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聚丙烯酰胺在废水、污水处理中的作用

发布时间:2020-01-06 09:16:21     作者:波涛净水

废水和污水一般量较大,自然沉降困难,内含污物往往是有毒物质,很难以简单的过滤方法使它们脱水。一般单位都习惯用无机絮凝剂,如;明矾(硫酸铝钾)、氢氧化钙、硫酸铝、三氯化铁、碱式氯化铝等来处理,这类物质往往用量大、效力低,因而总成本高昂,而且有些无机处理剂对一些特殊的废水或污水的处理效果为零。

目前,高分子科学发展很快,各种各样的聚合物以它们优异的物理、化学性质受到科学家的青眯。我们通过一系列的实验,觉得有些聚合物在废水处理中有絮凝、沉降速度快、污泥脱水效率高、设备简单、处理成本低廉等优点,值得推广使用。

在废水处理中,可用的聚合物有阴离子型,阳离子型、非离子型,根据我们对多种聚合物的筛选,认为聚丙烯酰胺是一种效果较好的水处理剂。

我们取含固体污物6%的污水若干份,每份100克,分别加明矾、氢氧化钙、三氯化铁、硫酸铝、碱式氯化铝与聚丙烯酰胺作对照试验得下表:

各种污水处理剂澄清时间对照表

处理剂名称 用量 得澄清液所用时间
空白 100mg 48(h)未全部澄清
明矾 100mg 6
氢氧化钙 100mg 4
硫酸铝 100mg 1
三氯化铁 100mg 1
碱式氯化铝 100mg 1/4
聚丙烯酰胺 0.05mg 立即

上表说明聚丙烯酰胺用量少(只有无机处理剂的1/2000)、处理污水效果好、速度快。

根据我们试验,把无机处理剂与聚丙烯酰胺配合使用,不仅处理速度快,而且处理用药量可大大减少。我们在含固体污物6%的污水中,加入1ppm聚丙烯酰胺,再加30ppm三氯化铁及30ppm的碱式氯化铝,11分钟得到完全澄清液体。如果在含6%的污水中,加入1ppm聚丙烯酰胺,再加50ppm三氯化铁,5分钟即得澄清液体。所以把聚丙烯酰胺与少量的无机处理剂合用,高聚物用量可减少到10-6,这有很大的实用价值。

以上实验结果说明聚丙烯酰胺在污水处理中起高效捕集微粒作用,这与它的分子结构有很大关系,下面简述它的作用原理:

聚丙烯酰胺分子式:(CH2CHCON-H2n,分子量500万以上,是一种白色粉末状的高效絮凝剂。能溶于水,加水后有30%以上发生水解,形成:

这是一种负离子型絮凝剂,在水溶液中链伸展,并带弱负电荷,有极好絮凝性。当它与无机絮凝剂合用时,效果更好,因为它们起加成作用。除高聚物部分水解起絮凝作用外,无机物也有絮凝作用,而且聚丙烯酰胺的部分分子在弱碱性条件下,形成正离子型絮凝剂,即为:

由于它能形成正离子型及负离子型絮凝剂,适于处理多种不同性质的污物。在水溶液中,它的长链分子适当伸展,而悬浮的污物质点被吸附,使聚离子和悬浮粒子间联合架桥起来,因而体积变大,使之凝聚。

聚丙烯酰胺是一种高分子电解质,在水溶液中能离解,产生多价的、电荷很集中的大离子,以及很多与大离子电荷相反的小离子(或称反离子),因为在大离子的周围有强大的静电场,被吸引的反离子的数目和分布直接影响聚离子的电荷和形态,使它的溶液性质与一般中性高聚物完全不同。当它被水稀释后,小的反离子对聚离子的中和作用减弱,使聚离子处于较为扩展状态,所以能有效地吸附各种污物及胶体分子团。当达到一定程度时,再加入碱性氯化铝,意味着加入物有碱,能使聚离子的静电场增加,又吸引更多反离子(这时主要指污物的离子)到周围,此时聚离子又处于较为卷曲状态,得到絮凝物。

图1高分子絮凝剂作用原理

另外,污水中的污物大多形成胶体溶液,胶体分子团是带电荷的,这里的离子是带正电荷或负电荷的载体,组成胶体分子团的分子可以通过分解,失去一些离子,这些离子就分散在水中,或者相反,液体的离子固定在胶体分子团上。考虑到每个胶体分子团的分子数量,胶体分子团的基本电荷数可能相当大,而且各分子团的电荷数也不相同,胶体分子团的正或负,根据它们的性质和它们分散在其中的液体组成而定。当加入高分子电解质-聚丙烯酰胺时,由于它存在正、负离子团,会改变胶体分子团周围的离子层结构,还会减少离子层的厚度,使胶体分子团因此能够相互接近,以致范德华引力将胶体分子团一个个地固定住,并相互连结成不规则的网格,在重力作用下沉淀下来。

聚丙烯酰胺水解时形成负离子型絮凝剂,即酰胺基变成阴离子的羧酸基-CH2-CH2-COO-,它能与污水中多种低分子阳离子(包括金属离子和有机低分子阳离子)作用,形成复杂的络合物,使污物从污水中离开,水得到澄清。

根据我们的实验,要使高聚物处理水得到好的效果,需要注意三点:

1、加入顺序:需要先加聚丙烯酰胺,使它与污物作用后,再加无机处理剂。否则聚丙烯酰胺的处理效果会受到影响。

2、要使絮凝剂与污水充分混合均匀:搅拌可以加速质点的运动,加快絮凝剂扩散的速度,加大质点相互碰撞的速率。在搅拌后,还需要有相对静止阶段,使质点发生聚集,并可能在占有的体积内形成一个连续的网状结构,使部分分散介质也被固定在这个连续的网状结构中。

3、污水需要是中性的:如果污水的pH小于6或大于8,需要作预处理,把它的pH调至7左右。因为过酸、过碱都会影响高聚物在水中的溶解度和絮凝作用。我们取不同的pH值的污水加同样量的聚丙烯酰胺、碱性氯化铝,观察污水澄清所需的不同时间,得到图2。

图2污水pH值与澄清时间的关系

所以,实验证明pH值对聚丙烯酰胺的处理效果有直接影响。

聚丙烯酰胺在污水处理中用量较少,只有1ppm,而且处理后,大量高聚物已与污物形成聚凝物沉淀下来,处理后的澄清液中聚丙烯酰胺几乎为零,而且聚丙烯酰胺本身无毒,所以不必担心第二次污染的问题。

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