絮凝剂产品技术知识培训课件.pptx
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1、聚丙烯酰胺产品培训教案聚丙烯酰胺产品培训教案爱尔技术中心编制爱尔技术中心编制培训内容提要培训内容提要絮凝剂絮凝剂聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺水中污染物与水中污染物与大分子溶液大分子溶液混凝、絮凝与稳定混凝、絮凝与稳定PAMPAM的指标、的指标、品种与性能品种与性能公司公司PAMPAM产品产品及应用案例及应用案例絮凝絮凝参数参数 START1 1 絮凝剂絮凝剂絮凝剂的分类和品种絮凝剂的分类和品种分类分类类型类型典型代表物典型代表物无机絮凝剂无机低分子型无机高分子阳离子型无机高分子阴离子型明矾(KA),硫酸铝(AS),硫酸铁(FS),三氯化铁(FC),活化硅酸(AS)聚合氯化铝(PAC),聚合硫酸铝(PA
2、S),聚合磷酸铝(PAP),聚合氯化铁(PFC),聚合硫酸铁(PFS),聚合磷酸铁(PFP)聚合硅酸(PSi),聚合硅酸(PS)无机复合高分子絮凝剂无机高分子阳离子复合型无机高分子阴阳离子复合型聚合氯化铝铁(PAFC),聚合硫酸铝铁(PAFS),聚合磷氯化铁(PPFC),聚硫氯化铝(PACS)聚合硅酸硫酸铁铝(PFASSi),聚合硅酸氯化铝(PACS),聚合硅酸硫酸铝(PASSi),聚合硅酸氯化铁(PFCSi),聚合硅酸硫酸铁(PFSSi)有机高分子絮凝剂天然有机高分子型合成有机高分子型淀粉衍生物,甲壳素,木质素,腐殖酸,动物胶聚丙烯酰胺,水解聚丙烯酰胺,聚氧乙烯,乙烯吡啶共聚物微生物絮凝剂微
3、生物絮凝剂AHU7165寄生曲霉,KJ201协腹产碱杆菌助凝剂天然矿物类助凝剂改性矿物类助凝剂其它膨润土,硅藻土,改性粉煤灰,矿化垃圾人工合成沸石,活性炭CaO, Ca(OH)2、Na2CO3、NaHCO3无机絮凝剂无机絮凝剂 优点:廉价易得、安全方便 缺点:絮体脆弱,沉降速率慢相比于无机混凝剂,有机絮凝剂具有以下优点:相比于无机混凝剂,有机絮凝剂具有以下优点:- -不低于相同处理效果下,用量仅仅是无机混凝剂的10%-能在宽的pH范围下起任用 -延长过滤设备的寿命-能够有效地去除Al、Fe等溶解金属 -能够去除单细胞藻类-能使生成的污泥量最小 -生成易脱水的污泥-污泥处理费用降低 -使用简便絮
4、凝剂可分离的杂质:絮凝剂可分离的杂质:1nm-1001nm-100 m m有机絮凝剂的优点有机絮凝剂的优点有机絮凝剂的结构有机絮凝剂的结构分子结构分子结构分子量分子量线性聚合物线性聚合物接枝聚合物接枝聚合物交联聚合物交联聚合物有机絮凝剂的絮凝作用(结构与电性)有机絮凝剂的絮凝作用(结构与电性)线性聚合物线性聚合物阴离子阴离子阳离子阳离子 交联聚合物交联聚合物高速剪切高速剪切 接枝聚合物接枝聚合物高分子絮凝剂(分子结构)高分子絮凝剂(分子结构) 非离子(丙烯酰胺均聚物)非离子(丙烯酰胺均聚物)应用:分子量为1000万的PAM在水中完全伸长的长度是多少?(35.74m)阴离子絮凝剂阴离子絮凝剂高分
5、子絮凝剂(分子结构)高分子絮凝剂(分子结构)丙烯酰胺丙烯酰胺/ /丙烯酸共聚物丙烯酸共聚物丙烯酸均聚物丙烯酸均聚物阴离子位点阴离子位点应用:分子链长为50微米的PAM,按比例放大为长度100米时,宽度是多少?A:0.84mm B:8.4mm C:84mm D:840mmD:840mm高分子絮凝剂(分子结构)高分子絮凝剂(分子结构)ADAMADAM均聚物均聚物 阳离子絮凝剂阳离子絮凝剂思考:为什么阳离子絮凝剂的分子量通常不是很高呢?预告:下一章将带您了解高分子絮凝剂聚丙烯酰胺2 2 聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺用于饮用水处理聚丙烯酰胺用于饮用水处理PAMPAM产品产品3 3种化学类型种化学类型
6、: 阴离子,阳离子和非离子阴离子,阳离子和非离子 特殊类型:两性特殊类型:两性2 2种物理形态种物理形态: - -固态固态 粉末,颗粒,珠状粉末,颗粒,珠状 - -液态液态 水溶液,反相乳液,水分水溶液,反相乳液,水分散型聚合物。散型聚合物。PAMPAM的化学类型的化学类型阴离子阴离子PAMPAM: 丙烯酰胺和部分中和的丙烯酸的丙烯酰胺和部分中和的丙烯酸的共聚物;共聚物;阳离子阳离子PAMPAM: 丙烯酰胺单体和季胺盐单体的丙烯酰胺单体和季胺盐单体的共聚物;共聚物;非离子非离子PAMPAM:丙烯酰胺的均聚物丙烯酰胺的均聚物丙烯酰胺丙烯酰胺思考:丙烯酰胺的酰胺基有什么作用?结构特点结构特点 1.
7、PAM分子为均聚或者无规共聚,具有柔顺性和分子形状的易变性,可溶解于水( (水溶性)水溶性); 2.高分子具有强的吸附基团酰胺基,因此能够形成氢键,具有高极性和高反应活性(吸附性)(吸附性); 3.分子链具有足够的有效长度,分子量通常高达几百万以上(架桥性)(架桥性);理化性质理化性质 1.PAM是一种线型高分子聚合物,为胶体、白色颗粒状或细粉末状固体,它易溶于水,几乎不溶于一般溶剂(苯、甲苯、乙醇、乙醚、丙酮、酯类等)。 2.其水溶液几近透明的粘稠液体,属非危险品,无毒,无腐蚀性,固体PAM有吸湿性,吸湿性随离子度的增加而增加; 3.PAM热稳定性好,加热到100稳定性良好,但在150以上时
8、易分解产生氮气,在分子间发生亚胺化作用而不溶于水。 4.对盐类电解质敏感,与高价金属离子能交联成不溶性的凝胶体。产品特性产品特性1)絮凝性:PAM能使悬浮物质通过电中和,架桥吸附。它与被絮凝物种类表面性质,特别是动电位,粘度,浊度及悬浮液的PH值有关。2)粘合性:通过机械的,物理的、化学的作用,起粘合作用。是PAM分子链固定在不同的颗粒表面上,各颗粒之间形成聚合物的桥,使颗粒形成聚集体而沉降。3)降阻性:PAM能有效地降低流体的磨擦阻力,水中加入微量PAM就能降阻50-80%。4)增稠性:PAM在中性和酸性条件下均有增稠作用,当PH值在10以上PAM易水解;呈半网状结构时增稠将更明显。 PAM
9、PAM物化性质及使用特性物化性质及使用特性结构决定理化性质与产品特性PAMPAM的物化性质和应用性的物化性质和应用性PAMPAM的性质的性质作用作用结构因素结构因素应用应用工业工业吸附性分散酰胺基分散助剂表面涂布造纸、纺织医药黏附酰胺基离子基团增加纸张强度钻井泥浆建材黏结造纸地质、石油建筑酰氨基水土保持农业絮凝线型长链酰氨基离子基团固体回收污水治理水的净化助留和助滤采矿、选矿环保公用事业、养殖造纸、选矿高黏性流变控制线型长链离子基团减阻增稠消防、化工、舰船减阻三次采油交联性凝胶交联基团增稠、调剖三次采油离子基团增加纸张湿强固定土壤、保墒离子基团造纸农业、造林、改选沙漠建筑高吸水性交联基团酰氨基
10、离子基团保水保液、保温尿布农业植保医用辅材生物惰性和生物相容性酰氨基体内植入填充控释药物医药所有化学形式的所有化学形式的PAMPAM都是无毒的:都是无毒的: LD50(口服&皮下注射)5g/kg 人体重量,没有经过光敏处理或刺激。 对生殖无毒、无致癌、无诱突变性,也不会造成内分泌系统紊乱。 实际上,所有的PAM随污泥处理掉,因此处理后的水中检测不到PAM的存在(用气相色谱GC/电子俘获检测器ECD检测,含量在1ppb以下) 残留单体的浓度可以降低到可接受的水平(一般残留单体的浓度可以降低到可接受的水平(一般PAMPAM中:中:1000ppm,1000ppm,饮用水级别:饮用水级别:200- 1
11、04kgmol1的大分子化合物, 它们在适当的溶剂中, 可自动地分散成溶液, 称为大分子溶液. 大分子化合物是以分子或离子状态均匀地分布在溶液中, 在分散质与分散介质之间无相界面存在. 故高分子溶液是均匀分布的真溶液, 即热力学平衡系统. 这是大分子溶液与憎液溶胶的最本质的区别. 由于大分子化合物分子的大小恰好是在胶体范围内, 而且又具有胶体系统的某些特性, 如扩散速度慢, 不能通过半透膜, 在超级离心机中可进行沉降分离. 因此又将大分子溶液称为亲液溶胶. 聚丙聚丙烯酰胺烯酰胺溶于水形成的水溶液即溶于水形成的水溶液即为为大分子溶液。具有大分子水溶液的大分子溶液。具有大分子水溶液的一切特征。一切
12、特征。 大分子溶液知识拓展:知识拓展:100mL、0.1%的的PAM(分子量(分子量1000万)溶液中含有万)溶液中含有6.02*1015个个PAM分子。分子。大分子溶液与溶胶的区别大分子溶液与溶胶的区别性质性质溶胶溶胶大分子溶液大分子溶液粒子大小粒子大小1 1 100nm100nm1 1 100nm100nm分散质存在形式分散质存在形式若干分子形成的胶粒若干分子形成的胶粒单个分子单个分子能否透过半透膜能否透过半透膜不能不能不能不能扩散速度扩散速度慢慢慢慢系统性质系统性质多相、热力学多相、热力学不稳定系统不稳定系统均相、热力学均相、热力学稳定系统稳定系统丁铎尔效应丁铎尔效应强强微弱微弱粘度大小
13、粘度大小小小( (与纯溶剂粘度相似与纯溶剂粘度相似) )大大对电解质的对电解质的敏感性敏感性敏感敏感( (加入少量电解质就加入少量电解质就会聚沉)会聚沉)不敏感不敏感( (加入大量电解加入大量电解质会发生盐析)质会发生盐析)干燥或聚沉后干燥或聚沉后能否复原能否复原不能不能能能大分子化合物的溶解规律:溶胀大分子化合物的溶解规律:溶胀 溶解:溶解:1.1.溶胀:溶胀:溶剂小分子钻到大分子化合物分子间的空隙中去,导致大分子化合物体积胀大。 溶胀所形成的体系叫凝胶凝胶。有限溶胀:若溶胀进行到一定程度就不再继续进行下去,则称之为有限溶胀 ;无限溶胀:溶胀不断地进行下去直至大分子物质完全溶解成大分子溶液,
14、这种溶胀称为无限溶胀 ;2.2.溶解:溶解:大分子进入溶剂(无限)。 溶胀可以看成是溶解的第一阶段,溶解是溶胀的继续,达到完全溶解也就是无限溶胀。溶解一定经过溶胀,但是溶胀并不一定必然溶解。预告:下一章将带您了解预告:下一章将带您了解PAMPAM的絮凝机理的絮凝机理 大分子化合物的溶解大分子化合物的溶解4 4 混凝、絮凝与稳定混凝、絮凝与稳定1 1、混凝、絮凝与稳定性、混凝、絮凝与稳定性去除胶体悬浮固体的机理如下:去除胶体悬浮固体的机理如下:(1 1)电中和)电中和 1.紧密吸附的反离子和反离子与正离子结合体的扩散区域,构成了水中悬浮颗粒表面的双电子层结构。这个双电层在一定的条件下具有确定的厚
15、度。 2.当电解质加入到悬浮液中,由于相反离子数目的增加,双电层的厚度变小。反离子浓度的增加降低了粒子的表面电势,颗粒间于是可以更容易地相互接近,混凝与絮凝可能性增加。 3.这种方式的混凝是由电中和造成的,因为加入过量的反离子将原先的净电势转变为零电势。 关于此机理还有两个更深层次的观点。 首先,存在着一个临界浓度使双电层被充分地压缩并导致混聚的产生。这里的临界浓度通常是指临界凝聚浓度。 第二点是关于不同阳离子在降低阴离子双电层厚度上的有效性。Shultz 和Hardy发现离子表面所带的价电荷数对胶体的稳定性起主要作用。2 2、混凝、絮凝与稳定性、混凝、絮凝与稳定性(2 2)补丁模型)补丁模型
16、 当低分子量高离子度的阳离子聚电解质与阴离子颗粒混合,聚合物的分子被认为完全地吸附在颗粒表面,并带上的部分正电荷补丁。 这些补丁使其附着部位的阴离子电势反转,而其它部位仍然带负电荷。因此粒子整体上可能仍带负电。当带正电荷的补丁与没有被覆盖的负电荷区域相撞时,聚集现象就产生了。由此产生的混凝效果比由简单电解质引起的电中和现象更明显。(3 3)架桥模型)架桥模型 由高分子量聚电解质引起的胶体絮凝现象被认为是由架桥机制引起的。 在这种机制下,人们认为聚合物吸附在粒子表面的同时,将一系列的链环与链尾伸入液相当中。 这些链环与链尾在双电层上的延伸性很好。当这些伸展的链环与链尾吸附在第二个粒子的负电荷表面
17、时,絮凝现象就产生了。 架桥作用的发挥取决于:粒子碰撞的频率(搅拌);双电层发生排斥与否。 聚合物的电荷密度与分子量同样非常重要。 更高的分子量提高了架桥作用,因为聚合物的分子链可以在水中更远地伸展并远离粒子表面。 聚合物的电荷密度影响其对粒子表面的亲和性以及大分子与粒子结合的强度。(4 4)空间稳定性)空间稳定性 除了可以通过增加疏水悬浮物表面的电荷密度来稳定胶体体系外, 还可以通过聚合物大分子的链环与链尾间的相互干扰来防止因粒子亲近而导致的絮凝。这些聚合物在自然状态下通常是非离子并且具有高的分子量。 这种现象常常叫做保护胶体行为。3 3、混凝、絮凝与稳定性、混凝、絮凝与稳定性混凝与絮凝概述
18、混凝与絮凝概述混凝絮凝混凝是胶粒脱稳的过程稳定胶体脱稳胶体微絮团形态微絮团的架桥絮团的形成絮凝是脱稳胶体聚集成团的过程混凝混凝& &絮凝絮凝聚合物的溶解聚合物的溶解无机混凝剂:明矾、无机混凝剂:明矾、PACPAC水水有机混凝剂:聚胺有机混凝剂:聚胺聚合物:聚丙烯酰胺聚合物:聚丙烯酰胺悬浮固体颗粒悬浮固体颗粒在溶解过程中,枝化的乳液状絮凝在溶解过程中,枝化的乳液状絮凝剂在溶胀过程中单分子伸展开来。剂在溶胀过程中单分子伸展开来。而枝化的粉末状絮凝剂则形成了一而枝化的粉末状絮凝剂则形成了一个溶胀簇,因此很难能够较好的溶个溶胀簇,因此很难能够较好的溶解。解。混凝絮凝无机混凝剂有机混凝剂 污水不同颗粒的
19、沉降时间不同颗粒的沉降时间( (根据根据 STOKESSTOKES定律定律) )预告:下一章将介绍预告:下一章将介绍PAMPAM指标与其性能的关系指标与其性能的关系5 5 PAMPAM指标、品种与性能指标、品种与性能分子量与性能之间的关系分子量与性能之间的关系分子量分子量 -分子量越高,功能效率就越高。(例如,絮团大小、强度,沉降速率以及脱水率) -但是,絮凝效率随废水的性质变化而变化 低分子量:高反应速度,低剂量和较小的絮团 高分子量:低反应速度,中等剂量和较大的絮团分子量分布分子量分布 - -窄分子量分布.一般污水 -宽分子量分布.性质指标变化较大的污水 在水溶液中,可以使分子链扩张,增大
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