兩種常用固液分離技術(shù)的分析與比較
行業(yè)動(dòng)態(tài)
在煤泥水多相分散體系中，微細(xì)顆粒的存在對(duì)沉降和過(guò)濾特性起決定性作用，借助于化學(xué)手段使微細(xì)顆粒聚集成較大顆粒的凝塊或絮團(tuán)，是改善煤泥水沉降及固液分離效果的有效途徑。在固液分離過(guò)程中可以通過(guò)凝聚和絮凝的方法來(lái)破壞分散體系的穩(wěn)定性，從而加快車娘速度并提高過(guò)濾效率。
1 凝聚與絮凝的一般概念
凝聚作用是加入無(wú)機(jī)電解質(zhì)通過(guò)電性中和作用來(lái)解除布朗運(yùn)動(dòng)，使微粒能夠靠近接觸而聚集在一起。絮凝作用是加入帶有許多能吸附微粒的有效官能團(tuán)的線狀高分子化合物，它像一條長(zhǎng)繩能將許多微粒吸附在一起形成一個(gè)絮團(tuán)，從而加速了沉降。長(zhǎng)碳鏈的高分子化合物在微粒之間起聯(lián)系的橋梁作用，稱“架橋”作用。
2 作用原理
2.1 凝聚理論
2.1.1 同相凝聚與異相凝聚
具有相同顆粒表面電位的顆粒之間的凝聚稱為同相凝聚。由于表面電位相同，顆粒之間受靜電斥力作用。同相凝聚過(guò)程由DLVO理論加以敘述。
表面電位不同的異類顆粒之間的凝聚稱為異向凝聚。異相凝聚的靜電作用分兩種情況：
（1）相反電性（或一方不帶電）的顆粒，總受到其靜電引力作用。
（2）具有相同電性但大小不一的顆粒，相距較遠(yuǎn)時(shí)表現(xiàn)為靜電斥力；而距離變小后又呈現(xiàn)靜電吸引。在兩類異相凝聚中，前者為自發(fā)過(guò)程，而后者則取決于荷電較小的顆粒電量。
在煤泥水體系中，由于煤和礦物質(zhì)顆粒在正常pH條件下都荷負(fù)電，且電位相差不大，因此以同相凝聚為主。
2.1.2 DLVO理論
該理論認(rèn)為一對(duì)顆粒之間的相互勢(shì)能由兩部分組成：雙電層靜電排斥能VR，分子作用能VA。
這兩方面作用能具有加合性，相互作用總勢(shì)能VT為：VT=VA隨著顆粒之間距減少，總能量出現(xiàn)三個(gè)極值：
（1）第二能谷。顆粒間距較大 ，形成準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)凝聚體，自發(fā)過(guò)程。
（2）能峰（勢(shì)壘）。形成穩(wěn)定凝聚體的能量障礙。
（3）第一能谷。顆粒充分靠近，形成穩(wěn)態(tài)凝聚體，自發(fā)過(guò)程。
對(duì)于微細(xì)顆粒體系，無(wú)法施加外部能量克服勢(shì)壘。只有通過(guò)降低勢(shì)壘的方法使其凝聚。而勢(shì)壘主要取決于顆粒靜電能，只有通過(guò)添加某些離子，改變水中離子數(shù)量及構(gòu)成，降低顆粒電動(dòng)電位是促成顆粒凝聚的一條有效途徑。這就是凝聚的作用原理，也是不同水質(zhì)煤泥水為什么處于不同分散狀態(tài)的原因所在。
2.2 絮凝原理
絮凝原理是和絮凝劑的結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)。
絮凝劑通常是有機(jī)高分子化合物，它有兩部分構(gòu)成：高分子骨架，活性基因。絮凝作用是由它們共同完成的。活性基團(tuán)與顆粒表面通過(guò)各種鍵合作用，使得顆粒與絮凝劑結(jié)合。它決定了絮凝劑的鍵合類型以及鍵合的顆粒種類（即絮合的選擇性）。高分子骨架起到一種架橋作用，把粘結(jié)顆粒的絮凝劑分子聯(lián)系在一起，形成絮團(tuán)。
分子大小與絮團(tuán)結(jié)構(gòu)及大小密切關(guān)系，因此，絮凝劑分子量對(duì)絮凝效果影響很大。
3 凝聚作用與絮凝作用的區(qū)別
雖然凝聚作用和絮凝作用都可以起到加速固液分離的目的，但作用機(jī)理不同。凝聚作用是：當(dāng)在分散體系中加入無(wú)機(jī)電解質(zhì)，通過(guò)電性中和，壓縮雙電層，降低了Σ點(diǎn)電位，減少微粒間的排斥能，從而達(dá)到凝聚的目的。絮凝作用則是：利用帶有許多活性官能團(tuán)的高分子線狀化合物能在分子上吸附多個(gè)微粒的能力，通過(guò)架橋作用將許多微粒聚集在一起，形成一些較大體積的松散絮團(tuán)，從而達(dá)到絮凝的目的。在固液分離過(guò)程中，由于兩種作用不同，其效果亦有區(qū)別?，F(xiàn)將這兩種作用的區(qū)別敘述如下：
3.1 絮團(tuán)大小不同
絮凝作用生成的絮團(tuán)比凝聚作用生成的絮團(tuán)大，這是由于高分子絮凝劑本身具有凝聚劑所沒(méi)有的獨(dú)特性能----吸附架橋作用，它可以使許多微?；ハ嘟Y(jié)合，具有較大塊絮團(tuán)的功能。
3.2 沉降速度
絮凝速度較凝聚速度快，根據(jù)斯托克斯定律可知，懸浮微粒的沉降速度與其粒徑成正比，有機(jī)高聚物通過(guò)其吸附架橋作用能將許多微粒連在一起，形成一個(gè)較大的絮團(tuán)，因大絮團(tuán)自由沉降作用與大顆粒相似，所以沉降速度快。凝聚作用是依靠微粒的碰撞粘附在一起的，所以聚集速度慢，形成的絮團(tuán)細(xì)小，因而沉降速度緩慢。
3.3 絮團(tuán)強(qiáng)度不同
凝聚作用是壓縮雙電層排斥能降低，然后又范德華吸引力起吸附作用，使微?？康煤芙?；而凝聚作用是長(zhǎng)碳鏈高分子線狀化合物起紐帶的架橋作用，將微粒連結(jié)在一起，形成比較松散的絮團(tuán)。
3.4 濾餅含水率
使用高分子絮凝劑生成的絮團(tuán)松散，微粒間空隙很多，水分可以直接浸入到絮團(tuán)內(nèi)部，因而絮凝物或?yàn)V餅含水率高。使用凝聚劑時(shí)，凝聚物堅(jiān)硬結(jié)實(shí)，原因是絮團(tuán)內(nèi)部沒(méi)有空隙，水分不能進(jìn)入，凝聚物或?yàn)V餅含水率低。
4 凝聚劑與絮凝劑的分類
4.1 無(wú)機(jī)凝聚劑
無(wú)機(jī)凝聚劑種類很多，下面就三種常用藥劑加以介紹。
4.1.1 鋁鹽和鐵鹽凝聚劑
鋁鹽和鐵鹽在水中存在形態(tài)不同，產(chǎn)生凝聚的機(jī)理也不同。
（1）電中和凝聚。在離子含量較低情況下，鋁離子和鐵離子主要以低聚合度高正電荷多核絡(luò)離子形態(tài)存在，對(duì)水中顆粒起電中和作用。
（2）架橋絮凝。當(dāng)離子含量達(dá)到一定濃度時(shí)，鋁離子和鐵離子主要以聚合度低電荷的無(wú)機(jī)高分子及凝膠狀化合物的形式存在，它們?cè)陬w粒間起粘接架橋作用，使之絮凝。
（3）吸附卷掃。當(dāng)離子含量較大時(shí)，鋁離子和鐵離子以微小的氫氧化物凝聚形態(tài)存在，吸附和粘結(jié)水中膠體雜質(zhì)，卷帶它們一起從水中分離出去。
4.1.2 無(wú)機(jī)高分子聚合物
聚合氯化鋁是一種將鋁鹽預(yù)先控制在適宜條件下而制成的帶有適量電荷和較大聚合度的無(wú)機(jī)高分子電解質(zhì)。它本質(zhì)上與其它鋁鹽相同，只是以較優(yōu)形態(tài)投入水中以立即發(fā)揮作用。
4.1.3 低價(jià)金屬的鹽類
這類離子在水中多以離子形式存在，主要通過(guò)壓縮雙電層降低表面電位達(dá)到凝聚的目的。
在以上三類凝聚劑中，由于無(wú)機(jī)離子凝聚劑用量少，效果好，目前應(yīng)用廣泛。
4.2 絮凝劑
絮凝劑分為天然高分子化合物和人工合成有機(jī)高分子化合物。
天然高分子絮凝劑有淀粉類、纖維素的衍生物、腐植酸鈉、藻類及鹽、蛋白質(zhì)等。它們?yōu)樗苄跃酆衔?，其化學(xué)結(jié)構(gòu)、分子量、活性基各不相同。人工合成高分子絮凝劑分以下三種類型：
（1）陰離子型，如聚丙烯酸鹽，聚磷酸乙烯酯等。
（2）陽(yáng)離子型，如聚乙烯亞銨等。
（3）非離子型，如聚乙烯醇，聚氧化烯等。
按煤廠目前廣泛采用水解聚丙烯酰胺類絮凝劑。
5 藥劑的應(yīng)用
凝聚劑的應(yīng)用主要兩方面：與絮凝劑配合，用于較高濃度煤泥水處理；單獨(dú)應(yīng)用處理低濃度污水以獲得澄清水。此外，部分凝聚劑在分選過(guò)程中起到分散劑和pH調(diào)整作用。絮凝劑用于分選和固液分離。用選擇性強(qiáng)的絮凝劑進(jìn)行選擇性絮凝，是分選微細(xì)粒煤和礦物的有效方法。在固液分離時(shí)，可作為沉降絮凝劑加速顆粒沉降（如濃縮機(jī)，沉降式離心機(jī)）。也可作為助濾劑（如帶式擠壓機(jī)、過(guò)濾機(jī)），以改善物料的可過(guò)濾性。除了煤泥水處理外，凝聚和絮凝技術(shù)在處理各種工業(yè)污水和冶金方面也有重要應(yīng)用。
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