* 溶解罐
* 轉(zhuǎn)移泵
* 貯罐
* 計(jì)量泵和稀釋系統(tǒng)
建議溶解絮凝劑時(shí)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(huì)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(dòng)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(shí)，溶液粘度的提高使粉末接觸溶液時(shí)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(dá)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(shè)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(shí)又不能太激烈，以避免使聚合物機(jī)械降解。
5、轉(zhuǎn)移泵
可采用計(jì)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(zhuǎn)移泵。
6、貯罐
貯罐比配制罐的容積要大。貯罐內(nèi)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(xué)因素，這些因素都會(huì)改變使用效果。工業(yè)應(yīng)用的效率介于實(shí)驗(yàn)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(diǎn)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(diǎn)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(huì)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(shí)，將沉積物再循環(huán)到沉降裝置的入口中，會(huì)改善沉降速度和上層清液的澄清度。同時(shí)采用絮凝劑與助凝劑時(shí)，下述裝置能改善其效率：
* 一個(gè)帶有中速攪拌的溶解罐，罐內(nèi)停留時(shí)間5分鐘左右；
* 一個(gè)絮凝罐，它可以做成沉降罐內(nèi)的一部分，作為化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的場(chǎng)所。采用真空過濾或離心機(jī)時(shí)，絮凝劑從入口管線中加入