水溶性高分子

水溶性高分子 一、 简介 水溶性高分涵盖了一个非常广泛的，品种繁多的产品家族，有天然，人工合成，其应用非常广泛。在这些产品家族中，合成的，特别是混凝剂和絮凝剂，主要作用是促进水介质中悬浮物的分离，同时它们也有助于对各种分离 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 过程的污泥进行脱水。当液体介质的比重与其中的粒子比重显著不同时，固液分离过程就发生的很快，要么沉淀要么上浮。当粒子的大小使其在液体中保持悬浮状态时，固液分离就难以进行，在这种情况下，就要使用混凝剂和絮凝剂来促进分离过程的进行。 二、 目录 Ⅱ 简介 Ⅱ 目录 Ⅲ 胶体科学的基本原理 Ⅲ-1 胶体悬浮液 Ⅲ-1-1疏水胶体 Ⅲ-1-2 亲水胶体 Ⅲ-2 胶体浓度的测定 Ⅳ 混凝作用和絮凝作用 Ⅳ-1 电中和 Ⅳ-2吸附 Ⅳ-3悬浮液的混凝脱稳 Ⅳ-4悬浮液的絮凝脱稳 Ⅳ-4-1 絮体的形成 Ⅳ-4-2 絮体增长的动力学 Ⅳ-4-3 絮体的形态 Ⅳ-5 其它悬浮液脱稳体系 Ⅳ-5-1 封装体系 Ⅳ-5-2 双元聚合物复合混凝体系 Ⅳ-5-3 微粒体系 Ⅳ-6 絮凝和混凝效率 Ⅳ-7影响混凝和絮凝效率的因素 Ⅳ-7-1颗粒的影响 Ⅳ-7-2聚合物的影响 Ⅳ-7-3 聚合物在溶液中混合过程的影响 Ⅳ-7-4 溶液的温度和pH值的影响 Ⅳ-7-5 悬浮液有机性的影响 Ⅳ-8 人工合成混凝剂的优点 Ⅴ水溶性聚合物 Ⅴ-1混凝剂 Ⅴ-1-1季铵化聚胺 Ⅴ-1-2 聚二甲基二烯丙基氯化铵 Ⅴ-1-3 双氰胺树脂 Ⅴ-2 絮凝剂 Ⅴ-2-1 非离子絮凝剂 Ⅴ-2-2 阴离子絮凝剂 Ⅴ-2-3 阳离子絮凝剂 Ⅴ-3 两性共聚物 Ⅴ-4 其他聚合物 Ⅴ-5 溶液产品 Ⅴ-6 支化的聚合物 Ⅴ-7 增稠剂 Ⅵ 聚合物的形态 Ⅵ-1 干粉 Ⅵ-2 乳液 Ⅵ-3珠状聚合物 Ⅵ-4 溶液产品 Ⅶ 聚合物的化学特性 Ⅶ-1 粘度 Ⅶ-2分子量的测定 Ⅶ-2-1 光散射法 Ⅶ-2-2 特性粘度法 Ⅶ-3 稳定性 Ⅶ-3-1 化学和生物稳定性 Ⅶ-3-2 机械稳定性 Ⅶ-4 离子度 Ⅶ-5 聚合物残单含量 Ⅶ-6 毒性 Ⅷ 实验室测试和工业试验 Ⅷ-1 原理 Ⅷ-2 主要实验室工艺和市政污水的处理应用 Ⅷ-3 聚合物的使用 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 Ⅷ-3-1 粉状和珠状聚合物 Ⅷ-3-2 乳液聚合物 Ⅷ-3-1 溶液聚合物 Ⅸ 一般应用 Ⅸ-1分离工程和絮凝作用 Ⅸ-1-1 沉淀 Ⅸ-1-2 离心 Ⅸ-1-3 带式压滤 Ⅸ-2 应用水 Ⅸ-3 工艺水 Ⅸ-4工业废水 Ⅸ-5 市政污水 Ⅸ-6 污泥浓缩和脱水 Ⅹ 特殊应用 Ⅹ-1 采矿工业 Ⅹ-2 造纸工业 Ⅹ-3 石油工业 Ⅹ-4 化妆品工业 Ⅹ-4-1 头发和皮肤用的调理剂和成膜剂 Ⅹ-4-2 增稠剂和乳液稳定剂 Ⅹ-5 纺织工业 Ⅹ-5-1 人工合成的增稠剂 Ⅹ-5-2 固色剂 Ⅹ-6 农业土壤调节剂 Ⅲ 胶体科学的基本原理 在液体介质中，特别是水溶液介质中，有机和无机物质以溶解或固态形式存在。这两种形态已颗粒的大小加以区分。 溶解的化合物有： - 无机化合物，粒径最多为10-3μm，低分子量的离子和/或有机化合物； - 高分子溶解的有机化合物，如粒径稍大一点在10-2和10-3 的蛋白质或者聚合物。 固体化合物有： - 粒径在 10-2 和1μm之间的胶体化合物； - 粒径大于1μm，以悬浮状态存在的化合物。 Ⅲ-1 胶体悬浮液 胶体颗粒是一种肉眼不见的，不断处于高速布朗运动状态的颗粒，其中最大粒径的颗粒运动速度为0.004m/s，最小粒径的颗粒运动速度为100m/s。这些颗粒具有很大的表面积（与其粒径成反比），所以，他们对表面现象的敏感度大于地球的重力作用，从而使粒径最大的胶体颗粒自然沉降1米深度所需要的时间超过2年，因此胶体颗粒形成的悬浮液可以长时间地非常稳定。 胶体悬浮液的稳定性取决于相关的两种相反作用力的平衡。这两种相反的作用力是原子和分子之间普遍存在的万有引力-范德华斯力和静电相互作用力。这两种作用力的不同取决于胶体的固有性质—亲水性（水分子被吸附在其表面）和相反的疏水性。 Ⅲ-1-1疏水胶体 疏水胶体（如粘土）形成稳定的悬浮液是由于其表面电荷是相同的，它们相互排斥，这些电荷的来自其表面选择性的吸附了一种离子或者其表面本事带电（由于晶格缺陷）。带电颗粒表面在溶解中有不同的表面电位，胶体颗粒表面和溶剂之间的静电平衡是通过两个过渡层达成。第一层是固定的，保持吸附在胶体颗粒的表面，第二层从第一层外缘通过一个滑动面（剪切面）分离呈是扩散状的。滑动面(剪切面)与溶液之间形成的电位差较Zeta 电位，其电位差大约为10-200mV，当它减少到零或者接近零时（等电点），胶体颗粒在范德华斯力下趋于凝聚，胶体悬浮液变得不稳定了。如下图： Ⅲ-1-2 亲水胶体 亲水胶体（一般是有机物）的稳定性是由于其表面结合一道水分子层（水化膜），这种结合是化学性质的，静电荷的作用此时是次要。水分子层阻止了胶体颗粒之间的凝聚，在这种情况下，胶体颗粒和溶剂介质之间已没有真正意义上的界面了。亲水胶体的稳定性受电荷的影响，电荷影响的重要程度取决于胶体颗粒官能团的电离度（离子化程度），而电离度本身取决于介质的pH值。一般而言，等电位时，溶解性最小，此时相应的pH值在4.0-6.5之间。因此，亲水胶体的悬浮液类似于大分子或者小分子聚集的真溶液，与溶剂(此时是水)的亲和力非常高。在某些情况下，亲水胶体可以吸附到疏水胶体的表面，如粘土，从而将亲水胶体颗粒的性质传给疏水胶体颗粒，这种胶体悬浮液就很难脱稳。 Ⅲ-2 胶体浓度的测定 目前还没有直接测定胶体浓度的方法。我们可以用显微镜直接观察到胶体颗粒，也可以用光反射或者丁达尔效应观看到，这就是为什么胶体溶液是浑浊的原因。浊度可以用浊度法测量，是一种相对测量的方法，用比浊度单位表示，用福尔马肼的水溶液作为零浊度 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。 Ⅳ 混凝作用和絮凝作用 传统的固液分离的方法，如过滤、沉淀、离心和气浮，不能直接用于稳定的悬浮液。这些胶体颗粒太细小，相互之间保持分离的，只有通过混凝和絮凝作用使之脱稳，才能使得固液分离得以进行。主要涉及到两个机理，电中和与吸附。 在水介质中，疏水胶体颗粒表面带负电荷，向介质中投加阳电荷溶液，可以降低Zeta电位，从而使包围在胶体表面的双电层变薄。当胶体颗粒的电保护被消除或被降低到足够低时，这些运动的胶体颗粒就会因为布朗运动和包含颗粒的液体运动和颗粒沉淀的相对运动）而相互碰撞，此时，范德华斯力合表面吸附现象占据主要地位，胶体颗粒结合在一起，悬浮液被脱稳。电中和的机理是可逆的，一定量的浓度的阳电荷可以使电中和的现象发生，超过一个关键的浓度后，再投加阳离子电解质，颗粒和溶液之间新的平衡又会建立，导致形成新的双电层，悬浮液又重新稳定。浓度相同的电解质破坏胶体体系稳定性的效率随着离子化合价数增大而增大（Schulze-trivalent规则），这就解释了，通常我们优先选择二价或三价电解质作为胶体脱稳用的电解质的原因。 Ⅳ-2吸附 吸附是一种表面机理，可以使得两个靠近颗粒通过范德华斯力或氢键相互结合在一起。通过测定被胶体悬浮液吸附的高分子聚合物和其作用时间，可得绘出一个曲线—兰格缪尔吸附等温线。吸附对时间、温度有强烈的依赖性，所以任何的测定必须是在连续的温度下进行。吸附是一个不可逆的过程，通常要经过两个步骤。首先、一般几秒钟后，大部分吸附反应已经发生，再经过一个相对长的第二个阶段，会达到一个平衡，这个平衡会受到颗粒吸附点数量的限制，当所有的吸附点都被占据了，就不会再有更多的分子吸附到颗粒的表面了。 吸附是一个很复杂的机理，涉及到大量相关的参数： 1、 混凝剂：分子链结构、电荷度、分子量。 2、 胶体颗粒：可吸附点的数量、表面电荷、比表面积、颗粒的浓度。 3、 水相介质：PH值、电导率、其他物质的存在、浊度、剪切率温度、产品的混合。 该体系的复杂性解释了，先阶段我们在理解和模拟这些现象时经常遭遇困难，因此，试验的方法是不可缺少的。 Ⅳ-3悬浮液的混凝脱稳 混凝(作用)是让胶体悬浮液脱稳，通常使用的是高离子电荷密度的产品，在此过程中，两种类型机理可能发生。 在第一种类型中，加到胶体悬浮液中的阳离子电荷量正好等于其负电荷量，混凝作用直接由电中和产生，这种类型的混凝作用广泛用于含有铁和铝离子的饮用水处理中。 另一种混凝作用是用阳电荷的，低分子的聚合物达到的。当这种类型的聚合物和阴离子胶体颗粒接触后，其分子链会整个地吸附到胶体颗粒的表面，进而在胶体颗粒表面形成阳离子区域。这种相反电荷的吸附减少了胶体颗粒的表面能和其表面保护。胶体颗粒在变成偶极后，会相互吸引相互碰撞，此时范德华斯力发挥作用，使得胶体颗粒相互结合而脱稳。这种类型的混凝机理一般比简单的电中和机理的凝聚度高。 Ⅳ-4悬浮液的絮凝脱稳 絮凝作用是通过高分子聚合物在疏水胶体间架桥来实现脱稳的。絮凝过程需要用到分子量大于100万的聚合物，絮凝过程的发生也有两个步骤：絮体的形成和絮体的增长。 Ⅳ-4-1 絮体的形成 要形成絮体，高分子聚合物本质上是通过不可逆的吸附机理胶体颗粒吸附到其分子链上，这种机理的效果，取决于聚合物的浓度、颗粒的浓度、颗粒物大小。假如过量的聚合物覆盖在颗粒物的表面，这些颗粒物将重新被分离，再稳现象发生。 悬浮液中包含多个或者好几个广泛的粒径分布，悬浮液会因为不同聚合物浓度对应不同粒径分布而重新稳定。因此要想得到好的絮凝效果，聚合物粒径最好是相同，不要有多种粒径形态。作为一般规则，当这种现象发生时，絮凝效果相对来说也是可以的，但是上清液会比较浑浊。如果聚合物浓度在能够使得颗粒表面的吸附点有空余的水平上，此时，同一条聚合物分子链会被吸附到两个颗粒上，在这种机理下，聚合物的分子链会伸展到超出双电层的范围外，分子链的自由端会一次吸附到另一个颗粒的表面，这样也就在两个颗粒之间形成架桥。 一般说来，最佳的聚合物浓度是是使得颗粒上可用的吸附点数保留一半以上。完全伸展的聚合物链的长度一般在1微米左右，最长的链大概在几十微米，和颗粒物粒径相当（颗粒物粒径大概是1微米）。 阴离子、非离子和阳离子聚合物都可以在颗粒之间架桥，在这个机理中，电中和现象的影响是第二位的，这就解释了为什么絮凝反应在聚合物所带电荷和胶体所带电荷相同时也会发生。 由于静电排斥，电荷对高分子聚合物分子链伸展有重要影响，在絮凝过程中，分子链的形态也是个关键因素。 溶液的离子性通过降低或者消除静电排斥效应，同样影响聚合物分子链的伸展，这种现象被认为是离子效应和盐效应。 对于一个给定的聚合物，架桥重要取决于两个参数：颗粒表面可用的吸附点；颗粒碰撞的机率。 Ⅳ-4-2 絮体增长的动力学 基于以上机理的描述，絮体的增长发生在以下几个步骤： 1、 聚合物在介质中分散； 2、 聚合物向固-液界面上的扩散； 3、 聚合物吸附到吸附了絮凝剂又与其他颗粒吸附的胶体颗粒表面； 4、 絮凝剂吸附另一颗粒上形成架桥和微絮体； 5、 连续的碰撞和吸附促进了微絮体的增长； 6、 通过剪切，已形成絮体破碎。 每个步骤的发生是根据其反应动力学和最终的结果，絮体的形成取决于每个不重的相对转化率，因此，举例说来，假如吸附阶段比增长阶段快很多，就会产生很多小的絮团；如果增长阶段的速率很快，絮体大，数量少。 一般说来，吸附反应式非常快速的，在有限的步骤内，絮体的增长主要由于颗粒物之间和颗粒与已形成絮体的碰撞频率。 Ⅳ-4-3 絮体的形态 絮体可能有两种形态，一个是可逆的，被称为“软絮体”，另一种是不可逆的被称为“硬絮体”。在低剪切率的静止区域，絮体显示出很好的细小颗粒的保留作用。当剪切率上升，絮体的细小颗粒的保留作用会随之下降。当回到原来剪切状态下，如果絮体继续它开始的结构的话，这种絮体叫做软絮体；软絮体一般使用低分子量的聚合物得到的。硬絮体的絮体强度好，在强烈的湍流和剪切下可以维持较好的细小颗粒的保留作用，尽管这样，当经过高强度和过长时间的湍流时，絮体的细小颗粒的保留作用也会下降，硬絮体变成软絮体。产生这种现象可能的原因是源于聚合物分子链在颗粒表面的分布，硬絮体是有伸展的聚合物分子链包围了颗粒，并在颗粒间架桥形成的，经过剪切后，由于离子强度的影响，分子链通过架桥有覆盖更多颗粒的趋势，从而形成软絮体。 Ⅳ-5 其它悬浮液脱稳体系 还有三种很少遇到的体系，但人需要采用两种基本的机理：电中和与吸附。 Ⅳ-5-1 封装体系 以上描述的架桥体系是基于聚合物分子链和颗粒之间的相互作用，发生絮凝。关于封装机理，当两个或两个以上的分子链由于静电作用和氢键的影响，首先发生反应，这个反应产生机械地包裹住颗粒的交联的聚合物分子链框架，在这个不太好理解的机理下，颗粒和聚合物之间的静电作用不起重要作用。 Ⅳ-5-2 双元聚合物复合混凝体系 相继投加两种电荷相反的聚合物会得到很好的混凝效果。在实践中，首先向溶液中加入低或中等分子量的聚合物，然后再加入高分量的阴离子聚合物。低分子量的阳离子聚合物被吸附到颗粒表面，形成阳电荷区域，在这个阳电荷区域中，高分子量的阴离子聚合物被固定。由于相同电荷产生离子效应，加入的阴离子聚合物分子链在溶液中是伸展的，最终，阴离子分子链通过架桥吸附到其它的颗粒物上。当要投加阴离子聚合物时，溶液中有稍微过量的阳离子聚合物是非常重要的，否则，聚合物会在溶液中相互反应，形成凝胶。 Ⅳ-5-3 微粒体系 微粒体系一般牵涉到阳离子聚合物和细小的无机阴离子颗粒（膨润土，硅藻土等），可以形成不保留水的，小的，强度很好的絮体。 Ⅳ-6 絮凝和混凝效率 从本质上讲，混凝和絮凝的效率是好坏是通过测定絮体大小、悬浮液中混凝和絮凝物的数量和上清液的浊度等其它特征来确定的。这些不同的参数取决于絮体的特征和采用的分离过程（方法），为了测定絮凝效率，根据采用的分离过程做测试是很有必要的。 图表一给出了各种不同分离方法的絮体特征： 分离方法 絮体特征 过滤 多孔的，有渗透性的 沉淀 浓厚的，大的，统一形态，低渗透性的 离心 强度大，致密的 气浮 低密度，大小相同     Ⅳ-7影响混凝和絮凝效率的因素 混凝和絮凝作用的效果与颗粒、聚合物和被处理溶液的等各种参数有关。到目前为止，关于这个课 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的研究很多，特别是目标在于提供简单化的推断模式。除了试图给出所有影响混凝和絮凝作用的效率以外，以下是主要因素。 Ⅳ-7-1颗粒的影响 通常，对于颗粒小于50微米的颗粒，絮凝才能发生，大的颗粒（粒径大于100微米）一般不能发生絮凝，因为其碰撞的机率太低。在颗粒碰撞过程中，聚合物很难固定到颗粒表面，而形成的絮体被破碎的概率很高，然而，用合适的分子量非常高的聚合物也可以将大颗粒絮凝。 根据颗粒的性质和浓度：悬浮物的絮凝要么弥散的，在这种悬浮物中絮体有不同的大小，而且是相互分离的，大的絮体沉降很快，比较细小的和微絮体仍在悬浮液中，不能沉淀，通常通过溢流到沉降池中，这种的絮凝时间较长，大概在1到15分钟。要么是均匀的，在这种悬浮物的絮凝中，絮体大小相同，沉降速度相同，有清晰的间隙水。比如粘土，其絮凝是弥散的，浓度小于2g/L；均匀型的，浓度大约为2到5g/L.大于一定的浓度，絮凝剂-悬浮液混合不会发生，絮体也不会出现。在悬浮液中，颗粒的浓度对于涉及现象的性质有一定的影响。一般情况下，我们发现，颗粒浓度很低时，电中和现象占主导，而颗粒很高时，吸附和架桥现象占主导，不仅如此，颗粒浓度很高时，形成的絮体强度更好，同时悬浮物的浓度也很高。 Ⅳ-7-2聚合物的影响 在絮凝作用中，絮凝剂的性质是主要的因素，在这种情况下，涉及到聚合物的三个主要特征：分子量、浓度和电荷度。一般说来，分子链越长，聚合物的效果越好。主链的长度取决于分子量和分子的空间布局。分子链越长，发生架桥的可能性越大，而且得到同样的絮凝效果，需要的聚合物量越少。除此之外，高分量的聚合物还有另一个过滤的效果，在此过程中，没有被絮凝的颗粒被裹在絮体的网筛中。分子链的结构（线型、支化和交联）在絮凝过程中有重要作用。尽管这样，分子链也不能太长，否则，会因为在溶液中不易分散和空间位阻的问题而降低絮凝效果。而且，聚合物的分子量越大，其溶液的粘度也随着增大，聚合物的溶解时间会增长（即在有限的时间内溶解不开）。聚合物扩散和溶解问题还取决于聚合物的用量（即每吨干物质消耗的药剂的量）。絮体的外观可以帮助我正确的确定聚合物的剂量。举个例子，在过滤器上，絮体外表无光泽表示絮凝效果较好，如果絮体外表发光，则表示聚合物投加过量。在实践中，对于高或中等用量时（药剂用量一般在1到10千克每吨干物质），絮体的大小与分子量有直接关系，分子量越高，絮体越大，相反，在低用量时，中等分子量的聚合物的效果最好，因为此时高分量的聚合物混凝较差，对没有被絮凝的颗粒保留趋势较差。 聚合物电荷对絮体的影响是与介质对离子电荷的需要有关。较弱的电荷下，絮体很有弹性，耐剪切的强度好，但它的过滤特性（滤水性）不好，相反，中等或强电荷下，絮体的过滤性（滤水性）较好，但絮体的对剪切很敏感（不耐剪切）。 一个特殊的例子是用离心机脱水，在这种情况下，聚合物必须过量使用，确保整个污泥中有游离形式的聚合物，这样才能使得在初始形成的絮团被剪切后，絮凝和再絮凝作用依然进行，此时，过量的聚合物不会产生污泥在分散效应。 Ⅳ-7-3 聚合物在溶液中混合过程的影响 聚合物与溶液合理混合在取得好的混凝和絮凝效果中至关重要。由于吸附反应式不可逆的，而且是非常快速的，所以混合质量必须足够好才能使聚合物快速分散到悬浮液中，而且聚合物通常以浓缩和低剂量的形式使用，所以他们必须均匀地分散到整个介质中。为此，我们不得不通过实验发现（要考虑聚合物的加入点）没有把絮凝好的絮体破碎的最佳的混合效果，因为在某一个大小上，絮体对剪切很敏感。由于介质中固有的剪切轻度和剪切率，絮体都可能被破碎，甚至变成小的絮体和单独颗粒，久而久之，在絮体的消失和形成中达到一个平衡。溶液的水动力学对混合也有重要作用，在层流和湍流时，絮凝的效果很好，在湍流中，由于剪切会产生小絮体，在过渡状态，其性能很难预测。 Ⅳ-7-4 溶液的温度和pH值的影响 我们已经知道，同业PH值对聚合物分子链的行为有直接的影响，同时PH值还有其他的影响：调整溶液的PH值可以让金属氢氧化物沉淀，这样会影响絮凝，比如，通过捕捉胶体干涉絮凝作用。聚合物的水解和因此导致其离子电荷度的变化取决溶液的PH值。强阴离子聚合物在碱性条件下性能很好，但在酸性介质中，其性能较差，因为其羧基官能团在酸性介质中不能游离，而非离子和中等阳离子在酸性介质中效果最好。温度直接影响涉及絮凝反应动力学，因此，低温会减低絮凝作用。 Ⅳ-7-5 悬浮液有机性的影响 最后一个重要因素是悬浮液有机的特性 ，一般情况下，有机物含量越高，对聚合物的阳电荷就要求越高，相反，阴离子在无机溶液中效果较好。 Ⅳ-8 人工合成混凝剂的优点 虽然，单位成本比无机聚合物高，但在很多场合，有机聚合物比有机聚合物更经济。 - 用量比无机聚合物低10倍； - 有机聚合物不会增加固体物质，因此，可以有利于减少处理剩余污泥的费用； - 无机聚合物形成的絮体不够紧密，因此，它们在过滤介质上占据很大的空间，很快地增加压头的损失； - 有机聚合物对PH值的变化没有无机聚合物敏感，因此，可以处理多种多样的废水； - 有机聚合物有助于减少溶解在水中三价盐的含量（特别担心铝会导致老年痴呆症）； - 有机聚合物可以和无机聚合物一起使用，有机聚合物会机械地加强无机聚合物形成的结构。 Ⅴ水溶性聚合物 Ⅴ-1混凝剂 混凝剂的两个主要体征是： - 非常高的阳电荷，可中和胶体的负电荷； - 相对低的分子量，在介质中快速分散，包围胶体粒子。 主要使用三大系列的产品：季铵化的聚胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵和双氰胺树脂 Ⅴ-1-1 季铵化的聚胺 环氧氯丙烷与一级或者二级胺，通常是二甲胺进行缩合反应，产生中等分子量的聚合物，在此聚合物中，所有氮原子都是季铵化的形式。通过控制加入到反应器的单体量可以改变分子量，添加多胺可以形成支化，从而控制链的总长度。聚胺由于其阳电荷在主链上而不同于其它的聚合物。这种聚合物有如下特点： l 分子量在1之间； l 40%-50%的液体溶液 l 阳电荷在主链上 l 50%溶液的粘度在40-20000之间 l 氯稳定性好 l 与无机絮凝剂相容性好； l 贮存稳定性好； l 使用时无须预稀释。 聚胺是有机混凝剂，可以完全或者部分替代无机混凝剂（硫酸铝、聚合氯化铝和氯化铁等），在美国、南美、英国、俄罗斯和韩国被允许用于饮用水处理。聚胺同样也被用于造纸、钻井泥浆和乳胶的混凝。 Ⅴ-1-2聚二甲基二烯丙基氯化铵 氯丙烯与二甲胺反应可得到二甲基二烯丙基氯化铵，受烯丙基自由基活性的限制，二甲基二烯丙基氯化铵的聚合只能生成低和中等分子量的水溶性聚合物。经由环化聚合，得到两种结构的产品。 聚二甲基二烯丙基氯化铵有以下特点： l 分子量在1之间； l 20%的聚合物溶液或者100%的聚合物； l 阳电荷的位置在侧链上； l 40%溶液的粘度在1000-20000cps； l 氯稳定性好； l 与无机絮凝剂剂相容性好； l 贮存稳定性好； l 使用时无须预稀释； l PH值稳定。 聚二甲基二烯丙基氯化铵主要用途如下： l 与聚胺类似可用于饮用水处理；并且是目前中国唯一被批准用于饮用水的聚合物； l 工艺水混凝； l 化妆品调理剂； l 有害阳离子胶体中和剂； l 与丙烯酰胺共聚用作造纸中的水处理剂和暂时性湿强剂； l 造纸白水中作为超细循环处理剂。 Ⅴ-1-3 双氰胺树脂 双氰胺树脂是通过双氰胺与甲醛缩合，接着用氯化铵进行季铵化。其主要特性： l 分子量在3000到150000之间； l 阳电荷在侧链上； l 液体的粘度在50到300cps之间； l 阳离子度非常高。 其主要用途是水处理、印染与造纸中的固色剂。 Ⅴ-2 絮凝剂 絮凝剂是一种具有100万到3000万分子量，聚合物度为14000到420000单体单元的亲水性聚合物。它们水溶性来自于其极性基团的强溶剂化作用（离子化或者非离子化），因此，分子链的各个链接是游离的。 通常是基于丙烯酰胺，是通过均聚得到非离子聚合物，通过共聚得到具有离子度在1%到100%的阳离子或者阴离子聚合物。 Ⅴ-2-1 非离子絮凝剂 非离子絮凝剂是丙烯酰胺的均聚物。尽管酰胺基团的少量水解度使其有一点阴离子性质，但这类聚合物被称为非离子（阴离子度小于1%）含有小于1%的阴离子基团的非离子聚合物可以在特殊聚合条件下得到。非离子聚丙烯酰胺的主要特性有： l 分子量在150万到1500万之间； l 5g/l的溶液粘度在8到200cps。 非离子絮凝剂可用于应用水处理，工艺水处理，市政下水处理和矿物处理等。 Ⅴ-2-2阴离子絮凝剂 阴离子絮凝剂可以通过聚丙烯酰胺链上的酰胺基团的水解或者丙烯酰胺与含羧基或磺酸基的盐共聚得到。使用最多的是丙烯酸。这些共聚物的阴离子度可以按单体的比例调节，在0%到100%之间变化。阴离子絮凝剂的主要特性有： l 分子量在300万到3000万之间； l 5g/l的溶液粘度从200-2800cps。 阴离子絮凝剂主要应用在第四、第五章给出，它们涉及水处理和选矿工业，同样可用于石油、纺织、化妆品和其它工业增稠剂。 Ⅴ-2-3阳离子絮凝剂 阳离子絮凝剂主要来源于丙烯酰胺与二甲胺基乙基丙烯酸酯（DMAE）季铵化的共聚物。氯甲烷化的DMAEA-MECL与丙烯酰胺单体共聚合形成阳离子聚合物。共聚物的阳电荷由每个单体所带的电荷比例决定的，可以从0-100%，阳离子共聚物的酯链在PH值大于6是非常敏感。集合物水解成两性聚合物之后变成阴离子聚合物而使其功效下降。因此即使絮凝剂使用在高PH值下，配制聚合物溶液时控制PH值在5.5以下是必须的。尽管如此，在絮凝过程中，当接触时间较长，如沉淀过程，絮体可以通过聚合物的化学改性二发生变化。 阳离子聚合物的主要特征： - 分子量为300万到1000万之间； - 5g/l溶液的粘度为100-1700cps。 其主要用途在第Ⅹ章和Ⅸ章给出。 Ⅴ-3两性聚合物 两性聚合物表现出既有阳离子也有阴离子的行为，例如丙烯酰胺-丙烯酸-DMAEA-Mecl或者DADMAC-丙烯酸。相反离子相对数量和强度时可以变化的。 Ⅴ-4 其它聚合物 有许多其它形式的聚合物，化学家的形象力是无限的。但是，这些聚合物尽管有非凡的特性，但是由于成本和单一产品性能的限制与广泛应用的聚丙烯酰胺相比，其工业应用时很有限的。在这些产品中，已有工业出路的产品提及如下： l 聚乙烯亚胺 乙烯亚胺聚合产生一个低分子量和高点荷密度的聚合物，特别用于造纸工业中最为排水助剂。 l 聚酰胺聚胺 己二酸与二乙烯三胺和环氧氯丙烷缩合形成一个低分子量的共聚物。共聚物上的胺基全部被环氧氯丙烷季铵化。主要的制造过程分为两步： 一是二乙烯三胺与己二酸缩合； 二是接着与环氧氯丙烷缩合形成叔胺基团并进一步引起支化与交联反应。 其水溶性主要通过控制一个高分子链上环氧基团与另一个分子链上的仲胺基团的支化度。聚酰胺聚胺在造纸工业中用作干强剂。 l 基于聚酰胺的聚合物 多胺与其卤化物的缩合（二氯乙烷，环氧氯丙烷等），其适用于整个聚合物系列，其中有些已被用于絮凝。 l 聚氧化乙烯 尽管其没有电荷，但有非常高的分子量（200万到800万）由于氧原子上的自由电子对，它们本质上属于非离子。这些产品对于硅的絮凝特别有效，也用于矿的浮选和减少压头损失。在造纸工业中作为新闻用纸生产的助留剂和报纸的成型助剂。 l 磺化聚合物 聚苯乙烯酸钠或聚乙烯磺酸钠是低分子量阴离子聚合物； 丙烯酸特别是与2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸共聚物（AMPSA）。 l 聚丙烯酸类分散剂 分散剂是低分子量聚丙烯酸钠。 Ⅴ-5溶液产品 l 曼尼基反应产品，聚丙烯酰胺与甲醛和仲胺，如二甲胺反应，反应产物接着被季铵化，得到用作絮凝剂的聚合物。 l 与乙二醛反应的产物，主要用于造纸工业湿强剂。 l Hoffman 降级的产物，与次氯酸盐反应，得到一个丙烯酰胺和乙烯胺的共聚结构聚合物，用于污泥处理和造纸湿强剂。 Ⅴ-6支化聚合物 支化聚合物是在一些单功能单体聚合过程中引入少量多功能单体形成的聚合物。支化聚合物形成絮体更稳定，而且无再悬浮稳定的风险的优点。絮体的这种特性源于这种聚合物的特性。因为变形较小，聚合物不能作用于相同颗粒各个活性位置，从而使数个聚合物分子吸附在相同的颗粒上，这使得絮体结构好，更稳定，虽然絮体较小。 Ⅴ-7增稠剂 有关合成聚合物最终的聚合物系列。 这些产品源于丙烯酸共聚物，一般是高分子量的，少量支化产物（丙烯酸、马来酸、丙烯酰胺等），在链的末端带有羧基官能团，在有水的条件下，它们易于与水结合，从而起到增稠作用，在溶胀状态下，它们的体积增长100倍以上（所谓短期增稠）。 在酸性介质中，聚合物有离子化的轻微趋势，但是，整个链上几乎无电荷，并保持柔性且趋于自身卷曲。 在碱性介质中，链上带负电荷从而互相排斥，分子链伸直变得刚性，在水中引起增稠作用。这些产品对电解质敏感，会引起粘度下降。 Ⅵ 聚合物的形态 聚合物的主要物理形态有：粉状、乳液、珠状和溶液，都是用相同的单体制造，但是制造工艺不同。 Ⅵ-1 粉状 粉状产品通过胶体聚合得到，一种基本的生产工艺如下： 筛分 粉碎 干燥 造粒 催化剂 聚合 水 单体 包装 单体以水溶液形式聚合，然后得到凝胶造粒，干燥。用此工艺得到的聚合物质量，特别是有关溶解性方面是相当好的，分子量也很高。得到的粉状聚合物粒径0-1mm，依据不同的类型和分子量，溶解时间在30-240分钟。 聚合物在水中分散没有鱼眼是非常重要的，用不同类型的分散设备如叶片型，泵型，风力输送型或者一些小型的设备。 Ⅵ-2乳液 乳液是聚合物的水凝胶在油中的悬浮液。乳液一般含有25%-50%的活性物。水凝胶是一种含水的聚合物，以平均粒径在1微米的微球存在，这些微球被分散在油中，通过表面活性剂阻止其聚集。制造过程没有干燥过程，因此可得到高分量的聚合物而且具有高度的溶解性。其工艺过程如下： 表面活性剂 单 体 油 水 乳 液 催化剂 聚 合 水凝胶 过 滤 包 装 通过改变表面活性剂的用量可形成半微乳液（粒径0.2微米）或微乳液（粒径小于0.1微米，透明的），其性能与乳液相似。乳液使用疏水表面活性剂（亲水亲油值HLB＜6）形成一个反相（油包水）的水中不溶解的乳液。聚合完成后，有些情况下是在聚合的同时，必须加入一种亲水的表面活性剂，使乳液在接触水时经历一个转相过程，使得是凝胶离子溶解。 根据不同的机械分散条件，溶解时间从数秒到几分钟不等。得到一个最优的浓度很重要，相应于5g/l的活性物。 建议这种聚合物贮存在干燥，0-35℃的条件下，同stockEMULTM类型的罐贮存，以便于检测和使用。 另一种选择性工艺是蒸馏乳液除水，从而得到如下特点的乳液： l 高浓度，从而降低包装和运输成本； l 长时间贮存稳定性好； l 但是成本较高，同时，由于蒸馏过程加热，其性能会下降。 Ⅵ-3珠状聚丙烯酰胺 用于合成聚合物的另一种方法是珠状生产过程。其工艺如下： 油 单 体 表面活性剂 悬浮液 聚 合 催化剂 循环 珠状凝胶 共沸蒸馏 溶剂蒸馏 离心过滤 干燥 包 装 珠状聚合物本质上有以下基本优点： l 更快的溶解时间（30分钟数量级），因为其粒径小于300微米； l 较好的流动性，但与粉状产品一样，需要用分散设备； l 无粉尘。 分子量比用溶液，乳液或粉状工艺得到的低，从而非常低分子量的聚合物可以被生产用于特殊用途（纺织、油田、钻进）。 Ⅵ-4溶液产品 对用于混凝剂或者分散剂的聚合物，分子量必须是非常低的。这些产品一般通过单体的溶液聚合得到的，接着与特殊试剂进行后反应，由于聚合物溶液粘度很高，不能得到高浓度的产品。 溶 液 水 单体 引发剂 聚 合 目标聚合物 Ⅶ 聚合物的化学特性 l 单体和聚合物的本性 l 聚丙烯酰胺 l 聚丙烯酸酯 l 丙烯酰胺-丙烯酸-二甲胺乙酯共聚物 l 聚胺 l 聚乙烯亚胺 l 聚酰胺聚胺 l 聚氧化乙烯 l 分子量 低分子量（LMW）：100万-300万； 中等分子量：300万-600万； 标准分子量：600万-1000万； 高分子量：1000万-1500万； 极高分子量：1500万以上。 l 分子分布 低多分散性； 高多分散性。 l 电荷性质 l 非离子的 l 阴离子的 l 阳离子的 l 两性的 l 电荷密度 l 低：1-10%； l 中：10-40%； l 高：40-60%； l 很高：80-100%。 l 电荷分布 l 无规聚合物； l 嵌段聚合物。 l 粘度取决于聚合物的电荷度和分子量。 l 物理形式 l 乳液； l 溶液； l 粉状； l 珠状。 l 稳定性 l 贮存稳定性； l 温度稳定性； l PH值稳定性； l 胶体稳定性； l 潮湿稳定性。 Ⅶ-1 粘度 粘度是剪切强度和剪切率之间综合平衡的结果。 一个给定溶液的粘度一般取决于剪切的状况。剪切率对应的粘度变化如图： 从图上可以看出，四个区域是比较分明的。 l 区域-1粘度是不变的，溶液此时是牛顿流体，这个区域与低剪切和(或者)低浓度紧密相关； l 区域-2是过渡区域，对应的聚合物分子因为剪切不断增大而发生变形； l 区域-3中，粘度随着剪切的上升而下降，剪切率越大，分子链越是朝着流动的方向，溶液的行为是假塑性的； l 区域-4是过渡区域，对应的是高强度剪切，粘度也同样取决于聚合物在溶液中的浓度。 当我们给出溶液的浓度和粘度变化的对数图表是，3个区域一般是比较明显的：在低浓度时，聚合物分子个体像一串卷缩的小球，被溶剂分隔着。当浓度增大时，小球开始靠近，当达到浓度C1时，那些小球开始互相靠近在一起，浓度在增加，小球开始相互渗透，并到达浓度C2，浓度Ccr（关键浓度）界定了所有球处在互相接触，相互渗透的状态中。 假如想测定大分子个体大分子的行为，特别是要测定聚合物的分子量，这些极限浓度的确定就非常重要。在这种情况下，测定粘度要在低于C1浓度下。临界剪切率取决于聚合物的分子量，分子量增加时，临界剪切率下降。 Ⅶ-2分子量的测定 分子量测定可以通过直接的方法，叫做光散射法，也可以间接方法测量，叫做特性粘度法。 Ⅶ-2-1 光散射法 如果大分子稀溶液被激光照射，激光会散射到空中。如图： 如果L0是入射强光（是强烈的散射光），对于一个给定溶液会产生一个独一无二的机理和夹角。对于一个理想溶液，聚合物和溶剂之间的光散射强度与聚合物的分子量是成一定比例的，常用以下公式表示：（暂略） Ⅶ-2-2 特性粘度法 为测定聚合物的分子量，常用的间接方法是通过Mark Houwink经验公式：h=KMα。这里h是特性粘度，M是平均分子量，K和α是两个常数，取决于聚合物-溶剂的配对和温度。对于聚丙烯酰胺，这些常数通常是以下数值，这些数值是通过毛细管粘度计测定的。 K=3.73*10-4+α=0.66 特性粘度是减少粘度到0的外推法所得，改粘度是通过以下公式计算出来的，这里的h是聚合物溶液粘度，h0是溶剂在相同温度下的粘度，C是聚合物在溶解中的浓度。（公式略）. 为了测定特性粘度，通常用毛细管粘度计测量不同浓度下的粘度值，特性粘度同通过外推到0浓度而得到。 Ⅶ-3稳定性 一般情况下，聚合物可以稳定存放数月，但是在溶液状态下，化学和生物降解使得聚合物降解很快。 Ⅶ-3-1 聚合物的化学降解是个可辨别的过程，如水解或者其他物质分子的攻击。关于水解降解，聚丙烯稀酰胺的稳定性取决于不同离子性的聚丙烯酰胺溶液的PH值。 非离子在PH值1-12之间稳定； 阴离子在PH值4-12之间稳定； 阳离子在PH值4-6之间稳定； 聚胺和聚二甲基二烯丙基氯化铵在PH值1-14之间都比较稳定。 影响水溶性聚合物降解的外部因素有： 自由基团会导致分子链断裂，分子量迅速下降，产生氧化还原剂产品最有害，如在地下水中会经常遭遇氧/铁离子氧化还原剂配对。 l 好氧或厌氧菌通过形成沉淀，快速减低产品的效果； l 二价或三价离子会使聚合物沉淀，相反电荷的聚合物也能其沉淀； l 紫外线辐射，通过形成自由基团降解聚合物分子链，建议聚合物溶液要避光放置。 以下表格给出聚合物在纯水溶液中的稳定时间： Stability（5g/l） Anionic 8天 Cationic 24小时 Stability（1g/l） Anionic 2天 Cationic 4小时       Ⅶ-3-2机械稳定性 我们已经提到过，从机械稳定性观点看，长链聚合物可以被高剪切强度打断，聚合物的分子链越大，其剪切敏感性越明显。在服务的条件下，一些设备如离心泵、搅拌和喷嘴很可能都是剪切降解的主要来源。 Ⅶ-4 离子性 聚合物的离子性（通常以摩尔比表示）正常情况下用胶体滴定来测量。阴电荷通常用阳电荷胶体与之反应进行测定，如甲基乙二醇聚胺基葡萄糖，一定量过量与阴电荷反应。在实践中，已知过量阳离子聚合物加入到已知的阴离子聚合物中，用聚乙烯磺酸钾（一种阴离子聚合物），甲苯胺蓝做指示剂，反滴过量的阳离子聚合物，当溶液颜色变成紫色，滴定终点即到。阴电荷的测定是用聚乙烯磺酸钾，以甲苯胺蓝为指示剂直接滴定测得。相反电荷的聚合物沉淀严重改变了滴定时间和滴定的准确性。 Ⅶ-5残余聚合物含量 在某些情况下，如工艺研究（如选矿）或排水特点，确定水中残余聚合物含量是很有必要的。当聚合物类型是已知的，其含量为100ppm时，我们可以用胶体方法测其浓度。当残余聚合物浓度为1ppm时，相比而言，通常用絮凝的方法测其含量。1ppm以下，只能用工艺状态分析法测其含量。 Ⅶ-6毒性 通常，聚合物根据本报告对人类是无毒的，而且，在人类饮食有关的工业中，聚合物有着严格的规定，如：饮用水，与食物直接接触的包装纸，制糖等。这些产品正被敏感地用于环境保护问题。目前，很多旨在确定这些产品是否有影响的研究正在进行和报道出版，特别是目前被广泛使用的阳离子聚丙烯酰胺在水中降解的毒性。现已证明：阳离子分子链快速水解会使阳离子电荷被脱除，进而对水生有机物产生影响。 关于阴离子聚丙烯酰胺，它对水生有机物和水生生物有系统的毒性也被证明。在实验室中仅能观察到的有害效应很可能是由于浓度大于100mg/l是高粘度所导致的。 最后，聚丙烯酰胺对紫外线非常敏感，光解导致聚合物链的降解和形成生物可降解的小分子物质，所以，聚丙烯酰胺既不能在环境中存在又不能在环境积累（这一点是有利的）。 Ⅷ 实验室测试和工业试验 混凝和絮凝的复杂性意味着没有实验是不能选出合适的药剂，实验通常分为两个阶段去做： l 实验室小试是选择产品类型，更重要的是选择最佳的离子度； l 工业大试是确定要使用产品，并确定用量和所用药剂的分子量。 Ⅷ-1原理 实验模拟实际的操作条件是不可能的，特别是剪切条件（混合器、管路、分离设备、过滤器和离心机等），这些对选择聚合物分子量有着关键的作用，同时在实验室是很难再现的。通过积累的经验和严格的测试方法可确定最佳溶液，尽管如此，在某些情况下，实验小试的结果不能被工业大试所认可。导致这种情况主要有两大原因： l 实验用标本不具有代表性 如果污水的特点在一段时间类会发生变化，必须有一个有代表性平均标样。 如果标样的成分在一段时间内发生了变化，那么这样的小试必须在现场，以尽可能快的速度进行，否则，标样须冷的或者杀菌，以减少其变化。 最后，原水发生变化，问题又会发生（如溶解水或后稀释水等问题）。 l 工业条件下的混合困难 如果，与絮凝过程相比，聚合物在溶液中混合的时间太长或太迟，那么在实验小试和工业现场大试中所得到的絮体大小就不会相同，在这种情况下，要考虑以下几个选择： ＊改变药剂的浓度； ＊改变加药点； ＊多点加入聚合物； ＊或者尽可能更换聚合物。 当然，实验小试发生错误也不能被排除，如果实验用的标样不是均质的（根据颗粒大小和离子度），特别是由于颗粒物表面的作用。 悬浮液（颗粒大小，有机物等）异质性意味着我们在实验室要选择不同阳离子度的聚合物，同时要选择能产生良好的澄清效果和絮体强度的聚合物。然而，由于悬浮液这种异质性，筛选药剂变得比较困难，特别是，现场的工业大试的用量是实验室小试用量0-30%，因此，我们绝对有必要重新做实验，同时在实验过程中考虑这个过量和离子再分散等因素。 由聚合物溶液和要处理的悬浮液之间架桥的絮凝步骤在实践中被证明是很棘手的，絮凝效果取决于现场设备，我们很有必要经常性地将絮凝剂的数量、质量和絮凝剂的稀释调整到适合设备状态。 作为一般原则 l 在扩散絮凝沉降的情况下，低速絮凝时产生混合，接触时间与悬浮物浓度成反比。接触时间在10-15秒之间变化。在循环和悬浮污泥处理厂，污泥是非常快速的，在这种情况下，絮凝剂在与污泥混合前，要与被处理的水预先混合好。 l 在用带式压滤机的情况下，要用变速搅拌混合污泥和絮凝剂，通过变速来达到最佳的效果。 l 在用离心机的情况下，中央注入管使污泥和药剂在离心机里面混合，此时，处理效果的好坏，溶解和稀释浓度时关键因素。 Ⅷ-2 工艺水和市政污水处理应用的主要实验方法 实验室测试是综合的测试，这使得我们能够将被测试的药剂方方面面的效果加以分类和区分。 主要测试包括： l 标准烧杯法：测试澄清度； l 一种搅拌平均浓度为1g/l悬浮液的干物质的方法； l 一种方法是把样品颠倒过来，给悬浮液提供相同类型的絮凝，这种做法可以直接颠倒也可以在泥床形成后进行； l 气浮测试，以7kg压力向水中鼓入饱和空气； l 真空过滤测试，毕希纳式和浸没式； l 通过排水的污泥脱水测试，同时 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 过滤率； l 毛细吸水测试扩散速度； l 压力下，污泥干度极限测试； l Zeta电位的测试； l 流动电流测试。 以上方法基本上是标准的，但要根据絮凝剂实际情况去调整。 Ⅷ-3 聚合物的使用 Ⅷ-3-1 粉状聚合物的使用 粉状聚合物的使用，首先要使其良好地溶解到水中，避免结团，溶解时间根据产品不同可以从30-4个小时不等。溶解时间同样取决于以下好几个因素： l 溶解浓度：如果混合条件足够好的话，溶液浓度越大，溶解时间越短； l 水温：聚合物最高在30-40度（最高）是稳定的，低于5度溶解速度很慢； l 产品的特性，特别是离子度和颗粒的大小。 为了让聚合物能较好地溶解在水中，有必要遵循以下步骤： 最高可能的浓度的药剂分散要与所用的设备相匹配（3-10g/l），这样的浓度使得溶解设备表小，又能提高聚合物的溶解性成为可能。有很多分散设备，如启动混合器、泵、湿桨叶、射流器等。 l 对于聚合物，建议用最小时间，以高浓度搅拌稀释； l 在向贮罐转移时，要不停等搅拌去阻止聚合物凝结或溶解不太好的颗粒沉淀； l 用静态混合器，定量和稀释到最终使用浓度。 为防止聚合物降解，推荐使用非离心泵，同时搅拌的线速度不要超过8m/s。 检查溶解聚合物水不能含有对药剂不稳定的有害元素是非常有必要的，如硬度，铁离子等。我们在市场上可以买到有效的适合制备聚合物溶液的设备。 Ⅷ-3-2乳液聚合物 当要进行连续溶解聚合物时，乳液是最有效的，尤其是用离心机。在市场上可以买到调整稀释浓度和投加乳液的专业设备。贮存乳液时需要采取特别的措施，那本乳液手册推荐了贮存和需要的物料。 Ⅷ-3-3 溶液聚合物 依据他们性质，聚合物溶液要么在线稀释，要么直接计量，如果要快速搅拌混合，最好要将粘度稀释到10cps以下。 Ⅸ一般应用 聚合物主要应用是在水处理方面，混凝、絮凝和污泥脱水。聚合物的许多其他特征在专业应用方面特别有用： l 纺织增稠剂； l 化妆品增稠剂； l 头发调理剂； l 药剂配料助剂； l 减阻等。 在处理的情况下，以下两种类型的聚合物很可能要考虑到，尽管他们的行为很普通。 l 有机混凝剂，比如聚胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵等通常用于处理低悬浮液含量的污水，而且他们能部分或者全部取代无机混凝剂（如聚铝、聚铁等），通常使用浓度为1-10ppm。 l 有机絮凝剂，特别是聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯，通常使用浓度为0.1-10ppm，用于污泥脱水时为0.5-15kg每吨干污泥。 Ⅸ-1 用絮凝剂分离过程 Ⅸ-1-1 沉降 传统的絮凝在搅拌或带有挡板的静态池一次性进行，要用到好几个类型的设备，图19展示夜歌絮凝沉降池。 1、 原水进口； 2、 旋转刮板桥； 3、 絮凝区； 4、 澄清区； 5、 汲取污泥区。 6、 不断增长的污泥培养基在絮体和微絮体之间接触，因此，提高絮凝效率。这个原理用于污泥接触絮凝过程，要么用污泥循环，要么用污泥床。对于应用水处理，这些工艺就更专业了。 在循环系统中，从沉降池底取出的浓缩污泥要反用到沉降池中去保持最佳污泥浓度。 在污泥床系统中，向上流的水降低了下流污泥的沉降速度，而且在一定的污泥浓度之上时，形成了具有凝聚能力的污泥床。 Ⅸ-1-2 离心 离心是利用离心力将固-液混合物分离为两相：固体颗粒沉淀相和澄清的上清液相。这种加速分离是由旋转的机械离心力产生。这种离心力可以快速分离固相和液相，离心力的大小根据离心机的大小不同可从800-4000g之间变化。最广泛的应用时处理剩余污泥中高浓度悬浮液的固体物质的分离。这种用于离心分离的工业机械式连续转鼓离心机。 这种类型的离心机有柱状高速旋转的水平转鼓，在转鼓里面，有一个同轴的速度较低的旋转螺杆，螺杆形状和转鼓形状相匹配，同时螺杆和转鼓保持一定空隙。用管道沿着轴向将悬浮液喂入离心机，然后通过离心力将其推入到转鼓和螺杆之间的环形区域，在圆柱部分发生沉淀。转鼓和螺杆之间的相对速度使沉淀物被推倒转鼓的圆锥部分，在此，污泥被推出，清液通过一个能在转鼓圆柱维持一个环状液位的可调节的挡板，从另一端流出。当固体从液环中被去除，圆锥剩余部分可让最后污泥排出。 连续离心有很多优点： l 严格的连续操作； l 快速分离； l 螺杆运出厚污泥，防止任何阻塞风险产生； l 由于聚合物的应用，产生高固含量的均匀的沉淀物。 常用到两种连续的离心系统： l 顺流系统，在此系统中，污泥在圆柱部位喂入，同时，液相和固相在相同的方向推进，伴随着较少的扰动和较长的路径，沉淀随之发生，这个系统对于低密度和低浓度的悬浮液有较好的优点，然而，这种机械对磨损比较敏感，同时出泥不够干，适应的水力条件较低（处置水量较小） l 逆流系统，在这种系统中，污泥是从圆柱和圆锥之间喂入，因此，固相物质分离较快，这个系统对于处理后污泥和大的水力条件比较有优点。 要想达到较好的处理效果，选择较好的聚合物是极为重要的，絮体必须大而有强度。因为高强度的剪切和湍流，所以用实验室小试去预测污泥动态行为时很难的，必须要做工业大试。 Ⅸ-1-3 带式压滤 压滤工艺由以下几个步骤组成： l 有足够的时间在絮凝器中絮凝或者直接在管道中絮凝； l 通过过滤介质排出间隙水； l 在滤带之间压榨污泥，同时形成一个锲形的紧密的污泥饼，这两条滤带包裹在转股上，按照交错排列的格局转动。脱水效率取决于滤带滚动时产生的压力，滤带和滚轮的机械强度、压力中等（一般约0.1-1.0kg）。如压力太高，污泥内聚力会被破坏，污泥会从侧面逃出过滤区域。产生跑泥现象。由于压力过大导致跑泥现象还取决于污泥的污泥结构。压滤的效率还取决于压滤时间（这又取决于带宽）、带速等。 聚合物的使用使得用机械处理剩余污泥的发展非常迅速，主要优点有： l 使得污泥脱水过程易操作，可视、可控； l 降低了运行和投资成本； l 通过冲洗滤带，可连续运行； l 机械简单； l 可产生可造粒的污泥。 Ⅸ-2 饮用水 饮用水中主要含有腐殖质（如腐植酸，富里酸），代表了由地表水处理后变为饮用水中50-80%COD。这些强阴离子物质可以由高阳离子度的有机混凝剂混凝。在初次混凝中，所用的有机混凝剂要么直接使用要么和金属离子联合使用。主要的混凝机理是电中和，当然，通过改变分子量也能得到化学桥连的效果。通常使用像聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚胺等中低分子量、高电荷度的产品。在悬浮胶体被有机混凝剂脱稳后，通常使用高分子絮凝剂来提高或强化澄清过程。使用量很低，一般在0.05-0.5ppm，因为这些絮凝剂的分子量很高，所以，混凝过程中，它们在小絮体之间架桥，形成大的絮体是非常有效。 在现代的污水处理厂，絮凝剂是必不可少的（斜板沉淀池）。由于无机混凝剂受PH值的影响，所以在水软化过程中混凝性能受到影响。 为了取得较好水处理效果，要用石灰提高水的碱性，由于有机混凝剂和絮凝剂在水的PH值变化时没什么影响，因此，大大改善了这一处理效果。 有机混凝剂，特别是PDADMAC，有很强的杀菌效果，既可以絮凝又可以杀灭微小的藻类，又可以结合成小的絮体，改善处理效率。 Ⅸ-3工艺水（锅炉水，冷却水） 用于热交换的工业用水必须经过阻垢、抗结和防锈处理，这些处理的进行必须借助于一定程序，而聚合物用在这些处理程序的不同阶段。 低分子量的聚丙烯酸钠均聚物可以阻止碳酸钙、硫酸钙、硫酸钡、氢氧化镁和其微溶盐发生表面沉积。丙烯酸和AMPS共聚物可以使磷酸钙变得稳定，这些产品作为冷却水分散剂非常有效，它们可以使铁盐溶解而不被沉积在冷却塔的塔壁上。聚胺和阴离子聚丙烯酰胺絮凝剂用于处理锅炉水，特别是在核工业中。 Ⅸ-4 工业排放水 有很多应用领域和相应的水处理： 对含有机物的水进行生物处理：用细菌处理水，用絮凝剂进行污泥脱水；沉淀和污泥脱水用混凝剂和絮凝剂的物化处理过程。应用的多样性使得我们无法预测每种聚合物的特征细节，然而，通过实验还是有可能得出一般性的规则。 Ⅸ-5 市政污水 世界每个人每天消耗水在4-1000L，每个人的生活方式，如吃、卫生习惯、生活条件和气候条件的不同，会使得污染排放各不相同，因此，市政污水污染物的性质、数量和质量也各不相同，变化很大。常用两种类型的处理方法： 1- 生物处理，一般有四个步骤组成； 通过筛网进行初步处理，出去粗大固体物质； 曝气出去油脂类； 通过沉淀和气浮，初步去除悬浮固体； 曝气形成微生物絮体； 二级处理使生物絮体沉淀； 在某些情况下，三级处理是除去一些特殊的污染物，如，磷。 絮凝剂在这些过程中，用于不同的阶段：初级或二级沉淀池或浓缩池，但是最常用的地方时压滤和离心脱水。 2-  水处理中的物化处理是直接通过混凝剂和絮凝剂。然后，用絮凝剂通过离心机和压滤机对污泥进行脱水，这些比生物处理效率略低的方法通常用于水处理的中间阶段。 Ⅸ-5污泥浓缩和脱水 使用聚合物强化促进污泥脱水，代表着聚合物的一个重要应用。表格4向我们展示了污泥处理厂处理的污泥固含量： 污泥处理 进泥浓度（%固体） 出泥浓度（%固体） 静态沉淀 0.03-02 1-5 用聚合物连续浓缩 0.03-0.2 3-9 离心机 1-5 12-30 板框压滤机 1-5 30-50 带式压滤机 1-5 12-27       使用聚合物会得到大而紧密的絮团，使其从上清液中分离变得方便。由于絮团紧密而不易破碎，压滤和离心也会变得方便，在这种情况下，离心机和压滤机的上清液中聚合物浓度很高（5-20ppm），可以循环使用到处理的开始阶段，这样还可以促进初次沉淀，也不影响曝气阶段。 选择聚合物的标准： l 污泥的性质，无机物/有机物的比例，阳离子聚合物通常用于有机污泥，阴离子聚合物常用于无机污泥，在细微粒甚至是胶体状无机泥中，混凝剂效果最好。 l PH值，阳离子用酸性介质中（因为阳离子在碱性介质中会降解），阴离子用于碱性介质中； l 脱水设备，可以看絮团的特点（参看第九章）； l 污泥浓度。 药剂电荷的性质取决于污泥的离子性。用明矾混凝的污泥，新鲜时用阳离子，时间长了，用阴离子，用阴离子还是用阳离子要根据这种情况判断。另外，活性污泥是阴电性的，因此，一定要用阳离子聚合物处理。 在有机污泥中，有机物含量和好氧或厌氧消化程度决定了所用聚合物的阳离子度和其用量。污泥中有机物含量和消化程度可以通过测定其PH值，燃烧损失和总有机碳含量来确定。一个消化较好的污泥，PH值在7-8之间，燃烧损失为30-55%总量（以干物质计算），消化不好的污泥PH值在5-7之间，燃烧损失为55-80%重量。 作为一般的规则： l 消化越完全，阳电荷要求越低； l 活性污泥比例越高，阳离子度要求越高； l 在通常的消化污泥中，中、低阳离子聚合物效果最好，而新鲜的活性污泥，高阳离子聚合物的效果最好，这些污泥的处理，还可以用部分交联的聚合物。 Ⅹ 特殊应用 Ⅹ-1选矿工业 选矿工业要消耗大量的水： l 洗矿和浮选中，要将矸石从矿石中分离出来，在这些例子中，絮凝剂重要用于： ·从矸石中分离出水，用于循环和在利用； ·污泥脱水（离心、压滤、污泥浓缩） ·从悬浮物中分离出水（通过沉降、过滤、离心等），很多种都用到这些处理过程，如：铁矿、煤矿、磷矿、沙石矿、锌矿、铀矿等）。 l 在处理和加工过程中得到才金属或半金属本身。 在此过程中，已经被物理性地浓缩的矿溶解到酸、碱或者特殊的溶液中，而溶液的杂质需要用絮凝剂来沉降、沉淀金属一般通过絮凝作用，以氧化物或者盐的形式被还原和回收。 一般说来，那些用于浓缩浮选浓缩，细料沉降和处理排水的高分子聚合物一般都是阴离子和非离子的，非离子絮凝剂特别适合酸性溶液（过滤液、萃取液）。 选矿业，高分子的其它应用有： 造粒 这个过程通常用于聚集以小颗粒形式存在细小湿粒。由于这些颗粒被旋转在造粒设备中，阴离子聚合物可以移动的颗粒在重量作用形成的颗粒聚集。 分散 聚合物可以使碳酸钙或者二氧化硅、粘土等保持悬浮状态，这种个产品用的是低分子量的聚丙烯酸钠。 Ⅹ-2造纸工业 聚合物在造纸中有着广泛的应用： 造纸白水处理、助留、脱水和粘结处理，超细颗粒的处理，污水污泥的处理等。造纸工业使用聚合物，主要原因： 大量消耗会，又要减少水的消耗，增加设备生产率，提高纸张的质量，减少对环境的影响。涉及到高分子聚合物的主要应用： l 在纸张中保留填料（二氯化钛，高岭土和碳酸钙），高分子聚合物被添加到纸机抄板上，目的是絮凝纤维和填料，这个絮凝作用高分子聚合物被添加纸机抄板上，这个操作也可以将高分子和微粒联合在一起进行（常用的微粒有膨润土）。 l 用阳离子聚丙烯酰胺还是用阴离子聚丙烯酰胺取决于工艺过程的特点。 l 脱水：用聚合物可以提高纸机抄板的速度，通过改善湿部脱水，从而增加纸产量，进而改善了干燥过程。 l 用中高分子阳离子聚丙烯酰胺来回收纤维。 l 通过投加低分子量，低阳电荷的聚合物增加纸的干强度。 l 如用乙醛酸化的聚丙烯酰胺增加纸张湿部的暂时性强度。 l 用聚胺或者聚二甲基二烯丙基氯化铵处理纸张中的阴离子杂质。 l 图中描述了不同的聚合物处理工厂给水、废水和剩余污泥。 l 废纸脱墨净化，产生的废水处理，用混凝剂后，再用阴离子高分子絮凝剂。 l 印染纤维固色剂。 l 最后，施胶剂的阳离子化。 Ⅹ-3石油工业 在石油工业中，聚合物有很多应用 l 在钻井泥浆中，聚合物有多种功能：增加粘度、粘土稳定，防止粘土的膨胀等，根据用途不同，选用的聚合物也不同，从低到中等分子量和从中等阴离子度到高阴离子度的都有。 l 三次采油中，用聚合物增粘的溶液被注入到地下，将由驱出，聚合物分子量的确定取决于油藏的渗透性和油的粘度。 l 减阻中由于其固有的特性，用中等阴离子的高分子聚合物聚丙烯酰胺去减少摩擦或湍流，选择注水的速度会大大提高； l 堵水过程中，通过高分子溶液在地下交联，交联后的聚合物形成凝胶赌赛油井中的水向上流动，通告高分子吸附杂岩石上，在不影响由的渗透性，同时改变油藏水的渗透性。