SNF公司产品技术说明
1. 定义
SNF公司絮凝剂是高分子量的阴离子、非离子和阳离子型聚合物。它们用来提高沉降、澄清、过滤、离心分离等工艺过程的效率。絮凝过程就是悬浮液中许多单独颗粒形成聚集体的过程。
水处理中，助凝（coagulation )和絮凝（ flocculation）代表两种不同的机制。
助凝
胶体颗粒通常粒径小于1微米，不停地作布朗运动。布朗运动的能量足以阻止颗粒在重力下沉降，使之长时间保持悬浮状态。胶体悬浮液既可以是稳定的，也可以变为不稳定。
助凝过程是通过加入盐类使颗粒间的电斥力发生减少、中和或反向。最常用的助凝剂是无机盐，如硫酸铝，三氯化铁，石灰，氯化钙及氯化镁。
絮凝
絮凝作用是聚合物在单独颗粒间发生架桥的过程。“架桥”就是聚合物链段吸附在不同的颗粒上，促进颗粒的聚集。絮凝剂的活性基团带的电荷与颗粒的电荷发生抵消。絮凝剂吸附在颗粒上，通过架桥或电中和使颗粒失去稳定性。
阴离子型絮凝剂通常与带阳电荷的悬浮液（正动电电位）起作用，例如某些盐类与金属氢氧化物悬浮液。
阳离子型絮凝剂通常与带阴电的如二氧化硅或有机物悬浮液起作用。
但这一规则也不尽然，如阴离子型絮凝剂可以使粘土聚集，而粘土是带负电的。目前用的絮凝剂有三类：
1.1 无机絮凝剂
它们是胶体物质，吸附和电中和在絮凝过程中起一定作用。它们有：
* 活性二氧化硅
* 某些胶体类粘土 (如膨润土)
* 某些有聚合物结构的金属氢氧化物 (氢氧化铝，氢氧化铁）
1.2 天然絮凝剂
它们是水溶性阴离子、阳离子或非离子聚合物。非离子型聚合物吸附在悬浮颗粒上。
最常用的天然絮凝剂有：
* 淀粉衍生物：多数是预先做成水溶性的凝胶。它们是玉米或马铃薯淀粉。它们可以是天然淀粉，也可以是阴离子型氧化淀粉，或胺处理过的阳离子型淀粉。这类物质在水处理中的应用已减少，但在造纸工业中仍很重要。
* 聚糖：通常用瓜尔胶，而且大多数用在酸性介质中。
* 海藻胶：为阴离子型，用于处理饮用水。
1.3 合成絮凝剂
聚丙烯酰胺类
最常用的是以聚丙烯酰胺为基础的聚合物，它是阴离子型的，通过聚合物链在颗粒间架桥而起作用。
用丙烯酰胺与丙烯酸共聚，可使这类聚合物带负电。而用丙烯酰胺与阳离子单体聚合物，可以制造阳离子型聚合物。
以丙烯酰胺为基础的聚合物，如含有一定量的离子型单体，它就表现出一定的离子特征。
而且这些聚合物有一定的平均分子量（即链长度）和一定的分子量分布。
对每一种悬浮液，某一阴离子度，阳离子度或非离子性的聚合物最适合作絮凝剂。
通常，絮凝能力随分子量增加而提高。
聚丙烯酰胺在人工合成的工业化学剂中分子量最高，为1000万至2000万。别的聚合物有其特殊的性质，在某些特殊条件下用作絮凝剂，它们大多为：
* 多乙烯多胺
* 聚胺基酰胺
* 聚胺
* 聚氧化乙烯
* 磺化物
2. 室内评价
2.1 怎样溶解有机高分子絮凝剂絮凝剂溶液粘度很高，因此难以配成浓度高的溶液。絮凝剂溶液过一段时间后会发生降解。
实验室里建议配成0.5%浓度的溶液用于贮存，其稳定期约二周。0.1%的溶液稳定期为6天。有机高分子絮凝剂可以在冷水中分散和溶解。用一磁力或叶片搅拌器对水进行中速搅拌，然后将絮凝剂粉加入。加入速度要控制，使粉末颗粒在水中充分分散，每一个颗粒都应被水润湿，以避免结团。如有结团就要增加溶解时间。一般溶解时间为2小时以内。高速剪切会使聚合物链降解，因此应避免使用高速搅拌器、粉碎机或离心泵。
2.2 沉降试验：高固相悬浮液
这种悬浮液里固相与液相的分界线很清楚，因此可以在量筒内观察固相高度随时间的变化速度，来测定沉降速度。
方法
* 在一升量筒中注入悬浮液。
* 从1g/L的絮凝剂溶液中,用移液管移取所需量的絮凝剂，加入悬浮液量筒中。
* 将量筒口封闭，来回倒量筒四次；或者用一金属棒，棒端带一有孔的园片（园片直径与量筒内径相仿），从量筒顶部到底部上下移动园片四次，以搅拌量筒内悬浮液。
* 在一定时间间隔下，测固相高度。
* 画出固相高度随时间变化的沉降曲线。
对所有要试验的絮凝剂按上述步骤试验，选出其中最佳者。对所选絮凝剂按不同加药量重复上述步骤，从而确定最佳投加量。浓悬浮液的絮凝过程对搅拌极敏感，因此自始至终采用统一的搅拌方式是极关键的。
2.3 沉降试验：低固相悬浮液
低固相悬浮液时，我们只观察到很慢的沉降速度。絮凝体呈分散状，因此需要给悬浮固体一诱导速度，使它成为较大的絮凝体。通过絮凝体大小及上层清液的澄清度来比较试验结果。
做这种评价的最实用仪器是一种多头搅拌器（jar-test）。做法如下：
* 取5个烧杯，每个烧杯中加1升悬浮液。
*在叶片高速旋转（100rpm）下加入絮凝剂，搅10秒钟以使絮凝剂充分分散在悬浮液中。
* 在40rpm下再搅拌3分钟。然后以絮凝体大小，上层清液澄清度及沉降速度来比较不同的絮凝剂及不同的加药量。
2.4 加助凝剂后的絮凝试验
含有高百分比胶体有机物的悬浮液不能直接絮凝，必须先加二价或三价金属盐类，如石灰，硫酸亚铁，氯化铁，硫酸铝或铝酸钠使胶体颗粒失去稳定性。
用合成絮凝剂使助凝过程对pH值不那样敏感，从而可以使：
* 钙盐用于pH值4至14
* 铁盐用于pH值4至13
* 铝盐用于pH值4.5至10
但对每一种悬浮液需要找出最佳pH值，以便取得最佳效果。可以用多头搅拌器选择pH值。
首先，需要确定助凝剂用于使悬浮液失去稳定性的用量：
* 配制1%助凝剂溶液，投加10，30，50，100，200ppm助凝剂。
* 酸性很大时需要加碱将pH调回到6。
* 在200rpm转速下搅拌1分钟。
* 通常加2 PPM某一阴离子度的合成絮凝剂，在50 rpm下搅拌2分钟。
首先出现上层清液的烧杯，含有使胶体悬浮液失去稳定性的最佳助凝剂用量。要获得最佳的不稳定效果，可能需要200 PPM以上的助凝剂。
然后确定达到所需沉降速度所需的絮凝剂用量：
* 在5个烧杯中充进悬浮液。按前面确定的助凝剂用量加入助凝剂，在100 rpm下搅拌2分钟。
* 用絮凝体大小、上层清液澄清度及沉降速度对比絮凝剂效能。
在许多场合下，石灰和铁盐结合起来可得到最佳效果，尤其是当排出废水的pH值在7到9.5的最佳范围内。
2.5 过滤试验
2.5.1 布氏漏斗试验
* 用玻璃棒把絮凝剂混到悬浮液中。
* 把混有絮凝剂的悬浮液倒入布氏漏斗中，在一定的压力下过滤。
* 按一定的时间间隔（30秒或1分钟）测定滤液量。
* 此时可以做一个清水冲洗试验，即过某一确定的时间（30秒或60秒）测量清水通过滤饼的量。
2.5.2 过滤膜试验
把过滤膜装在一只漏斗中，漏斗用一根管子与真空泵相连。在一段已知时间内将漏斗浸没在悬浮液中，然后取出测量滤饼厚度，滤饼含水量，滤液质量及冲洗速度。
2.6 离心试验
实验室离心试验只能作相对参考。
* 在离心机的离心管内放入加了絮凝剂的悬浮液，絮凝剂有各种不同加药量。
* 在1000g下离心2分钟。
* 测定每一管内的沉降物量和上层清液的澄清度。
3. 加药量
大多数情况下，达到良好的固/液分离所需的絮凝剂量是很少的。加药量的平均范围是：
* 每立方米稀的无机物悬浮液，加0.5 - 3克，
* 每立方米浓的无机物悬浮液，2 - 20克，
* 对无机物浆液进行过滤或离心：每吨干固体需用25 - 300克絮凝剂，
* 对含有机物废水的澄清：10 - 200ppm助凝剂，加0.25 - 2 ppm絮凝剂,
* 加助凝剂后，有机污物的过滤或离心：每吨干固体加1 - 5千克，
* 造纸机提高保留率：每吨成品纸加50 -250克，
* 提高溶液粘度：每升加4 - 10克。
4. 现场应用技术
工业化规模溶解絮凝剂时，需要有适合于絮凝剂特点的方法：
* 浓度：絮凝剂溶液在较稀时仍很粘稠
* 搅拌时要避免剧烈剪切
* 絮凝剂颗粒如分散不充分就会结团，这样就不易溶解
* 如絮凝剂撒在地上遇到水,,就会很滑
溶解装置由以下部分组成：
* 分散系统，要保证粉末被充分润湿，而不结团，
* 溶解罐
* 转移泵
* 贮罐
* 计量泵和稀释系统
建议溶解絮凝剂时采用尽可能高的浓度，稀释后加入到系统中。
4.1 分散系统
4.1.1 絮凝剂的分散器
分散器采用抽吸工作原理，它有利于溶解粉状絮凝剂。
每次最多分散5千克。水溅到分散器上会堵住絮凝剂吸入管。
4.1.2 直接加到溶解罐的搅拌旋涡中。或用一漏斗加入，或用一振动装置加入。
此方法适合于低浓度的絮凝剂溶液。高于某一浓度时，溶液粘度的提高使粉末接触溶液时不能很好地分散。
4.1.3 在清水形成的旋涡中加粉末象上面的方法一样，用此法可以达到最佳的分散效果。
4.2 溶解罐
絮凝剂溶液不具有腐蚀性，不需要采用低碳钢或塑料设备（聚脂，玻璃纤维，聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯）。
要有足够的搅拌，使絮凝剂颗粒保持悬浮状态；同时又不能太激烈，以避免使聚合物机械降解。
4.3 转移泵
可采用计量泵或低速离心泵加药。如果把溶解罐装在贮罐上面，则可省去转移泵。
4.4 贮罐
贮罐比配制罐的容积要大。贮罐内的溶液不需搅拌。
5. 在工业生产中使用絮凝剂
必须合理使用絮凝剂，以保证取得最大效率。它取决于许多物理－化学因素，这些因素都会改变使用效果。
工业应用的效率介于实验效率的60％到120%之间。
影响最终效果的大多数因素为：
* 注入点的位置既要有涡流使絮凝剂充分分散，但又不能使絮凝体被打碎；
* 多点加药常使絮凝剂与悬浮体系的接触得到改善；
* 稀溶液经常会使效果更好些。
大多数沉降装置都可以在装置入口处取样，通过观察样品来检查絮凝效率。
在低固相悬浮液时，将沉积物再循环到沉降装置的入口中，会改善沉降速度和上层清液的澄清度。
同时采用絮凝剂与助凝剂时，下述装置能改善其效率：
* 一个带有中速搅拌的溶解罐，罐内停留时间5分钟左右；
* 一个絮凝罐，它可以做成沉降罐内的一部分，作为化学反应发生的场所。采用真空过滤或离心机时，絮凝剂从入口管线中加入。
6. 应用领域
当前趋势是采用紧凑的固液分离装置，它要求采用高效率的聚合物。
6.1 在采矿业中
* 矿石淋滤 (铀矿，锌矿，金矿，铝土矿，铜矿，等）
* 浮选后的处理
* 处理尾渣，以防止污染并重复使用水资源
6.2 化学工业
用于如下生产过程的澄清工序：磷酸，磷酸二钙，电解盐水，氧化镁，二氧化钛。
6.3 工业废水处理
* 鼓风炉气体洗涤
* 表面处理
* 炼油厂废水
6.4 城市生活污水及废物
* 进行物理－化学处理
* 污泥脱水之前
6.5 造纸工业
* 保留固体颗粒与填料
* 提高滤水率
在大多数用水的工业中还有如下用途：
* 未净化水的处理
* 饮用水处理
* 除去碳酸盐
* 制糖工业
* 三次采油
| SNF 公司絮凝剂的应用领域 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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7. 乳液状有机高分子絮凝剂
1－乳液
聚丙烯酰胺等有机高分子聚合物是高分子量、水溶性聚合物，主要用途是做絮凝剂。与水混合后，它们缓慢地溶解，形成粘稠溶液，此过程需60 - 120分钟。为了提高溶解速度，可以把聚合物研磨成大于750微米的颗粒。颗粒尺寸小于750微米时，遇水就容易结团，形成所谓“鱼眼”。要快速溶解又不产生“鱼眼”，可以采用乳液型的聚合物。
生产乳液聚聚合物的工艺过程如下：
* 配制单体水溶液,
* 在稳定剂帮助下，用单体溶液制备油包水型乳液（内相颗粒约1微米），
* 用催化剂使乳液发生聚合反应
这种乳液与水混合不会分散和溶解，因此有必要：
* 加一种亲水性表面活性剂到水中，使乳液反相，即表面活性剂使油相成为分散相，聚合物得以迅速溶解。
或者：
* 在乳液生产初期就加上述表面活性剂，使乳液成为“自动反相”乳液。两种情况达到的效果是一样的。
SNF只生产“自动反相”乳液。但在下述情况，有必要向水中加一些表面活性剂。
2－反相乳液在水中的浓度了使乳液正常反相，表面活性剂必须达到其最低有效浓度。
在标准硬度的水中，从测定得知聚合物在水中有效浓度在5克/升时才能发生正常的反相。
通常乳液中含25%到46%有效聚合物，而最佳稀释倍数为50至100倍。因此当稀释倍数超过100，表面活性剂浓度不够，部分乳液不能溶于水，而当稀释倍数小于50，乳液的粘度太高。
3－反相过程中的剪切
为了达到良好的反相，每个聚合物颗粒在水中都必须分散开，不然这些颗粒就会结团。 为保证有效的分散，在乳液与水相遇处必须采用高速剪切混合。
在对溶解时间有要求时，可采用设备来帮助分散与溶解：
* 文丘里喷管
* 溶解罐装有双速搅拌器，加乳液时用高转速,加完后用低转速
* 高剪切的静态混合器
* 高压泵 (3 - 7巴)，将吸入与排出口用一回路连起来，回路上装有节流阀
* Ultra - Turrax 混合器
* 排出口装一阀门，用1 - 2 巴的固定压力排出
如果乳液得到有效的分散,不需要进一步搅拌以达到溶解，但必须有15分钟的接触时间。如果操作中反相得不彻底，贮罐内就必须有一个搅拌器，搅拌3 - 15分钟。
4－影响溶解的因素
水质对反相有严重影响。
硬水：硬度为30 - 40 时分散效果差，超过50时分散很困难。钙降低了表面活性剂效果。海水和30克/升的盐水已达到可接受的极限。
在这种情况下，可以这样做：
* 按照使用的水质情况进行试验,确定表面活性剂的浓度，在生产乳液时按照这一浓度进行调整。
* 在溶解水中加少量表面活性剂，通常为NP 10或NP 20（含10/20环氧乙 烷基团的壬基酚），或者一些可替代品，如Teepol （磺化琥珀酸二辛酯），浓度为乳液本身的2%-10%。
对于阳离子型乳液，必须选非离子型表面活性剂，以免与聚合物发生沉淀。
5－贮存条件及湿度
乳液从本质上讲是不稳定的。作为连续相的油比重为0.85，而分散相的水比重超过1.05。经过一段较长时间，水就会下沉到桶底去。
在平均温度为20℃时，经过6个月，下沉的水相会有一些团块，这些团块很容易用机械或气体搅拌再分散开。在35℃的较高温度下，下沉作用加快，团块较难再分散，这时保存期缩短为3个月。
乳液如果冻结也会有类似现象。在－10℃以上乳液仍是可流动的，低于此温度乳液中油相粘度变得很高，乳液就不能流动。
乳液在冻结状态下：
* 沉降层的再分散困难
* 较难在水中溶解。而且，经过冻结－熔化的乳液，需要在溶解水中多加一些表面活性剂， 以达到良好的溶解，但聚合物的效能不受影响。
6－贮存与溶解乳液的设备
6.1 相容性
乳液中载体油是脂肪烃，含芳香烃低于0.1%。与塑料，橡胶及金属的相容性如下：
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要避免使用铜、铸铁及镀锌铁。聚乙烯可以用在乳液运输中，但油会溶入低密度聚乙烯中，降低桶的强度。
6.2－乳液贮存
贮存乳液的罐通常是不锈钢（304），玻璃钢或高密度聚乙烯。
为了防止分层，可以：
* 从罐底吹入氮气，每二天吹氮气10分钟。
* 每天用低速搅拌10分钟。
* 用机械泵循环。
这些方法带来高剪切作用，会降低乳液的稳定性。贮罐必须是立式的，底部做成锥形以有利于再分散。它还应带一个用于检查的盖子，以便每年用高压水冲洗一次罐内。
6.3－泵与过滤器
混合得不好的乳液可能含有一些团块，会堵塞过滤器与泵。这些团块是水溶性的，可以泵到溶解罐中去。但用于造纸是例外。
泵型：
* 用不锈钢、镀镍的铁或聚乙烯制成的齿轮泵。也可以用钢制成的泵，每一年或二年换一次。
* 泵的密封件必须与上述相容性表相符合。
* 用腈类物质做定子的单级泵 (德国Netzsch制的水泵)。
* 专用于粘稠液体的电磁泵，并装有大直径吸入管。
* 活塞泵与膜片泵对乳液不是很有效，特别是排量较低时。这时，可以在乳液贮罐与泵之间装一过滤器，合理选择滤孔大小以避免频繁冲洗。滤孔在300－500微米是合适的。
6.4－最终产物的过滤与贮存
溶解的乳液用于造纸时，它通常要用50微米过滤器过滤。溶解的乳液可以贮存在聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、玻璃钢、不锈钢或有内涂层的普通钢里。应避免使用铁或镀锌铁。所有管道应该用塑料、铜或不锈钢做。
由油引起的问题：
* 稀释的乳液贮存较长时间会使油分离出来，泵打时会出现问题，尤其在造纸中。
* 某些柔性泵可能会选择性地吸油（如Jabsco泵的定子不合适时）。
7－实验室用乳液做实验
称取少量乳液是很困难的。通常都用针管吸取。乳液比重在1.02到1.05之间。由于塑
料的相容性问题，要用玻璃针管。针管用过后，要用酒精或热水冲洗。
对于粉状聚合物，浓度高的水溶液稳定性也高，最好有效浓度在5克/ 升。此溶液在使用前
要进行稀释。
5克/升溶液的稳定性
稳定性
阴离子 约15天
阳离子 约15天
EM7－EM8 3－4天
EM5－EM4 1天
8－粉末与乳液的差别
粉末与乳液的基本化学组成是一样的，但在不同的应用中它们会有不同的效率。
一般说：
* 阳离子乳液的分子量比粉末要高,因而污泥脱水的效果要好,
* 含在乳液中的表面活性剂有助于含油和脂肪的污泥脱水效果,但由于会起泡而有
再次分散的不良作用。
* 乳液聚合时水解反应较低，因此其阳离子度略高于粉末。
9－对人体健康与安全的影响情况
含在乳液中的聚合物的毒性与粉末一样，都是很低的。
工业化乳液的游离单体含量在1000ppm（0.1%）左右。
特殊应用中，可以使产物中的游离单体降到500 PPM（0.5%）以下。
油是去除芳烃的脂肪烃。油单独的闪点在105℃以上，乳液的闪点超过100℃，但发生
沉降后闪点降为100℃。
表面活性剂的毒性非常低，它是山梨糖醇与聚氧乙烯化的壬基酚生成的脂。
阳离子乳液会剌激眼睛。
溅在地上的乳液应该用木屑吸收，并将木屑焚烧。留在地上的应当用高压水冲洗。
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