搜索
10环境工程第10卷第3期PAM·PAC复合药剂絮凝现象的解释及影响效果的因素冶金部建筑研究总院隋风芝本文对PAM·PAC高分子复合药剂处理冶金工厂的转沪除尘污水过程中的絮凝现象进行了粗浅的解释,并对絮凝机理及影响净化效果的因素进行了初步的探讨。近些年来,对高浊度工业污水应用高分子絮凝剂—PMA·PAC复合药剂处理,均获得满意的效果,也逐渐被人们所重视。如对转炉除尘污水的处理已取得了良好效果,并在实际应用中得到了宝贵的经验,现介绍如下。1絮凝现象的解释联合使用聚合氯化铝〔Al:(OH)nCI。-n〕m(简称PAC)和聚丙烯酞胺(简称PAM)澄清转炉污水效果良好。PAM分子式为:一[CH:一CH〕m—[CH:一CH〕n一}1CONH:COONax=m+n聚合氯化铝可看做是阳离子型的无机高分子絮凝剂,而聚丙烯酞胺是阴离子型的有机高分子絮凝剂,二者联合起来使用,可兼顾各自的优点。污水中首先加入无机高分子絮凝剂聚合氯化铝,铝离子能压缩固体悬浮物表面的双电层,加速悬浮体凝聚,并缩短絮凝过程。由于水解作用和氢氧化铝的形成,氢氧化物本身极易形成绒粒,聚合物分子被吸附在浑浊物氢氧化铝分子的表面上,将这些绒粒变成大的坚固的聚集体。聚合物吸附和聚集体形成的过程很快,主要分两个阶段进行。第一阶段:凝聚。在胶质粒子的原水中,加入无机絮凝剂。金属离子的氢氧化物附在胶质粒子上,成为一个凝结颗粒,此颗粒相互碰撞凝聚成较大的絮团。第二阶段:加入有机高分子絮凝剂水解聚丙烯酞胺后,通过多种键合作用其离子键上的有效官能团与微粒吸附,并由架桥作用,也就是利用氢键,其它离子键的范德华引力进行吸附交联反应,使之形成结合力强的更大的絮团。PAM为阴离子型絮凝剂,阴离子型絮凝剂在一定条件下可以絮凝废水中的带负电杂质,但这不是在所有情况下都能实现的。首先聚合物或杂质微粒二者之中至少应有一方的负电性是较微弱的。因为根据异体凝聚理论,两种同号电荷的不同胶体接近时起相互排斥作用。只由电位较低的地方决定一般阴离子型絮凝剂都是弱电性的,可以适应不同杂质情况,其次被絮凝的胶体微粒应该电中和脱稳到一定的程度,使它们彼此靠近到易于架桥的距离,另外胶体微粒直径大及浓(1)。〔3〕陈声明、钱泽尚:上流式厌氧污泥床处理奶牛粪可行性研究。中国沼气,1988(4)。〔4〕郑元景、吴卫国:上流式厌氧污泥床处理肉联厂废水的研究。第四届国际厌氧消化讨论汇集(中文版),1985(]1)174~181。DOI:10.13205/j.hjgc.1992.03.003第10卷第3期环境工程在150mg/L以下;如果原水中悬浮物在6710mg/L时,投药3~6mg/L,出水可在150mg/L以下。见,图2。二奢s00、\。\、之、、、、火\、------一300loo训如仍的书臼0.524`P^M投加量(mg/)L图2污水中悬浮物与加药量的关系曲线a一原水悬浮物3056mg/L,b一原水悬浮物6710mg/L絮凝剂的投加量,通过上述的小试可按污水中固相比的0.05一。.1%投加,效果较为满意,55可保持在150mg/L以下。实际的生产运转验证:固相比缩小为。.011%,可减少药量5~10倍,这是因为大型生产设备,药水混合均匀,水温一般在40~50℃,有利于絮凝沉淀,这些都是有利条件,因此使药量大大减少。见表2。表2污水浓度、药摄关系加药量(mg/L)进水55(。g/L)出水55(mg/L)备注污水中55增高加药量即10000mg/L基本按0.nmg/L增加药量175129断125147度高,也会有利于架桥作用。阴离子型絮凝剂只能做为助凝剂,宜配合金属盐使用为好。阴离子型絮凝剂单独使用而有良好效果的原因,经研究认为,主要是溶液中二价阳离子在起辅助作用。在本钢转炉污水中,含有二价阳离子:Ca“+、Mg“+、Ca“十含量可达20mg/L多,二价阳离子Ca“十、Mg“+等对阴离子型聚合电解质絮凝负电胶体微粒,二价离子压缩微粒扩散层,降低相互排斥力,也降低聚合物和微粒之间的排斥力,降低被吸附各聚合物之间的排斥力。这些都有利于吸附架桥。使絮凝效果好,因此水中的二价阳离子在絮凝过程中是起很重要作用的。2影响絮凝效果的因素(1)合理药量的确定与投药参数对于这样一种成份复杂而又多变化的转炉污水来说,确定合理的药量只能是相对而吹炼期,每升污水中悬浮物由几百毫克到近万毫克。小试表明:当进水悬浮物为1317mg/L,加入药剂1一Zmg/L时,出水为50mg/L;当进水的悬浮物在3o56mg/L时,加入同样药量,出水悬浮物为150mg/L左右,见图l。嗽__0.220.290.330.440.550.66256925103042459456845533从试验得出规律、PAM的加药量可按下式进行计算:硫求lll00k.口洛.à喇如二书田0512P人M投加量吸m公幼图1污水中悬浮物与加药量关系曲线注:广,广:广:为广州南中塑料厂药剂,抚:为抚顺前进化工厂药剂。一-一原水553056mg/L;—一原水551317mg/L一,,C叼一八.一丁戒.七O如果原水悬浮物在3o56mg/L,投加药剂PAMo.5~2.2mg/L,则出水悬浮物可式中Q—为加药量(mg/L),K—系数为0.11(mg/L);C—所要处理的污水浓度(mg/L);C。—污水浓度(l000mg/L)。应该说明一点此公式是根据本钢转炉污!2环境工程第10卷第3期水试验的经验公式,但是,无论是小试验或生产实践都证明当原水55(,oooomg/L时有效,否则这种关系不存在。如果原水55超过1000omg/L时,按上述固液比增加PAM投加量即使增加到10~20mg/L,也达不到理想效果。实践证明过多的药剂对混凝效果具有反作用,这种现象可与表面活性剂形成胶体的现象相比拟,过剩的聚电解质分子对憎水胶体有防护作用,反而阻碍了混凝作用。如图3所示。屯于+口适宜的剂量口_砂《混凝户了k性醉J号+口一耸幸过多的剂堆(防护作用)图3混凝作用与防护作用图通过生产实践表明,当55超过10000mg/L时,最好是有机、无机高分子絮凝剂联合使用,以保证达到预期效果。PAM的药量一般0.21~o.33mg/L,PAC的药量5~6.6mg/L即可。关于药剂用量问题(指单纯使用PAM时),国外一些专家也有过研究,如日本专家中村松本先生曾建议由碱度来决定药剂的投加量,通过试验并得出计算公式。通过本钢的生产实践证明,这个公式是不确切的,即使在同一碱度的水中,产生的凝聚反应所需的絮凝剂为量己.脸有差异的,特别是转炉水,多变化,而戍分又相当复杂,很多离r互相干扰,因此不能只把碱度的概念导入絮凝剂的投加量的计算公式。(2)PH值在转炉炼钢过程中,造渣剂中CaO的用量和粒度,决定pH值的高低。凡是CaO用量多,没有过筛,粒度细,pH值就高。本钢120t转炉(三吹一情况下)在冶炼过程中加的CaO中粉末约占30写,每炉约奴,一天炼18炉约72t粉末(这些粉末状CaO在加入前因不便处理,只好和块状(坛O一起投入),因此被烟气带入水中的CaO粉末多,使污水中悬浮物的含量高。CaO溶于水生成Ca(OH):,使污水pH值上升,一般在9.扣~12.57之间。通过生产实测的结果看,进出水的pH值没有大变化,看不出对效果有影响。根据国外资料介绍,非离子型的PAM(水解度30%)适用于pH6~10范围,而国产的非离子型的PAM一般在污水pH值11~12的情况下,按合理的剂量投加,效果仍然很好。因水质成分复杂,有些成分互相制约,如水中含504“一,加药后有使水向酸性侧扩展的可能,而水中又含Ca“十、Mg“`离子,又有使污水的pH值向诚性侧扩展的可能,因此使PH值没有大变化。而在加入PAM之前又加了阳离子无机絮凝剂FAC,它适用的范围较广PH9.40~12.5了之间是在它的适用范围之内。试验证明国产的絮凝剂在pH9.4。~12.57之间,不需加酸或加新水调pH值至7,只要药量合理,出水一般能满足外排要求,55出水情况见表2。(3)水温、枯度对絮凝效果的影响转炉污水吹炼期与平时的温差10一15℃,冬夏的水温波动在肠一60℃,但多数在`扭一48C。随水温的升高,而粘度阵低,水温越高,悬浮微粒的运动阻力越小,因而增加了彼此的碰撞机会,同时也有利于药剂称污水的迅速反应,随水温的升高,降沉效果也相应的提高。见图婆。小试证明,抚:、广:、广3三种药剂的出水55的含量均随水温的升高而降低见图5。从工业试验的曲线图6看出(在相同水温情况下)不同种药剂,水的粘度也各不相同,单纯的3#胶体加入污水中后,水中粘度比复合药剂在水中的粘度高。.。川9一。.00、8x1o~“P。·S,复合药剂粘度低,粒子下沉第10卷第3期环境工程0名又10一。又10一。卜.0ǎ”·己à侧拐0,6X10.05X10-加书即4550水温(℃)图4不同水温时污水的粘度变化曲线AM:P0.33mg/L;PAC:smg/L口锄三à加咽处葬中书月t命一一—穿一一一一亩一一一水温(OC)图5水温与出水55的变化曲线0名10X10一J叠二欠;。。择。的义,0’oL一一一一一二互乙1246时间(h)图6单一药剂与复合药剂投加后水粘度的变化曲线a一3号胶体;b一3号粉剂;c一复合药剂;d一复合药剂所克服的阻力小,因此下降的快,效果好。关于介质特性的影响,一般情况下,颗粒的沉降按斯托克斯定律,但在雷诺数很低的层流状态时,水中悬浮物的沉降阻力主要是粘滞阻力,即:p一`8子才.”式中p卜微粒运动的粘滞阻力;介质的绝对粘度;d—微粒直径;吞—微粒的平均密度。—微粒的沉速按下式计算u一二~些二鱼-迎兰g_18件△—介质的密度(g/cm“)。从式中看出,阻力p与介质的绝对粘度协成正比,当介质的绝对粘度卜降低时,对微粒的阻力随之减少。同时可以看出,微粒的沉速与介质的绝对粘度成反比,当卜降低时沉速度U增大。综上所述,由于介质绝对粘度件降低,而粘滞阻力p降低这是使用复合药剂的另一优越性,使微粒沉速快,这样有利于悬浮物的凝聚和去除。介质的绝对粘度是温度的函数,它随水温的升高而降低,但温度过高时,微粒又会受异向流影响,反而使沉降效果差。(4)絮凝剂本身对净化效果的影响a、絮凝剂的类型:絮凝剂的类型对絮凝效果关系极大,往往成为决定性因素,因此,选定合适的絮凝剂类型至关重要。通过实践证明:阴离子型的PAM与阳离子型的PAC联合使用处理转炉水最有效。b、分子量:通过对分子量在100万~1000万之间的选择性试验,认为500万~600万的分子量为最佳范围。并且在此范围内溶解也较快。在分子量为100万~300万之犷“,虽然溶解快。但效果差些,而分子量800无一10。。万之间效果自然好,但涪解太慢,因粘度大,对污泥真空过滤脱水效率有一定影响。c、稀释度:粘度随着分子量的大小而变化,分子量越高粘度越大,因此稀释度也要求大些好,溶液的稀释度直接影响到絮凝效果,过稠时使药剂加到水中成块状,不易与水混合均匀,不能充分发挥药效,而且浪费大量的药剂。工业试验表明,当稀释度为1/500,1/1。。0时,浓度均太高,在出水中偶而见粘条状物,这说明没有与污水充分棍合。浪费一定的药剂。实际生产运转的稀释度为1/2000,出水效果很好,运行稳定。环境工程第10卷第3期d、水解度:对本钢的转炉水,认为水解度在28~30%为最好。水解度和药剂的水溶性有着直接关系,一般水解度大的水溶性好。生产要求在比之内溶解,白银和抚顺的产品均能满足此要求。白银的第一批产品,水解度13%,溶解时间长,效果达不到要求。国内一般厂家的产品基本能满足要求。为充分发挥架桥絮凝作用,絮凝剂的分子的长度应尽量大,一般认为长度在200nm以上有效,显然这是考虑胶体微粒并未脱稳或未完全脱稳时,两微粒所能接近的最短距离和吸附部分链节长度的需要。但是聚合物分子在溶液中并不总是完全伸展的,各链节具有一定的柔性时,从能量和吸附作用看,分子趋向于卷曲成团,这时分子团的尺寸只有10onm左右,絮凝效果不良。聚合物分子的伸展形状主要决定于分子链上电荷位的数目,即离解基团的数目及其离解度。沿分子长度上的同号电