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無機(jī)高分子絮凝劑的種類及特點(diǎn)
無機(jī)高分子絮凝劑(IPF)是從60年代起發(fā)展起來的新型絮凝劑，目前，IPF的生產(chǎn)和應(yīng)用在全世界都取得了迅速進(jìn)展。鋁、鐵和硅類的無機(jī)高分子絮凝劑實(shí)際上分別是它們由水解、溶膠到沉淀過程的中間產(chǎn)物，即Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Si(Ⅳ)的羥基和氧基聚合物。鋁和鐵是陽離子型荷正電，硅是陰離子型荷負(fù)電，它們在水溶態(tài)的單元分子量約為數(shù)百到數(shù)千，可以相互結(jié)合成為具有分形結(jié)構(gòu)的集聚體。它們的凝聚—絮凝過程是對水中顆粒物的電中和與粘附架橋兩種作用的綜合體現(xiàn)。水中懸浮顆粒的粒度在納米到微米級，大多帶負(fù)電荷，因此絮凝劑及其形態(tài)的電荷正負(fù)、電性強(qiáng)弱和分子量、聚集體的粒度大小是決定其絮凝效果的主要因素。目前無機(jī)高分子絮凝劑的種類已有幾十種(主要品種見表8--1)，產(chǎn)量也達(dá)到絮凝劑總產(chǎn)量的30%～60%，其中廣泛使用的為聚合氯化鋁。
Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Si(Ⅳ)的羥基和氧基聚合物都會進(jìn)一步結(jié)合為聚集體，在一定條件下保持在水溶液中，其粒度大致在納米級范圍，以此發(fā)揮凝聚—絮凝作用會得到低投加量高效果的結(jié)果。若比較它們的反應(yīng)聚合速度，由Al→Fe→Si是趨于強(qiáng)烈的，同時(shí)由羥基橋聯(lián)轉(zhuǎn)為氧基橋聯(lián)的趨勢也按此順序。因此，鋁聚合物的反應(yīng)較緩和，形態(tài)較穩(wěn)定，鐵的水解聚合物則反應(yīng)迅速，容易失去穩(wěn)定而發(fā)生沉淀，硅聚合物則更趨于生成溶膠及凝膠顆粒。
IPF的優(yōu)點(diǎn)反映在它比傳統(tǒng)絮凝劑如硫酸鋁、氯化鐵的效能更優(yōu)異，而比有機(jī)高分子絮凝劑(OPF)價(jià)格低廉?，F(xiàn)在它成功地應(yīng)用在給水、工業(yè)廢水以及城市污水的各種處理流程，包括預(yù)處理、中間處理和深度處理中，逐漸成為主流絮凝劑。但是，在形態(tài)、聚合度及相應(yīng)的凝聚—絮凝效果方面，無機(jī)高分子絮凝劑仍處于傳統(tǒng)金屬鹽絮凝劑與有機(jī)高分子絮凝劑之間的位置。其分子量和粒度大小以及絮凝架橋能力仍比有機(jī)絮凝劑差很多，而且還存在對進(jìn)一步水解反應(yīng)的不穩(wěn)定性問題。IPF的這些弱點(diǎn)促進(jìn)了各種復(fù)合型無機(jī)高分子絮凝劑的研究和開發(fā)。
聚合氯化鋁(PAC)，又稱堿式氯化鋁，化學(xué)式為ALn(OH)mCL3n-m。PAC是一種多價(jià)電解質(zhì)，能顯著地降低水中粘土類雜質(zhì)(多帶負(fù)電荷)的膠體電荷。由于相對分子質(zhì)量大，吸附能力強(qiáng)，形成的絮凝體較大，絮凝沉淀性能優(yōu)于其他絮凝劑。PAC聚合度較高，投加后快速攪拌，可以大大縮短絮凝體形成時(shí)間。PAC受水溫影響較小，低水溫時(shí)使用效果也很好。它對水的pH值降低較少，適用的pH范圍寬(可在pH=5～9范圍內(nèi)使用)，故可不投加堿劑。PAC的投加量少，產(chǎn)泥量也少，且使用、管理、操作都較方便，對設(shè)備、管道等腐蝕性也小。因此，PAC在水處理領(lǐng)域有逐步替代硫酸鋁的趨勢，其缺點(diǎn)是價(jià)格較高。
從溶液化學(xué)的角度看，PAC是鋁鹽水解—聚合—沉淀反應(yīng)過程的動力學(xué)中間產(chǎn)物，熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，一般液體PAC產(chǎn)品均應(yīng)在半年內(nèi)使用。添加某些無機(jī)鹽(如CaCl2、MnCl2等)或高分子(如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等)可提高PAC的穩(wěn)定性，同時(shí)可增加凝聚能力。從生產(chǎn)工藝講，在PAC的制造過程中引入一種或幾種不同的陰離子(如SO42-、PO43-等)，利用增聚作用可以在一定程度上改變聚合物的結(jié)構(gòu)和形態(tài)分布，進(jìn)而提高PAC的穩(wěn)定性和功效;如果在PAC的制造過程中引入其它陽離子組分，如Fe3+，使Al3+和Fe3+交錯水解聚合，可制得復(fù)合絮凝劑聚合鋁鐵。
三氧化二鋁含量是聚合氯化鋁有效成分的衡量指標(biāo)，一般而言，絮凝劑產(chǎn)品密度越大，三氧化二鋁含量越高。一般來說，堿化度越高的聚合氯化鋁吸附架橋能力越好，但因接近[Al(OH)3]n而易產(chǎn)生沉淀，因此穩(wěn)定性也較差。
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李志華 （環(huán)保工程師）
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地址：湖南省岳陽市康王經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)羊角山工業(yè)園
主營產(chǎn)品：三氯化鐵、聚合硫酸鐵、次氯酸鈉、聚合氯化鋁、硫酸亞鐵、硫酸鋁、氯酸鈉、脫色絮凝劑、氨氮去除劑、活性炭、消泡劑、除臭劑、聚丙烯酰胺、雙氧水、氧化鈣、除臭劑、氫氧化鈣、磁粉等污水處理藥劑。
工業(yè)廢水處理技術(shù)服務(wù)、大氣污染治理、環(huán)保工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)及安裝調(diào)試服務(wù)、污水處理及其再生利用、污水處理系統(tǒng)優(yōu)化及改造、污水處理工程設(shè)計(jì)、環(huán)境治理研發(fā)及咨詢服務(wù)。
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