聚硅酸氯化铝絮凝剂的研制及性能研究.doc

聚硅酸氯化铝絮凝剂的研制及性能研究　 1. 前 言： 　　聚硅酸盐是近年来发展起来的一类新型的无机高分子絮凝剂，它是在活化硅酸及传统的铝盐﹑铁盐等无机絮凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与金属盐的复合物，用于废水处理时，同时具有电中和作用和吸附架桥作用，因而絮凝效果较好。且其原料来源广泛，价格低廉，安全无毒，已成为目前国内外无机高分子絮凝剂研究领域内的一个热点[3]。 　　本实验主要研究影响聚硅酸氯化铝絮凝剂絮凝性能和稳定性的因素。为工业生产及应用提供可行性报告。 　　工业废水的处理方法有很多，有生化法﹑絮凝沉降法﹑电渗析法﹑离子交换法和化学氧化法等。其中絮凝沉降法是应用广，成本低的常用处理方法，它往往决定着后续流程的运行，最终出水质量和成本费用，是一种经济又简便的水处理技术[9]。而高效的絮凝沉降过程关键在于恰当的选择和投加性能优良的絮凝剂。 1.1絮凝沉降过程机理： 　　废水中所含的悬浮物和溶胶其大小在10-9～10-3m范围内。由于这些微粒不是以分子状态分散到介质水中的，所形成的体系仍具有很大的界面，属于热力学不稳定体系，但这些颗粒物自动聚集由小颗粒变成大颗粒从分散介质中沉淀出来的速率却很慢，其主要原因之一是悬浮物及溶胶表面是带电的，由于颗粒间同性电相斥而不相互聚集。投加絮凝剂是悬浮体或溶胶聚集与介质分开。这种处理叫絮凝分离。絮凝过程分为两个部分：一，凝聚作用：在胶体体系中添加化学药剂，使溶胶相互接触脱稳而聚结成一定粒径的聚集体；二，絮凝作用：已经脱稳的聚集体由于碰撞、化学沉积、共同沉淀等作用进一步聚集成絮状体（矾花），成为可借重力下降的粒子。 　　根据DLVO理论，用胶体颗粒间的吸引能和排斥能的相互作用产生的相互作用能来解释胶体的稳定性和产生絮凝沉淀的原因。胶体的脱稳的作用机理主要是以下几个方面。 　　胶体的捕集：在化学处理中，为了捕集胶体，要使用大良的絮凝剂。通常为铝盐和铁盐。在水溶液中铝盐和铁盐无机絮凝剂发生水解，形成水合金属氢氧化合物高分子。其高分子的聚合度取决于水溶液的PH值和温度。 　　双电层压缩：胶体是带电的，但整个溶液是呈电中性的。故介质中应有相应的反离子存在。表面吸附的离子于溶液中的反离子构成双电层。废水中的电解质能压缩胶体颗粒的双电层，中和颗粒表面电荷。当盐分达到一定浓度时双电层厚度变小，两个胶体颗粒相互接近，产生聚集和絮凝沉淀。 胶体双电层的压缩能使胶体颗粒脱稳，产生絮凝沉淀。通过沉降分离可以除去固体的絮凝物。 　　电中和作用：电中和作用是指胶体颗粒物的z电位降低到足以克服DLVO理论中说的能量障碍而产生絮凝沉淀的过程。胶体颗粒表面的电荷被中和时，胶体颗粒之间距离缩小，在范德华力的作用下，胶体颗粒间的相互作用能处于第一最小能量值结果形成稳定的絮凝体。电荷作用与双电层的压缩是不同的，电荷中和作用是第一最小能量的吸引力作用的结果，这个作用力是很强的；而双电层的压缩是第二最小能量作用的结果，比较弱。前者产生的絮凝体坚实、体积小、不能再变为胶体，后者作用力产生的絮凝体体积庞大疏松，能够在变回胶体而消失。其作用机理是，加入的化学药剂（絮凝剂）被吸附在胶体颗粒表面上，是胶体颗粒表面电荷中和。胶体颗粒表面电荷不仅可以降为零而且还可以带上相反的电荷。由于电荷的中和作用而产生吸附，导致胶体颗粒与水界面之间的改变而脱稳沉降。 　　吸附架桥：架桥（或桥联）是指溶液中胶体和悬浮物颗粒通过有机或无机高分子絮凝剂架桥联结形成絮凝体，而沉降下来，桥联的过程即为絮凝过程。桥联可以分为两种类型：（1）带负电荷的胶体颗粒与带正电荷的阳离子絮凝剂的桥联。（2）带相同电荷的物质的桥联. 　　这一原理考虑到胶体微粒对高分子物质具有强烈的吸附作用而提出来的。当废水中加入少量的高分子聚合物分子即被迅速吸附结合在胶体表面上，开始时高聚合物分子的链节吸附在一个微粒表面上，该分子未被吸附的一端就伸展到溶液中去，这些伸展的分子链节又会被其他的微粒所吸附，于是形成一个高分子链状物同时又吸附在两个胶体微粒表面的情况。各微粒依靠高分子的连接作用构成某种聚集体结合为絮状物。由高分子架桥形成的聚集体中，各微粒并未到达直接接触，而且也未达到电中和脱稳状态。因此吸附架桥实质上是一种聚合物过量状态，胶体微粒将被过多吸附的聚合物分子所包围，反而会失去同其他微粒吸附架桥的可能性，处于稳定状态。因此，投加高分子聚合物并不是越多越好，而是应该适量。 　　低分子电解质以基于双电层压缩作用原理产生凝聚为主。高分子聚合物则以吸附架桥联结作用产生凝聚为主。通常把通过双电层作用而使胶体颗粒相互联结过程的凝聚和通过高分子聚合物的吸附架桥作用而使胶体颗粒相互聚合过程的絮凝总称为混凝。 1.2聚硅酸氯化铝的发展现状及趋势： 　　絮凝过程既上最古老的水质净化处理方法，又是当今众多水处理工艺技术中