1. 硫酸铝
硫酸铝含有不同数量的结晶水,Al2(SO4)3•18H2O,其中n=6、10、14、16,18和27,常用的是Al2(SO4)3•18H2O其分子量为666.41,比重1.61,外观为白色,光泽结晶.
硫酸铝易溶于水,水溶液呈酸性,室温时溶解度大致是50%,pH值在2.5以下.沸水中溶解度提高至90%以上.
2. 聚合氯化铝
聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂.六十年代, 日本在制造与应用方面做了大量工作,有逐步取代硫酸铝的趋势.我国在1973年曾在成都召开全国新型混凝剂技术经验交流会,会上对聚合氯化铝的产品质量提出了要求,其中要求含氧化铝(Al2O8)10%以上,碱化度为50-80%,不溶物1%以下等.
我国某些地区仍将聚合氯化铝称为碱式氯化铝[A1n(OH)mCl3n-m],这是由于对它的基本化学式的不同理解而造成的.聚合氯化铝的化学式应表示为[Al2(OH)nC18-n]m,其中n可取1到5中间的任何整数,m为10的整数.这个化学式实际指m个A12(OH)nCl6-n(称羟基氯化铝)单体的聚合物.
聚合氯化铝中OH-与Al的比值对混凝效果有很大关系,一般可用碱化度B表示:
,例如n=4时,碱化度
.一般要求B为40~60%.
3. 三氯化铁
三氯化铁(FeCl3•6H2O)是一种常用的混凝剂,是黑褐色的结晶体,有强烈吸水性,极易溶于水,其溶解度随温度上升而增加,形成的矾花,沉淀性能好,处理低温水或低浊水效果比铝盐好.我国供应的三氯化铁有无水物、结晶水物和液体.液体、晶体物或受潮的无水物腐蚀性极大,调制和加药设备必须考虑用耐腐蚀器材(不锈钢的泵轴运转几星期也即腐蚀,用钛制泵轴有较好的耐腐性能).
三氯化铁加入水后与天然水中碱度起反应,形成氢氧化铁胶体,其反应式为
(1.15) 以上反应式只是一个粗略的表示方法,实际上要复杂得多,当被处理水的碱度低或其投加量较大时,在水中应先加适量的石灰.
水处理中配制的三氯化铁溶液浓度宜高,可达46%.
三氯化铁的优点是形成的矾花比重大,易沉降,低温、低浊时仍有较好效果,适宜的pH值范围也较宽,缺点是溶液具有强腐蚀性,处理后的水的色度比用铝盐高.
4. 硫酸亚铁
硫酸亚铁FeS04•7H20是半透明绿色结晶体,易于溶水,在水温20时溶解度为21%.
硫酸亚铁离解出的Fe2+只能生成简单的单核络合物,因此,不如三价铁盐那样有良好的混凝效果.残留于水中的Fe2+会使处理后的水带色,当水中色度较高时,Fe2+与水中有色物质反应,将生成颜色更深的不易沉淀的物质(但可用三价铁盐除色).根据以上所述,使用硫酸亚铁时应将二价铁先氧化为三价铁,然后再起混凝作用.
当水的pH值在8.0以上时,加入的亚铁盐的Fe2+易被水中溶解氧氧化成Fe3+
(1.16)当水的pH值 8.0时,则可加入石灰去除水中CO2
(1.17)石灰用量可按下式估算: =0.37a+1.27CO2(1.18)式中 a--FeSO4的投加量(毫克/升);
CO2--水中CO2的含量(毫克/升).当水中没有足够溶解氧时,则可加氯或漂白粉予以氧化:
(1.19)理论上1毫克/升FeSO4需加氯0.234毫克/升.
5. 碳酸镁
铝盐与铁盐作为混凝剂加入水中形成絮体随水中杂质一起沉淀于池底,作为污泥要进行适当处理以免造成污染.大水厂产生的污泥量甚大,因此不少人曾尝试用硫酸回收污泥中的有效铝、铁,但回收物中常有大量铁、锰和有机色度,以致不适宜再作混凝剂.
以上各种化学剂都可重复使用,既可节省药剂,又可减少污泥量.该工艺流程,根据实际使用结果表明,镁盐回收率可达80%以上,镁盐形成的矾花比铝盐的大且重,易于沉淀. 该项工艺可以与石灰软化法软水工艺结合使用.假如河流水或地下水中Mg2+含量较高,就有可能不投加新碳酸镁而完全进行循环.
6. 有机合成高分子混凝剂
高分子混凝剂一般都是线型高分子聚合物,它们的分子呈链状,并由很多链节组成,每一链节为一化学单体,各单体以共价键结合.聚合物的分子量是各单体的分子量的总和,单体的总数称聚合度.高分子混凝剂的聚合度即指链节数,约从1000~5000,低聚合度的分子量从1000至几万,高聚合度的分子量从几千至几百万,高分子混凝剂溶于水中,将生成大量的线型高分子.
聚丙烯酰胺(PAM)为非离子型聚合物.它的产量占高分子混凝剂生产总量的80%,是一种最重要的和使用最多的高分子混凝剂.在我国西北地区用来处理高浊度水,也称为三号絮凝剂,其结构式为 :
我国有的产品聚合度大2万-9万,分子量可达150万-800万.
高分子混凝剂的凝聚作用主要通过以下二方面进行.
(1)由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用对胶粒有较强的吸附结合力.
(2)因为高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展形状,从而发挥吸附架桥作用把许多细小颗粒吸附后,缠结在一起.
为了使高分子混凝剂能更好地发挥架桥和吸附作用,理论上应使高分子的链条延伸为最大长度并使可以电离的基团达到最大电离度,其目的是为了产生最多的带电部位,有利用吸附和由于这些带电部位的同号电荷的相斥力,使高分子链条延伸为最大长度,有利于架桥,见图1.8.
聚丙烯酰胺作为助凝剂常与其它混凝剂一起使用,产生良好的混凝效果.一般情况下,当原水浊度低时,宜先投加其他凝混剂,后投聚丙烯酰胺(相隔半分钟为宜
7. 天然高分子混凝剂
很多天然高分子物质如胶、淀粉、纤维索、蛋自质、藻类等都有混凝和助凝作用.我国天然野生植物很多,可以就地取材为水处理服务,比较有效的有海藻酸钠、木刨花、榆树根,松树籽等天然高分子物质,但应注意以下几点:
(1)首先对这些物质是否存在其他有毒物质进行毒理学的鉴定.
(2)应研究弄清天然高分子的结构和性能,以便今后有效地进行有机合成.
(3)研究提取和保存有效成分的方法.
