Что такое флокулянты, коагулянты и кондиционеры?

При обработке шлама на фильтр-прессе эти агенты можно разделить на следующие категории в зависимости от их различного применения:

(1) Флокулянты: иногда их также называют коагулянтами, их можно использовать в качестве средства для улучшения разделения твердой и жидкой фаз, они применяются в первичных отстойниках, вторичных отстойниках, флотационных танках, а также на этапах третичной или глубокой очистки.

(2) Коагулянты: помогают флокулянтам играть свою роль и усиливают эффект коагуляции.

(3)Кондиционеры: Также известные как дегидратирующие агенты, они используются для кондиционирования остаточного ила перед дегидратацией. Их разновидности включают некоторые из вышеупомянутых флокулянтов и коагулянтов.

Флокулянты — это тип веществ, которые могут снижать или устранять седиментационную устойчивость и агрегативную устойчивость дисперсных частиц в воде, заставляя дисперсные частицы конденсироваться и флокулировать в агрегаты для удаления.

По химическому составу флокулянты можно разделить на неорганические флокулянты и органические флокулянты.

(1) Неорганические флокулянты

Традиционно используемые неорганические флокулянты — это низкомолекулярные соли алюминия и соли железа. К солям алюминия в основном относятся сульфат алюминия (AL2(SO4)3∙18H2O), квасцы (AL2(SO4)3∙K2SO4∙24H2O) и алюминат натрия (NaALO3). К солям железа в основном относятся хлорид железа (FeCL3∙6H20), сульфат железа (FeSO4∙6H20) и сульфат железа (Fe2(SO4)3∙2H20).

В целом неорганические флокулянты характеризуются доступностью сырья, простотой приготовления, низкой ценой и умеренным эффектом очистки, поэтому они широко используются при очистке воды.

(2) Неорганические полимерные флокулянты

Гидроксил и кислородные полимеры Al(III) и Fe(III) будут далее объединяться в агрегаты и оставаться в водном растворе при определенных условиях. Размер их частиц составляет примерно нанометровый диапазон. Таким образом, будет проявляться эффект коагуляции-флокуляции для получения результата низкой дозировки и высокого эффекта.

Если сравнить скорости их реакции полимеризации, то реакция алюминиевого полимера протекает относительно медленно, а морфология относительно стабильна, в то время как гидролизный полимер железа реагирует быстро и легко теряет устойчивость и выпадает в осадок.

Преимущества неорганических полимерных флокулянтов отражаются в их превосходной производительности по сравнению с традиционными флокулянтами, такими как сульфат алюминия и хлорид железа, и в их более низкой цене, чем органические полимерные флокулянты. В настоящее время ПАУ успешно применяется в различных процессах очистки водоснабжения, промышленных сточных вод и городских сточных вод, включая предварительную очистку, промежуточную очистку и глубокую очистку, и постепенно стал основным флокулянтом. Однако с точки зрения морфологии, степени полимеризации и соответствующего эффекта коагуляции-флокуляции неорганические полимерные флокулянты все еще находятся между традиционными флокулянтами на основе солей металлов и органическими полимерными флокулянтами.

(3) Органические полимерные флокулянты

Искусственные органические полимерные флокулянты в основном представляют собой полипропиленовые и полиэтиленовые вещества, такие как полиакриламид и полиэтиленимин. Все эти флокулянты являются водорастворимыми линейными полимерными веществами. Каждая макромолекула состоит из множества повторяющихся звеньев, содержащих заряженные группы, поэтому их также называют полиэлектролитами. Те, которые содержат положительно заряженные группы, являются катионными полиэлектролитами, те, которые содержат отрицательно заряженные группы, являются анионными полиэлектролитами, а те, которые не содержат ни положительно заряженных групп, ни отрицательно заряженных групп, называются неионными полиэлектролитами.

В настоящее время наиболее часто используемые полимерные флокулянты являются анионными, которые могут играть только роль коагулянта для отрицательно заряженных коллоидных примесей в воде. Они часто не используются по отдельности, а используются в сочетании с солями алюминия и солями железа. Катионные флокулянты могут играть как коагуляционную, так и флокуляционную роль и используются по отдельности, поэтому они быстро развивались.

При коагуляционной очистке сточных вод иногда один флокулянт не может достичь хорошего эффекта коагуляции, и часто необходимо добавлять некоторые вспомогательные агенты для улучшения эффекта коагуляции. Такие вспомогательные агенты называются коагулянтами. Обычно используемые коагулянты включают хлор, известь, активированный кремний, желатин и альгинат натрия, активированный уголь и различные глины.

Некоторые коагулянты сами по себе не обладают коагуляционным эффектом, но играют роль, помогая флокулянтам производить коагуляционный эффект, регулируя и улучшая условия коагуляции. Некоторые коагулянты участвуют в образовании хлопьев и улучшают структуру хлопьев, что может превратить мелкие и рыхлые хлопья, производимые неорганическими флокулянтами, в грубые и плотные квасцовые цветы.

Распространенные типы коагулянтов:

Существует много типов коагулянтов, но их можно условно разделить на следующие две категории в зависимости от их роли в процессе коагуляции:

1) Средства, которые регулируют или улучшают условия коагуляции

Процесс коагуляции должен проводиться в определенном диапазоне pH. Если значение pH сырой воды не может соответствовать этому требованию, значение pH сырой воды следует отрегулировать. Этот тип коагулянта включает кислоты и щелочи. Когда значение pH сырой воды низкое и щелочность недостаточная, что затрудняет гидролиз флокулянта, можно добавлять щелочные вещества, такие как CaO, Ca(OH)2, Na2CO3 и NaHCO3 (обычно известь); когда значение pH высокое, для снижения значения pH сырой воды часто используют серную кислоту или CO2 .

Для сточных вод с большим содержанием растворенных органических веществ окислители, такие как Cl2, могут быть использованы для разрушения органических веществ и улучшения эффекта удаления растворенных органических веществ. Кроме того, когда соли железа используются в качестве флокулянтов, хлор может быть использован для окисления двухвалентного железа (Fe2+) в высоковалентное железо (Fe3+) для улучшения эффекта коагуляции.

Вышеуказанные щелочные агенты, серная кислота, CO2, хлор и т. д. сами по себе не играют коагуляционной роли, а лишь способствуют коагуляции.

2) Коагулянты, увеличивающие размер частиц, плотность и твердость хлопьев алюма

Результат коагуляции требует образования хлопьев алюма с крупным размером частиц, высокой плотностью и твердостью, что способствует осаждению и нелегко разрушается. Для получения этого результата в сочетании с характеристиками качества воды иногда необходимо добавлять в воду определенные вещества или агенты. Например, в сточных водах с низкой мутностью, содержащих легкие примеси, которые не подходят для осаждения, добавление более крупных частиц, таких как кремний, активированный уголь, глина, или возврат части осажденного ила может играть роль в усугублении и увеличении хлопьев алюма; когда в качестве флокулянтов используются соли алюминия и железа, могут быть получены только мелкие и рыхлые хлопья, могут быть добавлены высокомолекулярные коагулянты, такие как полиакриламид, активированный кремний и желатин, и их сильные адсорбционные и связующие эффекты могут быть использованы для того, чтобы мелкие и рыхлые хлопья стали грубыми и плотными.

Кондиционирующий агент, также известный как дегидратирующий агент, можно разделить на две категории: неорганический кондиционирующий агент и органический кондиционирующий агент. Неорганический кондиционирующий агент обычно подходит для вакуумной фильтрации и фильтрации шлама с помощью пластин и рам, в то время как органический кондиционирующий агент подходит для центробежной дегидратации и дегидратации шлама с помощью ленточного фильтр-пресса.

Типы наиболее часто используемых агентов для кондиционирования шлама:

1) Неорганический кондиционирующий агент

Наиболее эффективными, дешевыми и наиболее часто используемыми неорганическими кондиционирующими агентами являются в основном соли железа и соли алюминия. Кондиционирующие агенты на основе солей железа в основном включают хлорид железа (FeCl3∙6H2O), сульфат железа (Fe2(SO4)3∙4H2O), сульфат железа (FeSO4∙7H2O) и полисульфат железа (PFS) ([Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m) и т. д. Кондиционирующие агенты на основе солей алюминия в основном включают сульфат алюминия (Al2(SO4)3∙18H2O), хлорид алюминия (AlCl3), основной хлорид алюминия (Al(OH)2Cl), полихлорид алюминия (PAC) ([Al2(OH)n∙Cl6-n]m) и т. д.

После добавления неорганических кондиционирующих агентов процесс концентрирования шлама может быть значительно ускорен, а эффект фильтрации и дегидратации может быть улучшен. Более того, сочетание соли железа и извести может дополнительно улучшить эффект кондиционирования. Недостатками добавления неорганических кондиционирующих агентов являются большая дозировка. Как правило, дозировка должна достигать 5–20 % от сухого твердого веса шлама, что увеличит объем фильтрационного осадка; во-вторых, сам неорганический кондиционирующий агент является едким (особенно соли железа), и система добавления должна обладать антикоррозионными свойствами. Следует отметить, что при использовании хлорида железа в качестве кондиционирующего агента он увеличит коррозию металлических компонентов оборудования для обработки обезвоженного шлама, поэтому уровень антикоррозионной защиты оборудования для обработки обезвоженного шлама должен быть соответствующим образом повышен.

2) Органические кондиционирующие вещества

Существует много типов органических синтетических полимерных кондиционирующих агентов, которые можно разделить на низкополимеризованные (молекулярная масса около 1000 до десятков тысяч) и высокополимеризованные (молекулярная масса около сотен тысяч до миллионов) в зависимости от степени полимеризации; в зависимости от ионного типа их можно разделить на катионные, анионные, неионные, анионные и катионные типы. По сравнению с неорганическими кондиционирующими агентами дозировка органических кондиционирующих агентов меньше, обычно от 0,1% до 0,5% от сухого твердого веса шлама, и они не вызывают коррозии.

Органические кондиционирующие агенты, используемые для кондиционирования ила, в основном представляют собой высокополимеризованные флокулянты серии полиакриламида, в основном катионный полиакриламид, анионный полиакриламид и неионный полиакриламид. Среди них катионный полиакриламид может нейтрализовать отрицательный заряд на поверхности частиц ила и производить мостиковый эффект между частицами, демонстрируя сильную когезию, со значительным кондиционирующим эффектом, но стоимость высока. Для снижения затрат можно использовать более дешевый метод комбинирования анионных полиакриламида и извести, используя положительно заряженные флокулянты Ca(OH)2 для адсорбции отрицательно заряженных флокулянтов и частиц ила вместе, чтобы сформировать составную систему коагуляции.

Дегидратирующие агенты — это агенты, добавляемые до того, как ил обезвоживается, то есть кондиционеры для ила, поэтому значения дегидратирующих агентов и кондиционеров одинаковы. Дозировка дегидратирующих агентов или кондиционеров обычно рассчитывается как процент от сухого твердого веса ила.

Флокулянты используются для удаления взвешенных веществ из сточных вод и являются важными агентами в области очистки воды. Дозировка флокулянтов обычно выражается как количество, добавляемое на единицу объема очищаемой воды.

Дозировка дегидратирующих агентов (кондиционеров), а также флокулянтов и коагулянтов может быть названа дозировкой. Один и тот же агент может использоваться как флокулянт при очистке сточных вод и как кондиционер или дегидратирующий агент в процессе обработки остаточного ила.

Когда коагулянт используется в качестве вспомогательного агента для флокулянта в области очистки воды, он называется коагулянтом. Тот же коагулянт обычно не называется коагулянтом при обработке остаточного ила, но обычно называется кондиционером или обезвоживающим агентом.