聚丙烯酰胺介绍
聚丙烯酰胺介绍 聚丙烯酰胺介绍
2007年05月23日 星期三 08:41
絮凝剂是高分子量的阴离子、非离子和阳离子型聚合物。它们用来提高沉降、澄清、过滤、离心分离等工艺过程的效率。絮凝过程就是悬浮液中许多单独颗粒形成聚集体的过程。水处理中，助凝（coagulation )和絮凝（ flocculation）代表两种不同的机制。
1、助凝
胶体颗粒通常粒径小于1微米，不停地作布朗运动。布朗运动的能量足以阻止颗粒在重力下沉降，使之长时间保持悬浮状态。胶体悬浮液既可以是稳定的，也可以变为不稳定。
助凝过程是通过加入盐类使颗粒间的电斥力发生减少、中和或反向。的助凝剂是无机盐，如硫酸铝，三氯化铁，石灰，氯化钙及氯化镁。
2、絮凝
絮凝作用是聚合物在单独颗粒间发生架桥的过程。“架桥”就是聚合物链段吸附在不同的颗粒上，促进颗粒的聚集。絮凝剂的活性基团带的电荷与颗粒的电荷发生抵消。絮凝剂吸附在颗粒上，通过架桥或电中和使颗粒失去稳定性。
阴离子型絮凝剂通常与带阳电荷的悬浮液（正动电电位）起作用，例如某些盐类与金属氢氧化物悬浮液。阳离子型絮凝剂通常与带阴电的如二氧化硅或有机物悬浮液起作用。
3、聚丙烯酰胺类
的是以聚丙烯酰胺为基础的聚合物，它是阴离子型的，通过聚合物链在颗粒间架桥而起作用。用丙烯酰胺与丙烯酸共聚，可使这类聚合物带负电。而用丙烯酰胺与阳离子单体聚合物，可以制造阳离子型聚合物。以丙烯酰胺为基础的聚合物，如含有一定量的离子型单体，它就表现出一定的离子特征。
而且这些聚合物有一定的平均分子量（即链长度）和一定的分子量分布。对每一种悬浮液，某一阴离子度，阳离子度或非离子性的聚合物作絮凝剂。
通常，絮凝能力随分子量增加而提高。聚丙烯酰胺在人工合成的工业化学剂中分子量，为1000万至2000万。别的聚合物有其特殊的性质，在某些特殊条件下用作絮凝剂，它们大多为：
* 多乙烯多胺
* 聚胺基酰胺
* 聚胺
* 聚氧化乙烯
* 磺化物
二、室内评价
1、 溶解
絮凝剂溶液粘度很高，因此难以配成浓度高的溶液。絮凝剂溶液过一段时间后会发生降解。实验室里建议配成0.5%浓度的溶液用于贮存，其稳定期约二周。0.1%的溶液稳定期为6天。有机高分子絮凝剂可以在冷水中分散和溶解。用一磁力或叶片搅拌器对水进行中速搅拌，然后将絮凝剂粉加入。加入速度要控制，使粉末颗粒在水中充分分散，每一个颗粒都应被水润湿，以避免结团。如有结团就要增加溶解时间。一般溶解时间为2小时以内。高速剪切会使聚合物链降解，因此应避免使用高速搅拌器、粉碎机或离心泵。
2、 沉降试验
a、高固相悬浮液
这种悬浮液里固相与液相的分界线很清楚，因此可以在量筒内观察固相高度随时间的变化速度，来测定沉降速度。
方法 ：
* 在一升量筒中注入悬浮液。
* 从1g/l的絮凝剂溶液中,用移液管移取所需量的絮凝剂，加入悬浮液量筒中。
* 将量筒口封闭，来回倒量筒四次；或者用一金属棒，棒端带一有孔的园片（园片直径与量筒内径相仿），从量筒顶部到底部上下移动园片四次，以搅拌量筒内悬浮液。
* 在一定时间间隔下，测固相高度。
* 画出固相高度随时间变化的沉降曲线。
对所有要试验的絮凝剂按上述步骤试验，选出其中者。对所选絮凝剂按不同加药量重复上述步骤，从而确定投加量。浓悬浮液的絮凝过程对搅拌极敏感，因此自始至终采用统一的搅拌方式是极关键的。
b、低固相悬浮液
低固相悬浮液时，我们只观察到很慢的沉降速度。絮凝体呈分散状，因此需要给悬浮固体一诱导速度，使它成为较大的絮凝体。通过絮凝体大小及上层清液的澄清度来比较试验结果。
做这种评价的仪器是一种多头搅拌器（jar-test）。做法如下：
* 取5个烧杯，每个烧杯中加1升悬浮液。
*在叶片高速旋转（100rpm）下加入絮凝剂，搅10秒钟以使絮凝剂充分分散在悬浮液中。
* 在40rpm下再搅拌3分钟。然后以絮凝体大小，上层清液澄清度及沉降速
度来比较不同的絮凝剂及不同的加药量。
3、加助凝剂后的絮凝试验
含有高百分比胶体有机物的悬浮液不能直接絮凝，必须先加二价或三价金属盐类，如石灰，，氯化铁，硫酸铝或铝酸钠使胶体颗粒失去稳定性。
用合成絮凝剂使助凝过程对ph值不那样敏感，从而可以使：
* 钙盐用于ph值4至14
* 铁盐用于ph值4至13
* 铝盐用于ph值4.5至10
但对每一种悬浮液需要找出ph值，以便取得效果。可以用多头搅拌器选择ph值。
首先，需要确定助凝剂用于使悬浮液失去稳定性的用量：
* 配制1%助凝剂溶液，投加10，30，50，100，200ppm助凝剂。
* 酸性很大时需要加碱将ph调回到6。
* 在200rpm转速下搅拌1分钟。
* 通常加2 ppm某一阴离子度的合成絮凝剂，在50 rpm下搅拌2分钟。
首先出现上层清液的烧杯，含有使胶体悬浮液失去稳定性的助凝剂用量。要获得的不稳定效果，可能需要200 ppm以上的助凝剂。
然后确定达到所需沉降速度所需的絮凝剂用量：
* 在5个烧杯中充进悬浮液。按前面确定的助凝剂用量加入助凝剂，在100 rpm下搅拌2分钟。
* 用絮凝体大小、上层清液澄清度及沉降速度对比絮凝剂效能。
在许多场合下，石灰和铁盐结合起来可得到效果，尤其是当排出废水的ph值在7到9.5的范围内。
4、过滤试验
a、布氏漏斗试验
* 用玻璃棒把絮凝剂混到悬浮液中。
* 把混有絮凝剂的悬浮液倒入布氏漏斗中，在一定的压力下过滤。
* 按一定的时间间隔（30秒或1分钟）测定滤液量。
* 此时可以做一个清水冲洗试验，即过某一确定的时间（30秒或60秒）测量清水通过滤饼的量。
b、过滤膜试验
把过滤膜装在一只漏斗中，漏斗用一根管子与真空泵相连。在一段已知时间内将漏斗浸没在悬浮液中，然后取出测量滤饼厚度，滤饼含水量，滤液质量及冲洗速度。
c、离心试验
实验室离心试验只能作相对参考。
* 在离心机的离心管内放入加了絮凝剂的悬浮液，絮凝剂有各种不同加药量。
* 在1000g下离心2分钟。
* 测定每一管内的沉降物量和上层清液的澄清度。
5、加药量
大多数情况下，达到良好的固/液分离所需的絮凝剂量是很少的。加药量的平均范围是：
* 每立方米稀的无机物悬浮液，加0.5 -3克，
* 每立方米浓的无机物悬浮液，2 -20克，
* 对无机物浆液进行过滤或离心：每吨干固体需用25 -300克絮凝剂，
* 对含有机物废水的澄清：10 - 200ppm助凝剂，加0.25 - 2 ppm絮凝剂,
* 加助凝剂后，有机污物的过滤或离心：每吨干固体加1 -5千克，
* 造纸机提高保留率：每吨成品纸加50-250克，
* 提高溶液粘度：每升加4 -10克。
三、现场应用技术
工业化规模溶解絮凝剂时，需要有适合于絮凝剂特点的方法：
* 浓度：絮凝剂溶液在较稀时仍很粘稠
* 搅拌时要避免剧烈剪切
* 絮凝剂颗粒如分散不充分就会结团，这样就不易溶解
* 如絮凝剂撒在地上遇到水,,就会很滑
溶解装置由以下部分组成：
* 分散系统，要保证粉末被充分润湿，而不结团，
* 溶解罐
* 转移泵
* 贮罐
* 计量泵和稀释系统
建议溶解絮凝剂时采用尽可能高的浓度，稀释后加入到系统中。
1、絮凝剂的分散器
分散器采用抽吸工作原理，它有利于溶解粉状絮凝剂。每次最多分散5千克。水溅到分散器上会堵住絮凝剂吸入管。
2、直接加到溶解罐的搅拌旋涡中。或用一漏斗加入，或用一振动装置加入。
此方法适合于低浓度的絮凝剂溶液。高于某一浓度时，溶液粘度的提高使粉末接触溶液时不能很好地分散。
3、在清水形成的旋涡中加粉末
象上面的方法一样，用此法可以达到的分散效果。
4、溶解罐
絮凝剂溶液不具有腐蚀性，不需要采用低碳钢或塑料设备（聚脂，玻璃纤维，聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯）。
要有足够的搅拌，使絮凝剂颗粒保持悬浮状态；同时又不能太激烈，以避免使聚合物机械降解。
5、转移泵
可采用计量泵或低速离心泵加药。如果把溶解罐装在贮罐上面，则可省去转移泵。
6、贮罐
贮罐比配制罐的容积要大。贮罐内的溶液不需搅拌。
四、在工业生产中使用絮凝剂
必须合理使用絮凝剂，以保证取得效率。它取决于许多物理－化学因素，这些因素都会改变使用效果。工业应用的效率介于实验效率的60％到120％之间。影响最终效果的大多数因素为：
* 注入点的位置既要有涡流使絮凝剂充分分散，但又不能使絮凝体被打碎；
* 多点加药常使絮凝剂与悬浮体系的接触得到改善；
* 稀溶液经常会使效果更好些。
大多数沉降装置都可以在装置入口处取样，通过观察样品来检查絮凝效率。在低固相悬浮液时，将沉积物再循环到沉降装置的入口中，会改善沉降速度和上层清液的澄清度。同时采用絮凝剂与助凝剂时，下述装置能改善其效率：
* 一个带有中速搅拌的溶解罐，罐内停留时间5分钟左右；
* 一个絮凝罐，它可以做成沉降罐内的一部分，作为化学反应发生的场所。采用真空过滤或离心机时，絮凝剂从入口管线中加入
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絮凝剂是高分子量的阴离子、非离子和阳离子型聚合物。它们用来提高沉降、澄清、过滤、离心分离等工艺过程的效率。絮凝过程就是悬浮液中许多单独颗粒形成聚集体的过程。水处理中，助凝（coagulation )和絮凝（ flocculation）代表两种不同的机制。
1、助凝
胶体颗粒通常粒径小于1微米，不停地作布朗运动。布朗运动的能量足以阻止颗粒在重力下沉降，使之长时间保持悬浮状态。胶体悬浮液既可以是稳定的，也可以变为不稳定。
助凝过程是通过加入盐类使颗粒间的电斥力发生减少、中和或反向。的助凝剂是无机盐，如硫酸铝，三氯化铁，石灰，氯化钙及氯化镁。
2、絮凝
絮凝作用是聚合物在单独颗粒间发生架桥的过程。“架桥”就是聚合物链段吸附在不同的颗粒上，促进颗粒的聚集。絮凝剂的活性基团带的电荷与颗粒的电荷发生抵消。絮凝剂吸附在颗粒上，通过架桥或电中和使颗粒失去稳定性。
阴离子型絮凝剂通常与带阳电荷的悬浮液（正动电电位）起作用，例如某些盐类与金属氢氧化物悬浮液。阳离子型絮凝剂通常与带阴电的如二氧化硅或有机物悬浮液起作用。
3、聚丙烯酰胺类
的是以聚丙烯酰胺为基础的聚合物，它是阴离子型的，通过聚合物链在颗粒间架桥而起作用。用丙烯酰胺与丙烯酸共聚，可使这类聚合物带负电。而用丙烯酰胺与阳离子单体聚合物，可以制造阳离子型聚合物。以丙烯酰胺为基础的聚合物，如含有一定量的离子型单体，它就表现出一定的离子特征。
而且这些聚合物有一定的平均分子量（即链长度）和一定的分子量分布。对每一种悬浮液，某一阴离子度，阳离子度或非离子性的聚合物作絮凝剂。
通常，絮凝能力随分子量增加而提高。聚丙烯酰胺在人工合成的工业化学剂中分子量，为1000万至2000万。别的聚合物有其特殊的性质，在某些特殊条件下用作絮凝剂，它们大多为：
* 多乙烯多胺
* 聚胺基酰胺
* 聚胺
* 聚氧化乙烯
* 磺化物
二、室内评价
1、 溶解
絮凝剂溶液粘度很高，因此难以配成浓度高的溶液。絮凝剂溶液过一段时间后会发生降解。实验室里建议配成0.5%浓度的溶液用于贮存，其稳定期约二周。0.1%的溶液稳定期为6天。有机高分子絮凝剂可以在冷水中分散和溶解。用一磁力或叶片搅拌器对水进行中速搅拌，然后将絮凝剂粉加入。加入速度要控制，使粉末颗粒在水中充分分散，每一个颗粒都应被水润湿，以避免结团。如有结团就要增加溶解时间。一般溶解时间为2小时以内。高速剪切会使聚合物链降解，因此应避免使用高速搅拌器、粉碎机或离心泵。
2、 沉降试验
a、高固相悬浮液
这种悬浮液里固相与液相的分界线很清楚，因此可以在量筒内观察固相高度随时间的变化速度，来测定沉降速度。
方法 ：
* 在一升量筒中注入悬浮液。
* 从1g/l的絮凝剂溶液中,用移液管移取所需量的絮凝剂，加入悬浮液量筒中。
* 将量筒口封闭，来回倒量筒四次；或者用一金属棒，棒端带一有孔的园片（园片直径与量筒内径相仿），从量筒顶部到底部上下移动园片四次，以搅拌量筒内悬浮液。
* 在一定时间间隔下，测固相高度。
* 画出固相高度随时间变化的沉降曲线。
对所有要试验的絮凝剂按上述步骤试验，选出其中者。对所选絮凝剂按不同加药量重复上述步骤，从而确定投加量。浓悬浮液的絮凝过程对搅拌极敏感，因此自始至终采用统一的搅拌方式是极关键的。
b、低固相悬浮液
低固相悬浮液时，我们只观察到很慢的沉降速度。絮凝体呈分散状，因此需要给悬浮固体一诱导速度，使它成为较大的絮凝体。通过絮凝体大小及上层清液的澄清度来比较试验结果。
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* 取5个烧杯，每个烧杯中加1升悬浮液。
*在叶片高速旋转（100rpm）下加入絮凝剂，搅10秒钟以使絮凝剂充分分散在悬浮液中。
* 在40rpm下再搅拌3分钟。然后以絮凝体大小，上层清液澄清度及沉降速
度来比较不同的絮凝剂及不同的加药量。
3、加助凝剂后的絮凝试验
含有高百分比胶体有机物的悬浮液不能直接絮凝，必须先加二价或三价金属盐类，如石灰，，氯化铁，硫酸铝或铝酸钠使胶体颗粒失去稳定性。
用合成絮凝剂使助凝过程对ph值不那样敏感，从而可以使：
* 钙盐用于ph值4至14
* 铁盐用于ph值4至13
* 铝盐用于ph值4.5至10
但对每一种悬浮液需要找出ph值，以便取得效果。可以用多头搅拌器选择ph值。
首先，需要确定助凝剂用于使悬浮液失去稳定性的用量：
* 配制1%助凝剂溶液，投加10，30，50，100，200ppm助凝剂。
* 酸性很大时需要加碱将ph调回到6。
* 在200rpm转速下搅拌1分钟。
* 通常加2 ppm某一阴离子度的合成絮凝剂，在50 rpm下搅拌2分钟。
首先出现上层清液的烧杯，含有使胶体悬浮液失去稳定性的助凝剂用量。要获得的不稳定效果，可能需要200 ppm以上的助凝剂。
然后确定达到所需沉降速度所需的絮凝剂用量：
* 在5个烧杯中充进悬浮液。按前面确定的助凝剂用量加入助凝剂，在100 rpm下搅拌2分钟。
* 用絮凝体大小、上层清液澄清度及沉降速度对比絮凝剂效能。
在许多场合下，石灰和铁盐结合起来可得到效果，尤其是当排出废水的ph值在7到9.5的范围内。
4、过滤试验
a、布氏漏斗试验
* 用玻璃棒把絮凝剂混到悬浮液中。
* 把混有絮凝剂的悬浮液倒入布氏漏斗中，在一定的压力下过滤。
* 按一定的时间间隔（30秒或1分钟）测定滤液量。
* 此时可以做一个清水冲洗试验，即过某一确定的时间（30秒或60秒）测量清水通过滤饼的量。
b、过滤膜试验
把过滤膜装在一只漏斗中，漏斗用一根管子与真空泵相连。在一段已知时间内将漏斗浸没在悬浮液中，然后取出测量滤饼厚度，滤饼含水量，滤液质量及冲洗速度。
c、离心试验
实验室离心试验只能作相对参考。
* 在离心机的离心管内放入加了絮凝剂的悬浮液，絮凝剂有各种不同加药量。
* 在1000g下离心2分钟。
* 测定每一管内的沉降物量和上层清液的澄清度。
5、加药量
大多数情况下，达到良好的固/液分离所需的絮凝剂量是很少的。加药量的平均范围是：
* 每立方米稀的无机物悬浮液，加0.5 -3克，
* 每立方米浓的无机物悬浮液，2 -20克，
* 对无机物浆液进行过滤或离心：每吨干固体需用25 -300克絮凝剂，
* 对含有机物废水的澄清：10 - 200ppm助凝剂，加0.25 - 2 ppm絮凝剂,
* 加助凝剂后，有机污物的过滤或离心：每吨干固体加1 -5千克，
* 造纸机提高保留率：每吨成品纸加50-250克，
* 提高溶液粘度：每升加4 -10克。
三、现场应用技术
工业化规模溶解絮凝剂时，需要有适合于絮凝剂特点的方法：
* 浓度：絮凝剂溶液在较稀时仍很粘稠
* 搅拌时要避免剧烈剪切
* 絮凝剂颗粒如分散不充分就会结团，这样就不易溶解
* 如絮凝剂撒在地上遇到水,,就会很滑
溶解装置由以下部分组成：
* 分散系统，要保证粉末被充分润湿，而不结团，
* 溶解罐
* 转移泵
* 贮罐
* 计量泵和稀释系统
建议溶解絮凝剂时采用尽可能高的浓度，稀释后加入到系统中。
1、絮凝剂的分散器
分散器采用抽吸工作原理，它有利于溶解粉状絮凝剂。每次最多分散5千克。水溅到分散器上会堵住絮凝剂吸入管。
2、直接加到溶解罐的搅拌旋涡中。或用一漏斗加入，或用一振动装置加入。
此方法适合于低浓度的絮凝剂溶液。高于某一浓度时，溶液粘度的提高使粉末接触溶液时不能很好地分散。
3、在清水形成的旋涡中加粉末
象上面的方法一样，用此法可以达到的分散效果。
4、溶解罐
絮凝剂溶液不具有腐蚀性，不需要采用低碳钢或塑料设备（聚脂，玻璃纤维，聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯）。
要有足够的搅拌，使絮凝剂颗粒保持悬浮状态；同时又不能太激烈，以避免使聚合物机械降解。
5、转移泵
可采用计量泵或低速离心泵加药。如果把溶解罐装在贮罐上面，则可省去转移泵。
6、贮罐
贮罐比配制罐的容积要大。贮罐内的溶液不需搅拌。
四、在工业生产中使用絮凝剂
必须合理使用絮凝剂，以保证取得效率。它取决于许多物理－化学因素，这些因素都会改变使用效果。工业应用的效率介于实验效率的60％到120％之间。影响最终效果的大多数因素为：
* 注入点的位置既要有涡流使絮凝剂充分分散，但又不能使絮凝体被打碎；
* 多点加药常使絮凝剂与悬浮体系的接触得到改善；
* 稀溶液经常会使效果更好些。
大多数沉降装置都可以在装置入口处取样，通过观察样品来检查絮凝效率。在低固相悬浮液时，将沉积物再循环到沉降装置的入口中，会改善沉降速度和上层清液的澄清度。同时采用絮凝剂与助凝剂时，下述装置能改善其效率：
* 一个带有中速搅拌的溶解罐，罐内停留时间5分钟左右；
* 一个絮凝罐，它可以做成沉降罐内的一部分，作为化学反应发生的场所。采用真空过滤或离心机时，絮凝剂从入口管线中加入
电解制二氧化氯发生器，如何选择？
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