水處理絮凝劑的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

水處理絮凝劑的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

摘要:文章論述了水處理絮凝劑的重要地位、種類和應(yīng)用現(xiàn)狀,對無機絮凝劑、有機絮凝劑和微生物絮凝劑的特性進行了分析,并且展望了絮凝劑研究的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞:水處理;絮凝劑;應(yīng)用;高分子絮凝劑

水源危機日趨嚴重。供水緊張和污水凈化成為我國面臨的主要難題之一。隨著人們環(huán)保意識的增強和我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施,防止污染和保護環(huán)境的工作已引起各級政府的高度重視。工業(yè)水處理和環(huán)境保護要求不斷提高,水處理劑品種不斷豐富,性能不斷提高。廢水處理的方法很多,有生化法、吸附法、化學(xué)氧化法、離子交換法、電滲析法、絮凝沉淀法等等。其中絮凝沉淀法作為一種物理、化學(xué)處理法,因工藝簡單、效率高、費用較低等優(yōu)點而應(yīng)用最為廣泛。

1絮凝劑在水處理中的重要地位

絮凝劑的絮凝在用水與廢水處理中占重要地位。首先,絮凝作用能有效脫除80-95的懸浮物質(zhì)、65-95的膠體物質(zhì)和降低水中ＣＯＤ;其次,絮凝作用去除水中細菌和病毒的效果穩(wěn)定,通過絮凝凈化,一般能使水中90以上的微生物與病菌一并轉(zhuǎn)入污泥,使處理水易于進一步消毒、殺菌;最后,對水體富營養(yǎng)化、廢水脫色等問題,采用絮凝沉淀法比生物法除磷、脫色效果更好。

2絮凝劑的分類

絮凝劑按照其化學(xué)成分總體可分為無機絮凝劑和有機絮凝劑兩類。其中無機絮凝劑又包括無機凝聚劑和無機高分子絮凝劑;有機絮凝劑又包括合成有機高分子絮凝劑、天然有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。

無機絮凝劑[1]

按其分子量的大小可分為低分子絮凝劑和高分子絮凝劑兩大類。低分子絮凝劑價格低、貨源充足、但因其用量大、殘渣多、效果差,故無機絮凝劑的發(fā)展已經(jīng)基本上完成了低分子向高分子的轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)常用的無機高分子絮凝劑有聚合鋁類絮凝劑、聚合鐵類絮凝劑和活性硅酸類絮凝劑以及復(fù)合絮凝劑四大類。?

(1)聚合鋁類絮凝劑

聚合鋁水解產(chǎn)生高價離子,形成各種類型的羥基多核絡(luò)合物。它們通過羰基式橋聯(lián)作用,處于亞穩(wěn)定狀態(tài)。而ＯＨ-與Ａｌ3的比值(一般稱鹽基度或鹼基度)對絮凝效果影響很大。通常鹽基度越高,絮凝效果越強,但過高則本身易生成難溶的氫氧化鋁沉淀,導(dǎo)致絮凝效果降低。研究表明,鹽基度在75-85時最佳,此時絮凝體產(chǎn)生快,顆粒大而重,沉淀性能好。聚合鋁具有投藥量少、沉降速度快、顆粒密實、除濁、除色效果明顯等特點。在工業(yè)水處理中得到廣泛的應(yīng)用。值得注意的是鋁,尤其是活性鋁,毒性較大,同時聚合鋁制備方法不完善,致使較多水解鋁的微細顆粒存在于溶液中,這在一定程度上限制了聚合鋁的使用。通過改善混凝反應(yīng)條件,延長慢速混凝時間,能有效降低水中鋁的含量。

(2)聚合鐵類絮凝劑

聚合鐵是另一新型無機絮凝劑,絮凝機理與聚合鋁類似。其主要類型有聚硫酸鐵、聚氯化鐵、聚氯化硫酸鐵等等。聚氯化硫酸鐵除具有鋁鹽類無機高分子絮凝劑特點外,還具有價格低、ｐＨ值適用范圍寬等特點。但是總體來說,聚合鐵需要較低的鹽基度,一般須將ＯＨ-/Ｆｅ3比值控制在8～15。超出此范圍,鐵水解反應(yīng)突變,從高價聚合態(tài)羥基絡(luò)離子轉(zhuǎn)化成低價聚合態(tài)膠凝產(chǎn)物。且聚合鐵產(chǎn)品穩(wěn)定性差,聚合幾個小時至一周內(nèi)即轉(zhuǎn)向沉淀,絮凝效果降低,故其用量遠不及聚合鋁。

(3)活性硅酸類絮凝劑

活性硅酸也是一種重要的無機高分子絮凝劑,它來源廣、價格低廉、無毒、且絮凝、助凝效果好,尤其對于低溫低濁水的混凝處理這一凈水處理中的難題有著顯著的特性,在國內(nèi)外引起足夠重視。但由于易自行縮聚析出凝膠而失活只能現(xiàn)用現(xiàn)配;另外,在生產(chǎn)中很難精確控制其聚合度,難以達到最佳絮凝效果,限制了其應(yīng)用。所以應(yīng)用效果較好的多為改性產(chǎn)品,諸如改性活化硅酸、聚硅酸硫酸鋁(ＰＳＡＡ),ＰＳＡＭ等等。究其機理,大都是在活性硅酸中加入一定量高價金屬離子,使其組分帶正電荷,控制其聚合度、電荷密度,保證其同時具有電中和作用和吸附架橋作用,從而克服活性硅酸自身弱點,大大提高絮凝效果。

(4)復(fù)合絮凝劑

近年來,復(fù)合絮凝劑的研制成為熱點。復(fù)合絮凝劑按化學(xué)成分分為無機復(fù)合型、有機復(fù)合型、有機無機復(fù)合型三大類。無機復(fù)合絮凝劑成分較多,主要原料有鋁鹽、鐵鹽和硅酸鹽。國外先后研制開發(fā)出聚合鋁鐵、鋁硅、硅鋁、硅鐵以及聚合鋁/鐵與活性致混物質(zhì)等復(fù)合絮凝劑。

有機無機復(fù)合絮凝劑以品種多樣和性能多元化占主導(dǎo)地位。作用機理主要與協(xié)同作用相關(guān)。無機高分子成分吸附雜質(zhì)和懸浮微粒,使形成顆粒并逐漸增大;而有機高分子成分通過自身的橋聯(lián)作用,利用吸附在有機高分子上的活性基團產(chǎn)生網(wǎng)捕作用,網(wǎng)捕其它雜質(zhì)顆粒一同下沉。同時,無機鹽的存在使污染物表面電荷中和,促進有機高分子的絮凝作用,大大提高絮凝效果。我國無機高分子絮凝劑的生產(chǎn)和應(yīng)用已取得長足進展,最具有代表性的聚合氯化鋁和聚合硫酸鐵的研究,已居世界前列。

有機絮凝劑

有機絮凝劑主要分為合成高分子型和天然高分子型。其特點是用量少、絮凝速度快、受共存鹽類、ｐＨ值及溫度的影響小,生成的污泥量小,且?guī)в卸喾N帶電基團,可為鏈狀、環(huán)狀、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),利于污染物進入絮體,脫色性好。

合成高分子絮凝劑。

合成有機高分子絮凝劑多為水溶性聚合物,具有分子量大、分子鏈官能團多的特點。按所帶電荷不同分為陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性型絮和非離子型聚合物。

微生物絮凝劑被廣泛用于給水或污水處理。通過其電荷性質(zhì)和高分子特性在液體介質(zhì)中起電荷中和、架橋、網(wǎng)捕、吸附等作用,使膠體脫穩(wěn)、絮凝、沉淀、固液分離。黃民生等人[18]從活性污泥中分離出能產(chǎn)生高絮凝活性物質(zhì)的微生物,其產(chǎn)品的凈水效果良好,并可使絮凝劑的總用量大大減少。鄧述波等人[19]利用含有糖醛酸、中性糖和氨基糖的多糖絮凝劑處理河水,比使用海藻酸鈉、明膠等絮凝劑產(chǎn)生的絮團大、沉降快、上清液度低,且ＣＯＤ值小。尹華等人[20]從石化廠活性污泥中篩選出Ｊ-25菌株,利用葡萄糖、味精廢水母液等作為培養(yǎng)液,制備了微生物絮凝劑ＬＭＢＦ-25。該絮凝劑熱穩(wěn)定性良好,對石化廢水有理想的處理效果,并能改善污泥的沉降性能。

3絮凝劑的發(fā)展趨勢和研究方向[21]

近幾十年來,絮凝劑的發(fā)展方向逐漸由無機向有機化、低分子向高分子化、單一型向復(fù)合型、合成型向天然微生物型轉(zhuǎn)化,絮凝劑產(chǎn)品也逐漸多樣化、專門化、環(huán)?；?。但隨著水處理的日益復(fù)雜和技術(shù)的日益更新,對絮凝劑的要求也越來越高。從目前國內(nèi)外水處理劑的現(xiàn)狀來看,在品種、性能、工藝方法以及成本等方面,都有待于進一步研究和發(fā)展。為此,今后的水處理研究開發(fā)工作必須從以下方面進行。

進一步開展研究絮凝機理

從產(chǎn)品的絮凝機理入手,在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上,更加系統(tǒng)全面地開展研究,掌握其微觀結(jié)構(gòu)和絮凝機理;并研究探索新型高效的水處理產(chǎn)品,以滿足日益擴大的市場需求。

絮凝品種多樣化、專門化

隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,廢水處理的成分日益復(fù)雜,難度不斷加大,單一絮凝劑的不足日趨明顯,所以提高其絮凝效果的多樣化研究勢在必行,成為今后絮凝劑研究與應(yīng)用的熱點。同時,因水質(zhì)對絮凝效果影響很大,對水體的不同ｐＨ值范圍、不同化學(xué)耗氧量,以及不同懸浮物、雜質(zhì)種類,都應(yīng)有最佳的絮凝劑。研制專一、高選擇性的絮凝劑,使其在對特定水質(zhì)的處理效果突出,將會使水處理收效顯著。

加強絮凝處理工藝和工程的研究影響絮凝劑絮凝效果的因素很多。ｐＨ值、溫度、絮凝劑用法及用量等的不同都會影響其絮凝效果。因此,加強對絮凝處理工藝的研究,優(yōu)化絮凝劑產(chǎn)品,將會為新型絮凝劑開發(fā)和提高處理效果創(chuàng)造良好條件。

增強環(huán)保意識,加強對無毒、新型天然改性高分子絮凝劑的研究隨著國際環(huán)保意識的增強,對水處理劑無毒、無二次污染的呼聲越來越高,人們的研究理念也逐漸由合成高分子絮凝劑向天然高分子絮凝劑轉(zhuǎn)變。天然改性高分子絮凝劑來源廣泛、價格低廉、無毒、無二次污染。因此,應(yīng)擴大品種,研制多功能水處理劑,以滿足各種廢水處理的不同需求。

研究與開發(fā)微生物絮凝劑

微生物絮凝劑是一種新型可生物降解的水處理劑,其優(yōu)良的絮凝沉降性能和綠色環(huán)保特點,為今后大規(guī)模應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。我們相信隨著生物技術(shù)的發(fā)展,其成本將會大幅度下降,應(yīng)用價值也必將逐年提高。

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