1、1一、水中杂质的分类及其去除途径一、水中杂质的分类及其去除途径1 1、悬浮体系、悬浮体系 分散相颗粒粒径在分散相颗粒粒径在200 106nm 主要有：泥沙；各种腐蚀产物及垢；细菌；胶质沥主要有：泥沙；各种腐蚀产物及垢；细菌；胶质沥青质类和石蜡等重质油类青质类和石蜡等重质油类动力学不稳定体系，借重力可沉降。动力学不稳定体系，借重力可沉降。絮絮 凝凝 剂剂2-1 概述概述22 2、胶态体系、胶态体系 粒径在粒径在 1200nm范围内。范围内。3 3、溶解体系、溶解体系 粒径在小于粒径在小于1nm1nm范围内。范围内。 主要有：无机阳离子、阴离子，此外还包括环主要有：无机阳离子、阴离子，此外还包括环
2、烷酸等有机溶解物及溶解氧，烷酸等有机溶解物及溶解氧，CO2，H2S等。等。热力学稳定体系热力学稳定体系过滤过滤不能不能去除去除也不借重力而沉降也不借重力而沉降3水中这些杂质彼此间的关系如下：水中这些杂质彼此间的关系如下：4水中不同粒径颗粒的处理方法如下图：水中不同粒径颗粒的处理方法如下图：5二、胶体微粒和乳化油的稳定性二、胶体微粒和乳化油的稳定性1 1、胶体的双电层结构、胶体的双电层结构水中的胶粒一般带有负电荷。水中的胶粒一般带有负电荷。胶体粒子的结构式可写为：胶体粒子的结构式可写为：【胶核胶核】电位形成离子，束缚反离子电位形成离子，束缚反离子 自由反离子自由反离子吸附层吸附层扩散层扩散层胶粒
3、胶粒胶团胶团6 在吸附层的外面，还有一在吸附层的外面，还有一部分反离子，疏散的分布，形成部分反离子，疏散的分布，形成一个扩散层（流动）。一个扩散层（流动）。胶核胶核 扩散层扩散层不随胶核一起运动，而不随胶核一起运动，而趋于向溶液主体扩散，直至与趋于向溶液主体扩散，直至与溶液中的平均浓度相等。溶液中的平均浓度相等。 其中电位离子层与部分反离子层其中电位离子层与部分反离子层构成吸附层（固定层）。构成吸附层（固定层）。7 固定层的厚度约固定层的厚度约(23)10-7mm，不随温度变化而变化；，不随温度变化而变化； 但扩散层厚度较大，且随温度和其他因素而变化。这种固但扩散层厚度较大，且随温度和其他因素
4、而变化。这种固定层和扩散层总称为定层和扩散层总称为“双电层双电层”。 胶粒与溶液主体间由于胶粒剩余电荷的存在所产生的电位。82 2、胶体稳定的原因、胶体稳定的原因 一种胶体的胶粒带电越多，其一种胶体的胶粒带电越多，其电位就越大；电位就越大；扩散层中反粒子越多，水化作用也越大，扩散层扩散层中反粒子越多，水化作用也越大，扩散层与水化壳也越厚，也就越稳定。与水化壳也越厚，也就越稳定。 其一：胶体微粒表面带有同性电荷，发生静电其一：胶体微粒表面带有同性电荷，发生静电 排斥作用。排斥作用。 其二：吸附层的水化作用，形成一个水化层，阻其二：吸附层的水化作用，形成一个水化层，阻 止微粒的结合。止微粒的结合。
5、9103 3、乳化油稳定的原因、乳化油稳定的原因 具有一般胶体的双电层结构，可形成稳定具有一般胶体的双电层结构，可形成稳定的体系。的体系。水包油型水包油型乳状液乳状液油114 4、两个不稳定因素、两个不稳定因素 其一：由范德华力产生的微粒核间的相其一：由范德华力产生的微粒核间的相互吸引力，促其结合。互吸引力，促其结合。 其二：胶体微粒的布朗运动，促其相互碰其二：胶体微粒的布朗运动，促其相互碰撞而吸附结合。撞而吸附结合。5 5、加絮凝剂的目的、加絮凝剂的目的 是消除其稳定因素，再利用其不稳定因素是消除其稳定因素，再利用其不稳定因素使微粒不断扩大形成矾花。然后过滤或沉淀除使微粒不断扩大形成矾花。然
6、后过滤或沉淀除去。去。12三、水质净化的反应机理三、水质净化的反应机理水质在净化过程中，大约包括三种过程。水质在净化过程中，大约包括三种过程。1 1、凝结作用（、凝结作用（TogetherTogether） 粒子的表面电荷经中和后，利用微弱的范德华力粒子的表面电荷经中和后，利用微弱的范德华力而形成凝聚作用。这种力量非常薄弱。容易受到机械而形成凝聚作用。这种力量非常薄弱。容易受到机械力的破坏。力的破坏。 即把两个或多个不同的个体拉拢在一起，形即把两个或多个不同的个体拉拢在一起，形成细小絮体的过程。成细小絮体的过程。13凝结作用示意图：凝结作用示意图：14152、絮凝作用（、絮凝作用（ Flocc
7、ulare ） 架桥作用架桥作用 是指粒子的稳定性遭到破坏后，借高聚物及搅拌能量是指粒子的稳定性遭到破坏后，借高聚物及搅拌能量而彼此接触，因而形成较大颗粒絮体的过程。简言之，絮而彼此接触，因而形成较大颗粒絮体的过程。简言之，絮凝作用可称为架桥反应。即：凝作用可称为架桥反应。即：163 3、沉降作用、沉降作用 絮体一旦生成，需在静止状态下借重力而絮体一旦生成，需在静止状态下借重力而下沉。下沉。 影响凝聚与絮体沉降的主要因素有：影响凝聚与絮体沉降的主要因素有：搅拌能量；搅拌能量；搅拌时间；搅拌时间；絮凝剂及反应物的浓度；絮凝剂及反应物的浓度；pHpH值，等等。值，等等。17四、絮凝的工艺过程四、絮
8、凝的工艺过程混凝剂的配制与投加、混合、反应、澄清几个步骤。混凝剂的配制与投加、混合、反应、澄清几个步骤。混合混合药剂投入废水后在水中发生水解并产生异电荷药剂投入废水后在水中发生水解并产生异电荷 胶体，与水中胶体或悬浮物接触，形成细小的胶体，与水中胶体或悬浮物接触，形成细小的 矾花。矾花。大约在大约在10-30S内完成，一般不超过内完成，一般不超过2min. 要求快速、均匀。要求快速、均匀。反应反应使小絮体逐渐凝成大絮体而便于沉淀使小絮体逐渐凝成大絮体而便于沉淀。澄清澄清让已经形成的絮凝体悬浮在水中成为悬浮让已经形成的絮凝体悬浮在水中成为悬浮 泥渣层，使废水中形成的微絮粒被迅速吸泥渣层，使废水中
9、形成的微絮粒被迅速吸 附在悬浮泥渣上，从而达到良好的去除效果。附在悬浮泥渣上，从而达到良好的去除效果。18五、絮凝剂的定义和分类五、絮凝剂的定义和分类 用来使水溶液的溶质、胶体或悬浮物产生用来使水溶液的溶质、胶体或悬浮物产生絮状沉淀的物质。絮状沉淀的物质。 又称为混凝剂、聚凝剂；也有称聚集剂、又称为混凝剂、聚凝剂；也有称聚集剂、凝结剂等。凝结剂等。定义定义: :19絮絮凝凝剂剂无机絮凝剂无机絮凝剂（凝聚剂）（凝聚剂）低分子絮凝剂低分子絮凝剂高分子絮凝剂高分子絮凝剂铝盐高分子絮凝剂铝盐高分子絮凝剂铁盐高分子絮凝剂铁盐高分子絮凝剂有机絮凝剂有机絮凝剂（絮凝剂（絮凝剂or助凝剂）助凝剂）阳离子的有机
10、高分子阳离子的有机高分子阴离子的有机高分子阴离子的有机高分子非离子的有机高分子非离子的有机高分子人工合成的人工合成的天然有机高分子天然有机高分子微生物絮凝剂（一种新发展的絮凝剂）微生物絮凝剂（一种新发展的絮凝剂）分类分类: :20 无机絮凝剂主要是依靠电荷无机絮凝剂主要是依靠电荷中和中和而凝聚。而凝聚。 有机絮凝剂则主要依靠架桥作用使粒子沉降。有机絮凝剂则主要依靠架桥作用使粒子沉降。 在应用方面，常常先加入无机絮凝剂中和电在应用方面，常常先加入无机絮凝剂中和电荷，然后加有机絮凝剂生成絮团而沉降。两者联荷，然后加有机絮凝剂生成絮团而沉降。两者联合使用可大大降低絮凝剂的用量。合使用可大大降低絮凝剂
11、的用量。21 2-2 无机絮凝剂无机絮凝剂凝聚剂凝聚剂一、凝聚机理一、凝聚机理凝聚凝聚脱稳的粒子相互聚集为较大颗粒的过程。脱稳的粒子相互聚集为较大颗粒的过程。胶体因胶体因-电位的降低或消除，从而失去稳定性的过程。电位的降低或消除，从而失去稳定性的过程。可见，可见，电位的高低，是凝聚反应好坏的一个重要因素。电位的高低，是凝聚反应好坏的一个重要因素。胶粒表面上的电荷；胶粒表面上的电荷；扩散层的厚度。扩散层的厚度。221.压缩双电层机理压缩双电层机理扩散层的厚度（扩散层的厚度（h h）：）：h=A /Zi2ri式中式中 A常数常数 Zi2ri溶液中离子强度溶液中离子强度 Zi2离子的化合价离子的化合
12、价 ri离子浓度离子浓度232. 吸附电中和机理吸附电中和机理 胶粒表面对异号离子（粒子）或分子带异号电荷胶粒表面对异号离子（粒子）或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，从而中和了胶粒所带电荷，的部位有强烈的吸附作用，从而中和了胶粒所带电荷，减少了静电斥力，降低了减少了静电斥力，降低了电位，使胶体的脱稳和凝电位，使胶体的脱稳和凝聚易于发生。聚易于发生。静电引力是这些作用的主要方面。静电引力是这些作用的主要方面。24电位电位( 可用电泳法测定可用电泳法测定):=4eq/D=4eq/D式中：式中： q颗粒表面上的电荷颗粒表面上的电荷 D水的诱导率水的诱导率 从上式可见，如从上式可见，如q减少，能
13、使减少，能使电位降低。电位降低。25 总之，总之，凝聚作用是非常复杂的反应过程。凝聚作用是非常复杂的反应过程。它涉及水中分散介质的性质，它涉及水中分散介质的性质， 各种凝聚剂的特性，各种凝聚剂的特性， 分散介质与各剂的相互作用条件以及分散介质与各剂的相互作用条件以及系列反应。系列反应。 26二、影响凝聚过程的主要因素二、影响凝聚过程的主要因素1、pH值与碱度值与碱度 Al3+和水中的和水中的HCO3-(碱度碱度)反应即得带正电的胶体反应即得带正电的胶体Al(OH)3。如水中碱度不够，尚需提高碱度（如：投加如水中碱度不够，尚需提高碱度（如：投加CaO等），以保证等），以保证Al(OH)3的生成。
14、的生成。Al3+SO42-Al2(SO4)3(1)铝盐与碱度的关系铝盐与碱度的关系27CaO=(0.5a-10X+20) mg/L a硫酸铝投加量以硫酸铝投加量以Al2(SO4)3计计mg/L X原水中已有的碱度原水中已有的碱度 20过量数，过量数，mg/LCaO的投加量的计算公式的投加量的计算公式：28Al(OH)3AlO2 2- +H2O+H+ 但如酸性太强时，氢氧化铝也会溶解，即：但如酸性太强时，氢氧化铝也会溶解，即：Al(OH)3+3H+Al3+ + H2OpH8.5时：时：pH4时，时， 发生架桥粘发生架桥粘结（羟基桥联）生成带正电的多核羟基络合物：结（羟基桥联）生成带正电的多核羟基
15、络合物：Al3(OH)4(H2O)105+Al6(OH)144+Al6(OH)153+多核羟基络合物多核羟基络合物进一步交联进一步交联(H2O)4AlOHOHAlH2OH2OOHOHAl(H2O)4(H2O)4AlOHH2O+(H2O)4AlOHH2O(H2O)4AlOHOHAl(H2O)44+2OH2+43其存在状态与其存在状态与pHpH的关系：的关系：pH4 Al(H2O)n3+ n=610 高电荷低聚合度高电荷低聚合度4pH6 Al6(OH)153+ Al7(OH)174+ Al8(OH)204+ Al13(OH)327+ Al13O4(OH)247+ 6pH8 Al (OH)4- Al
16、8(OH)262- 44 2 2、硫酸铝（、硫酸铝（目前市面上最常见的凝聚剂目前市面上最常见的凝聚剂 ） 当添加到水中时，能迅速被溶解，当添加到水中时，能迅速被溶解，Al3+发生水解生发生水解生成单核子络合物和多核子络合物成单核子络合物和多核子络合物。Al2(SO4)3xH2O硫酸铝的凝结作用方式：硫酸铝的凝结作用方式： 其一：其一： Al(H2O)3(OH)30以无定形的胶凝状氢氧化物以无定形的胶凝状氢氧化物沉淀物存在。沉淀物存在。 其二：带正电荷的水合单、多核络合物。其二：带正电荷的水合单、多核络合物。45硫酸铝使用时硫酸铝使用时,水的有效水的有效pH范围较窄，跟原水硬度有关。范围较窄，跟
17、原水硬度有关。 对于软水对于软水:pH 5.76.6 中等硬度的水中等硬度的水:pH 6.67.2 硬度较高的水硬度较高的水:pH 7.27.846473、碱式氯化铝（、碱式氯化铝（PAC polyaluminum chloride ）多羟基聚合氯化铝、聚氯化铝多羟基聚合氯化铝、聚氯化铝 Al2(OH)nCl6-nm 其中其中 n=15，m10 聚合氯化铝是配位化合物型的高分子聚合物，固体聚合氯化铝是配位化合物型的高分子聚合物，固体呈无色或黄色树脂状，易潮解，呈无色或黄色树脂状，易潮解，溶液为无色至黄褐色溶液为无色至黄褐色透明液体。透明液体。48 一般认为聚铝是一种高效的无机高分子，是指一般认
18、为聚铝是一种高效的无机高分子，是指Al3+盐到盐到A1(OH)3之间的一系列准稳态物质，即二铝之间的一系列准稳态物质，即二铝到十三铝的羟基络合物。目前，聚铝类絮凝剂的絮到十三铝的羟基络合物。目前，聚铝类絮凝剂的絮凝机理主要分为线性聚合物和体形聚合物两种观点。凝机理主要分为线性聚合物和体形聚合物两种观点。49线性聚合物观点认为线性聚合物观点认为: 随着碱化度增加，氯化铝溶液中的水合随着碱化度增加，氯化铝溶液中的水合3价铝离子价铝离子Al(H2O)63+八面体通过羟桥八面体通过羟桥Al-O-Al聚合成线性多聚物。聚合成线性多聚物。体形聚合物观点认为体形聚合物观点认为: 聚合氯化铝溶液中存在着聚合氯
19、化铝溶液中存在着4种阳离子种阳离子:单体、二聚体、单体、二聚体、体形十三聚体和结构尚未确定的三维团粒。体形十三聚体和结构尚未确定的三维团粒。 体形结构代表式为体形结构代表式为AlO4Al12(OH)24(H2O)127+, 是起絮是起絮凝作用的主要活性物质。凝作用的主要活性物质。50碱化度（碱化度（B）:化合物化合物中中羟基羟基与与铝铝的摩尔比。的摩尔比。B=OH3Al100% 若碱化度若碱化度30%时，絮凝剂中小分子占多数，絮时，絮凝剂中小分子占多数，絮凝能力较低。凝能力较低。 但碱化度太大时，溶液不稳定，易生成但碱化度太大时，溶液不稳定，易生成Al(OH)3沉淀。所以，一般聚合铝碱化度要求
20、在沉淀。所以，一般聚合铝碱化度要求在4060之间。之间。 B B是是碱式氯化铝碱式氯化铝的重要的重要质量质量指标指标，它直接决定着，它直接决定着产品产品的的化学化学结构形态和许多特性，如结构形态和许多特性，如聚合度聚合度、分子电荷数、混凝能、分子电荷数、混凝能力、贮存稳定性、力、贮存稳定性、pHpH值值等。等。 Al2(OH)nCl6-nm51 优点：形成絮凝体大，沉淀性能好，投药量比优点：形成絮凝体大，沉淀性能好，投药量比硫酸铝低（过量投加也不会造成水混浊）；适宜的硫酸铝低（过量投加也不会造成水混浊）；适宜的pH范围较宽（范围较宽（59间），且处理后水的间），且处理后水的pH值和碱度值和碱度
21、下降较小；水温低时，仍可保持稳定的效果；其碱下降较小；水温低时，仍可保持稳定的效果；其碱化度较高，对水处理设备腐蚀小；应用范围广。化度较高，对水处理设备腐蚀小；应用范围广。 缺点：聚合氯化铝的生产受原料限制，成份复缺点：聚合氯化铝的生产受原料限制，成份复杂、生产过程长，条件难以控制，很难得到聚集能杂、生产过程长，条件难以控制，很难得到聚集能力力( (聚合度聚合度) )相同的产品。相同的产品。524、聚合硫酸铝（、聚合硫酸铝（PAS）通式：通式：Al2(OH)n(SO4)3- n/2m (1n6 , m10) 特点：特点：絮凝性能絮凝性能与与PAC的相似，而更适合高浊水的相似，而更适合高浊水的去
22、浊，具有极佳的脱色、去氟和低温去浊性能。的去浊，具有极佳的脱色、去氟和低温去浊性能。 总之，聚合氯化铝、聚合硫酸铝简称聚铝。总之，聚合氯化铝、聚合硫酸铝简称聚铝。 在同样的碱化度下在同样的碱化度下, PAS的聚合质量分数比的聚合质量分数比PAC高，这对絮凝是有利的。高，这对絮凝是有利的。535 5、铝盐凝聚剂对出水水质的影响、铝盐凝聚剂对出水水质的影响 铝经各种渠道进入人体后，通过慢性积累发生铝经各种渠道进入人体后，通过慢性积累发生铝中毒。因为铝很难由肾脏排出，使用过多的铝就会铝中毒。因为铝很难由肾脏排出，使用过多的铝就会在大脑、肝、脾、肾、甲状腺等等组织器官蓄积。在大脑、肝、脾、肾、甲状腺等
23、等组织器官蓄积。导导致人体出现诸如：致人体出现诸如：铝性脑病：铝性脑病：出现记忆力衰退、智力下降、反应迟钝等出现记忆力衰退、智力下降、反应迟钝等 症状，并诱发老年痴呆症。症状，并诱发老年痴呆症。铝性铝性骨病：骨病：铝沉积在骨骼中，会导致骨质疏松、骨铝沉积在骨骼中，会导致骨质疏松、骨 折、关节疼痛。折、关节疼痛。 铝还会使人食欲不振，消化不良，影响肠道对磷、铝还会使人食欲不振，消化不良，影响肠道对磷、锶、铁、钙等元素的吸收。锶、铁、钙等元素的吸收。铝对人体的危害：铝对人体的危害：54水中铝含量限制标准：水中铝含量限制标准：世界卫生组织：世界卫生组织：0.2mg/L美国：美国： 0.05mg/L我
24、国：我国： 0.2mg/L采用比色分析法采用比色分析法测定残留铝的量。测定残留铝的量。55降低水中铝含量的方法：降低水中铝含量的方法：1 1、开发和采用能减少铝投加量的复合铝盐；、开发和采用能减少铝投加量的复合铝盐；2 2、添加无毒的高分子絮凝剂，降低铝含量；、添加无毒的高分子絮凝剂，降低铝含量；3 3、以新型的无铝絮凝剂代替单铝盐、复铝盐、聚铝、以新型的无铝絮凝剂代替单铝盐、复铝盐、聚铝 盐。如能解决铁盐的腐蚀性强和造色问题，以铁盐。如能解决铁盐的腐蚀性强和造色问题，以铁 盐代替铝盐是可行的；盐代替铝盐是可行的；4 4、改进凝聚沉淀技术（合理的搅拌速度和时间，促、改进凝聚沉淀技术（合理的搅拌
25、速度和时间，促 进絮体长大）进絮体长大）56三氯化铁三氯化铁 硫酸铁硫酸铁 硫酸亚铁硫酸亚铁（二）铁盐二）铁盐适宜的适宜的pHpH8.08.0加入碱性物加入碱性物（石灰等）（石灰等）是必须的。是必须的。pH=5.0- 6.0pH=5.0- 6.0聚铁聚铁57 （1 1）三价铁盐的水解）三价铁盐的水解1 1、铁盐在凝聚过程中的反应、铁盐在凝聚过程中的反应Fe(H2O)63+Fe(OH)(H2O)52+ + H+Fe(OH)(H2O)52+Fe(OH)2(H2O)4+ + H+2Fe(OH)(H2O)52+Fe2(OH)2(H2O)84+ + 2H2OFe3(OH)4(H2O)55+ 逐步水解的结
26、果是形成各种不溶于水的氢氧逐步水解的结果是形成各种不溶于水的氢氧化铁的混合物。化铁的混合物。58（2 2）硫酸亚铁的氧化）硫酸亚铁的氧化Fe2+2H2OFe(OH)2+2H+Fe(OH)3O 可见，必须有足够的碱度和氧存在的条件下才能可见，必须有足够的碱度和氧存在的条件下才能完成。完成。硫酸亚铁的氧化反应必须有碱性物质存在：硫酸亚铁的氧化反应必须有碱性物质存在：FeSO4.7H2O + 2Ca（HCO3）2 + 1/2O22Fe（OH）3 + 2CaSO4 + 4CO2 + 13H2O凝聚作用中的主要组成凝聚作用中的主要组成成分成分pHpH8.58.5592 2、聚铁（聚合硫酸铁）、聚铁（聚合
27、硫酸铁）Fe2(OH)n(SO4)3-n/2m ，m= f(n) 其中含有大量的聚合阳离子：其中含有大量的聚合阳离子： Fe3(OH)45+ Fe4O(OH)46+ Fe6(OH)126+等。等。棕红色粘稠液体。棕红色粘稠液体。可以迅速起电荷中和和絮凝架桥作用。可以迅速起电荷中和和絮凝架桥作用。07/260 形成的矾花密度和强度较大，形成的矾花密度和强度较大，沉降速度快，沉降速度快，净水净水效果显著，受水温影响小，效果显著，受水温影响小，pHpH值适用范围宽，价格便值适用范围宽，价格便宜，对某些原水（硬水）有较好的处理效果。宜，对某些原水（硬水）有较好的处理效果。 3 3、铁盐凝聚剂的特点、铁
28、盐凝聚剂的特点 但其腐蚀性强，对设备要求高；但其腐蚀性强，对设备要求高；但絮体较小，卷但絮体较小，卷扫作用差；扫作用差；且铁盐凝聚剂中且铁盐凝聚剂中FeFe2+2+与水中的腐殖质等有与水中的腐殖质等有机物可形成水溶性污物，造成自来水带色。机物可形成水溶性污物，造成自来水带色。61（三）聚硅酸盐（三）聚硅酸盐 聚硅酸铝聚硅酸铝 (PASS ) 聚硅酸铝铁聚硅酸铝铁 (PSAF)聚硅酸铁聚硅酸铁 (PFSS) 是一种新型无机高分子絮凝剂，是在聚硅酸及传统的是一种新型无机高分子絮凝剂，是在聚硅酸及传统的铝盐、铁盐等絮凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与金属盐铝盐、铁盐等絮凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与金属
29、盐的复合产物。它综合了聚硅酸粘结聚集、吸附架桥效能和的复合产物。它综合了聚硅酸粘结聚集、吸附架桥效能和铝盐絮凝剂絮体大、脱色性能好，以及铁盐絮凝剂絮体密铝盐絮凝剂絮体大、脱色性能好，以及铁盐絮凝剂絮体密实、沉降速度快等特点。实、沉降速度快等特点。 62四、改性单阳离子无机聚合絮凝剂四、改性单阳离子无机聚合絮凝剂改性目的：改性目的： 改变聚合物的形态结构及分布改变聚合物的形态结构及分布; ; 两种以上聚合物之间具有协同增效作用。两种以上聚合物之间具有协同增效作用。63例如：聚磷氯化铝例如：聚磷氯化铝(PPAC) 在聚合铝中引入适量的磷酸盐，通过磷酸根的增在聚合铝中引入适量的磷酸盐，通过磷酸根的增
30、聚作用，使得聚作用，使得PPAC产生了新一类高电荷的多核中间络产生了新一类高电荷的多核中间络合物。合物。 PPAC能适应较高的能适应较高的pH值，而且絮凝效果显著优值，而且絮凝效果显著优于于PAC。另外还有另外还有: :聚硅酸硫酸铝，聚磷酸硫酸铁等。聚硅酸硫酸铝，聚磷酸硫酸铁等。 64五、改性多阳离子无机聚合絮凝剂五、改性多阳离子无机聚合絮凝剂 聚铝铁复合絮凝剂，聚铝铁复合絮凝剂， 是含有多核聚铁及聚铝与是含有多核聚铁及聚铝与氯根和硫酸根配位的复合型无机高分子絮凝剂，例如：氯根和硫酸根配位的复合型无机高分子絮凝剂，例如：聚合硫酸氯化铁铝聚合硫酸氯化铁铝(PAFCS) 在含油废水及印染废水中，在
31、含油废水及印染废水中，PAFCS比比PAC的效的效果均优，且脱色能力也好；絮凝物比重大，絮凝速果均优，且脱色能力也好；絮凝物比重大，絮凝速度快，易过滤，出水率高；其原料均来源于工业废度快，易过滤，出水率高；其原料均来源于工业废渣，成本较低，适合工业水处理。渣，成本较低，适合工业水处理。65六、六、无机无机絮凝剂的发展方向（查资料）絮凝剂的发展方向（查资料）662-3 有机絮凝剂有机絮凝剂 传统的无机絮凝剂，虽具有较强的电中和能力传统的无机絮凝剂，虽具有较强的电中和能力, ,但对胶体的桥连作用较弱；对油水乳化体系中的油但对胶体的桥连作用较弱；对油水乳化体系中的油珠的破乳作用很小，除油效果也不佳。
32、珠的破乳作用很小，除油效果也不佳。 而有机高分子絮凝剂具有特性粘数高、产品稳定而有机高分子絮凝剂具有特性粘数高、产品稳定性好、吸附架桥能力强、适用范围广、投料量少、絮性好、吸附架桥能力强、适用范围广、投料量少、絮凝速度快、凝速度快、pH值及温度影响较小、产生的污泥量少、值及温度影响较小、产生的污泥量少、形成的絮凝体过滤性好等优点，因而得到越来越广泛形成的絮凝体过滤性好等优点，因而得到越来越广泛的应用的应用 。67 高分子絮凝剂中含有高分子絮凝剂中含有-CONH2，-COONa和和 +NR3等极性基，分子量从几十万上百万（数千万），等极性基，分子量从几十万上百万（数千万），能溶于能溶于H2O中而
33、具有电解质的行为。因此，有机聚中而具有电解质的行为。因此，有机聚合物又称为聚电解质。合物又称为聚电解质。 通常有机高分子絮凝剂分为：天然高分子和合成通常有机高分子絮凝剂分为：天然高分子和合成高分子两大类高分子两大类; 按官能团离解后所带电荷的不同分为：阳离子型、按官能团离解后所带电荷的不同分为：阳离子型、阴离子型、非离子型和两性离子型。阴离子型、非离子型和两性离子型。68一、絮凝机理一、絮凝机理1 1）电中和作用，降低胶粒的）电中和作用，降低胶粒的电位。电位。2 2）通过高分子的长链结构）通过高分子的长链结构起架桥作用，起架桥作用，吸附胶体颗吸附胶体颗 粒和油珠粒和油珠而产生絮凝而产生絮凝吸附
34、架桥机理吸附架桥机理 聚合物在胶体表面的吸附来源于各种物理化学作用聚合物在胶体表面的吸附来源于各种物理化学作用, ,如：如： 范德华力、静电引力、氢键、配位键等。范德华力、静电引力、氢键、配位键等。69其絮凝模式见图：其絮凝模式见图：7071为此，絮凝剂应具下列性质：为此，絮凝剂应具下列性质：1 1）水溶性好；）水溶性好； 2 2）具有吸附活性基；）具有吸附活性基； 3 3）分子量尽量大，有广泛的伸展度。）分子量尽量大，有广泛的伸展度。72二、二、常用的常用的有机有机絮凝剂絮凝剂（一）阳离子型絮凝剂一）阳离子型絮凝剂 目前，美、日等国阳离子絮凝剂目前，美、日等国阳离子絮凝剂(200(200多种
35、多种) )已占合成已占合成絮凝剂的絮凝剂的60%60%，且还在以每年，且还在以每年10%10%的速度增长。的速度增长。 阳离子型絮凝剂的制备方法有两大类：阳离子型絮凝剂的制备方法有两大类： 非离子型聚丙烯酰胺的阳离子改性；非离子型聚丙烯酰胺的阳离子改性； 丙烯酰胺单体与阳离子单体共聚或阳离子单体的丙烯酰胺单体与阳离子单体共聚或阳离子单体的 均聚。均聚。731、改性聚丙烯酰胺、改性聚丙烯酰胺曼尼奇曼尼奇(Mannich)反应反应反应的实质是一种三元共聚物。反应的实质是一种三元共聚物。74反应的机理：反应的机理：RCONHH +COHHRCONH CH2OHRCONH CH2N(CH3)2HCHO
36、 + HN(CH3)2CH2N(CH3)2OHHNH CRO752、AM和二甲基二烯丙基氯化铵共聚和二甲基二烯丙基氯化铵共聚 + CH2CH CH2Cl碱CH2CH CH2N CH3CH3NH(CH3)2单体的制备：单体的制备：CH2CH CH2ClN+(CH2CH CH2)2ClCH3CH376线性高聚物，电荷密度高，水溶性好，絮凝能力强，用线性高聚物，电荷密度高，水溶性好，絮凝能力强，用量少。量少。773、二甲基二烯丙基氯化铵均聚物（、二甲基二烯丙基氯化铵均聚物（PDMDAAC）CH2CHCH2N+CH3CH3CH2CHCH2ClROOR 2060 10hCH2CHCH2N+CH3CH3C
37、H2CHCH2*n +CH2CHCH2N+CH2CH3*n CHCH3CH278应用：应用：(1)油田污水的处理油田污水的处理 而目前国内而目前国内 采用的采用的PAC或或PAM存在的问题：絮存在的问题：絮凝速度较慢，使后序设备复杂化；聚沉的油质和大量凝速度较慢，使后序设备复杂化；聚沉的油质和大量的机械杂质为硫酸盐还原菌的生长提供了养分，从而的机械杂质为硫酸盐还原菌的生长提供了养分，从而加大了杀菌工序的负担。加大了杀菌工序的负担。 去油力强、絮凝速度快，具有杀菌效能，同时具去油力强、絮凝速度快，具有杀菌效能，同时具有一定的缓蚀阻垢性能。有一定的缓蚀阻垢性能。79(2)含色污水的处理含色污水的处
38、理 对疏水性、亲水性染料均具有较好的脱色效果。对疏水性、亲水性染料均具有较好的脱色效果。而通常的无机或高分子絮凝剂仅对而通常的无机或高分子絮凝剂仅对疏水性疏水性染料有较佳的染料有较佳的脱色效果。脱色效果。804 4、环氧氯丙烷与胺反应产物、环氧氯丙烷与胺反应产物1 1）与氨的反应）与氨的反应NH3+CH2Cl CH2CHOCH2CH CH2NH2ClOHOClCH2CH CH2NHClOHCH2CH CH2OH ClNH3CH2CH CH2NHClOHCH2CH CH2NH2OH81OCH2ClCH2CH CH2NHClOHCH2CH CH2NHOHCH2CH CH2ClOHNH3OCH2Cl
39、CH2CH CH2NHOH*n 含仲胺基，无季铵基。含仲胺基，无季铵基。 故絮凝效率不高。故絮凝效率不高。822 2）与伯胺的反应）与伯胺的反应R NH2+CH2ClCH2CHO*N CH2RCH CH2*OHn 叔胺基；季铵基很少，絮叔胺基；季铵基很少，絮凝效率不高。凝效率不高。季铵化产物季铵化产物(CH3)2SO4833）与仲胺的反应）与仲胺的反应 但由于其相对分子质量较低，且主链中的季铵基有但由于其相对分子质量较低，且主链中的季铵基有位阻效应，故絮凝效率比理想的要低。位阻效应，故絮凝效率比理想的要低。NHRR+CH2ClCH2CHO*N+CH2RCH CH2*OHn RCl84 改性：加
40、入少量的改性：加入少量的R-NH2(或二亚乙基三胺或二亚乙基三胺)，以增加，以增加 分子量。分子量。R NH2+CH2ClCH2CHO(CH3)2NH +*N+CH2CH3CH CH2*OHm CH3ClN CH2CH CH2R*OHn 85（二）阴离子型絮凝剂（二）阴离子型絮凝剂 功能基主要是功能基主要是: :1 1、丙烯酰胺丙烯酸共聚物、丙烯酰胺丙烯酸共聚物结构：结构：CH2*CH*CONH2m CH2*CH*n COOHSO M+OOPO M+OOCOOM+86生产方法：生产方法：之一：之一：之二：之二：CH2*CH*CONH2m +OH2NaOH产物mCONH2+COOH产物CH2=C
41、HnCH2=CH 得到水解度低于得到水解度低于5050的产物的产物得到高水解度（得到高水解度（7070以上）的产物以上）的产物-CONH2与与-COOH的比例决定共聚物的性质和絮的比例决定共聚物的性质和絮凝作用。最常用的是含羧基凝作用。最常用的是含羧基530。87应用：应用： 广泛用于制糖、造纸、油田钻井等工业用水广泛用于制糖、造纸、油田钻井等工业用水和废水处理。和废水处理。 一般与无机絮凝剂并用。多适用于中性或碱性一般与无机絮凝剂并用。多适用于中性或碱性溶液。具有澄清、净化、促进降解、利于过滤等特溶液。具有澄清、净化、促进降解、利于过滤等特点。点。特点：特点：88絮凝原理：絮凝原理： 在水中
42、伸展度大，具有良好的架桥性能。在水中伸展度大，具有良好的架桥性能。 对于带正电荷的胶体微粒有电中和及静电吸附对于带正电荷的胶体微粒有电中和及静电吸附作用作用。 对带负电荷的胶体微粒具有强的活性吸附能力对带负电荷的胶体微粒具有强的活性吸附能力( (范德范德华引力、氢键、配位键等作用华引力、氢键、配位键等作用) ) 。892 2、聚苯乙烯磺酸盐、聚苯乙烯磺酸盐（一般要将其与无机絮凝剂合用）（一般要将其与无机絮凝剂合用）CHCH2SO3NanCH CH2SO3Na*n + H2SO4NaOH产物CH CH2*n or合成方法：合成方法：90（三）非离子型絮凝剂（三）非离子型絮凝剂聚丙烯酰胺（聚丙烯酰
43、胺（PAM）、）、聚乙烯醇、聚乙烯胺、聚氯化乙烯聚乙烯醇、聚乙烯胺、聚氯化乙烯等。等。91PAM分类：分类：按相对分子质量大小分类：按相对分子质量大小分类： 低相对分子质量低相对分子质量(1700万万)的的PAM 用于三次采油用于三次采油（四）聚丙烯酰胺的反应及应用（四）聚丙烯酰胺的反应及应用92按离子特性分类：按离子特性分类： 非离子型：非离子型： 阴离子型：阴离子型：CH2CHCONH2n CH2CHCONH2n CH2C HCOONam CH2CHCONH2m CH2C HCH2m CH*CONHm CONH123CH2OHCH2SO3Na93 阳离子型：阳离子型：CH2CHCONH2n
44、 CH2C HCOn NHCH2N+R1R3R212水溶液状阳离子聚丙烯酰胺；水溶液状阳离子聚丙烯酰胺；粉状阳离子聚丙烯酰胺；粉状阳离子聚丙烯酰胺；淀粉改性的阳离子聚丙烯酰胺。淀粉改性的阳离子聚丙烯酰胺。94化学性质化学性质1 1、水解反应、水解反应在在H+介质中水解，反应较复杂，产品易部分的转化介质中水解，反应较复杂，产品易部分的转化为酰亚胺，而导致不溶于为酰亚胺，而导致不溶于H2O。在中性介质中，水解速率很低，在中性介质中，水解速率很低，在在OH-条件下水解较好！条件下水解较好！ or-CH2CHCONH2CH2CHCONH2OH-H+OH2CH2CHCONH2CH2CHCOO95 反应易
45、控制到要求的水解度，水解反应随水解反应易控制到要求的水解度，水解反应随水解度的提高而减慢。一般用于制取低水解度（度的提高而减慢。一般用于制取低水解度（5050）的水解体。的水解体。962、羟甲基化反应、羟甲基化反应CH2CH CONHH+COHHCH2CH CONHCH2OH973、曼尼奇（、曼尼奇（Mannich）反应反应CH2CHCONH2*n + HCHO + HN(CH3)2CH2CHCO*n NHCH2N(CH3)2CH2CHCO*n NHCH2OH+ 因分子链上引入多个活性点，从而使澄清污水的因分子链上引入多个活性点，从而使澄清污水的速度加快。速度加快。984、磺甲基化反应、磺甲基
46、化反应 实际上是丙烯酰胺，羟甲基丙烯酰胺，磺甲基丙实际上是丙烯酰胺，羟甲基丙烯酰胺，磺甲基丙烯酰胺的三元共聚物。烯酰胺的三元共聚物。CH2CHCONH2*n + HCHO+nnNaHSO3PH=10136068CH2CHCONHCH2*n SO3Na995、霍夫曼降解反应、霍夫曼降解反应聚乙烯胺聚乙烯胺CH2CHCONH2*n +NaOCl +NaOH室温CH2CHNH2*n +Na2CO3溶于 水100PAM用途广泛的原因：用途广泛的原因：1、酰胺基的化学活性很大，可以和多种化合物反应而、酰胺基的化学活性很大，可以和多种化合物反应而 产生许多聚丙烯酰胺的衍生物。产生许多聚丙烯酰胺的衍生物。2
47、、能与多种可形成氢键的化合物结合。、能与多种可形成氢键的化合物结合。具有许多宝贵的性能，如絮凝、增粘（稠）具有许多宝贵的性能，如絮凝、增粘（稠）性、表面活性等。性、表面活性等。101目前目前PAM消费情况：消费情况：发达国家：水处理，造纸，选矿，洗煤。发达国家：水处理，造纸，选矿，洗煤。我国：采油工业，水处理，选矿和洗煤，造纸。我国：采油工业，水处理，选矿和洗煤，造纸。我国每年进口聚丙烯酰胺我国每年进口聚丙烯酰胺4 4万吨左右。万吨左右。102（五）两性型高分子絮凝剂（五）两性型高分子絮凝剂 一般由含有阴、阳离子基团的乙烯类单体通过自一般由含有阴、阳离子基团的乙烯类单体通过自由基共聚反应以及高
48、分子改性得到，其中阴离子基由基共聚反应以及高分子改性得到，其中阴离子基团为羧基、磺酸基、硫酸基，阳离子基团为季铵盐团为羧基、磺酸基、硫酸基，阳离子基团为季铵盐基、吡啶嗡离子基和喹啉嗡离子基。基、吡啶嗡离子基和喹啉嗡离子基。 两性高分子絮凝剂两性高分子絮凝剂 由于兼有阴、阳离子基团的由于兼有阴、阳离子基团的特点，在不同介质条件下荷电状况可能不同，适于特点，在不同介质条件下荷电状况可能不同，适于处理带不同电荷的污染物，其处理带不同电荷的污染物，其pHpH值适用范围宽，抗值适用范围宽，抗盐性好。盐性好。 例：丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵、例：丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、二甲基二烯丙基
49、氯化铵、2-丙丙烯酰胺基烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物甲基丙磺酸共聚物 103（六）改性天然高分子絮凝剂六）改性天然高分子絮凝剂 进入进入2020世纪世纪7070年代以来，阳离子型絮凝剂的年代以来，阳离子型絮凝剂的研制开发呈现了明显的增长势头，日本、美国、研制开发呈现了明显的增长势头，日本、美国、英国、法国等国家目前在废水处理中都大量使用英国、法国等国家目前在废水处理中都大量使用了阳离子型絮凝剂。了阳离子型絮凝剂。 在已开发应用的这类阳离子型絮凝剂中，各在已开发应用的这类阳离子型絮凝剂中，各国根据本国的天然高分子资源情况，通过化学改国根据本国的天然高分子资源情况，通过化学改性制得的阳离子型絮凝
50、剂占了不小的比重。性制得的阳离子型絮凝剂占了不小的比重。104淀粉衍生物；淀粉衍生物；纤维素衍生物；纤维素衍生物；植物胶改性产物；植物胶改性产物；多聚糖类及蛋白质类改性产物等。多聚糖类及蛋白质类改性产物等。常见的类型：常见的类型：1051 1、木质素水处理剂、木质素水处理剂木质素的结构：木质素的结构： 是地球上资源丰富的天然聚合物，在植物中的存在量是地球上资源丰富的天然聚合物，在植物中的存在量仅次于天然纤维素。仅次于天然纤维素。OCH2-CH2-CH-CHOH OHCH CHOHOMeOHC-CH2-CH2-O官能团多，可通过官能团多，可通过多种反应改性多种反应改性工业来源：造纸工业的蒸煮沸水
