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絮凝剂的应用现状及发展趋势
隨著人們環保意識的增強和我國可持續發展戰略的實施,防止污染和保護環境的工作已引起各級政府的高度重視。工業水處理和環境保護要求不斷提高,水處理劑品种不斷丰富,性能不斷提高。廢水處理的方法很多,有生化法、吸附法、化學氧化法、离子交換法、電滲析法、絮凝沉淀法等等。其中絮凝沉淀法作為一种物理、化學處理法,因工藝簡單、效率高、費用較低等优點而應用最為廣泛。
1 絮凝劑在水處理中的重要地位
絮凝劑的絮凝在用水与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、65%-95%的膠体物質和降低水中ＣＯＤ;其次,絮凝作用去除水中細菌和病毒的效果穩定,通過絮凝淨化,一般能使水中90%以上的微生物与病菌一并轉入污泥,使處理水易于進一步消毒、殺菌;最后,對水体富營養化、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。
絮凝劑的分類
絮凝劑按照其化學成分總体可分為無机絮凝劑和有机絮凝劑兩類。其中無机絮凝劑又包括無机凝聚劑和無机高分子絮凝劑;有机絮凝劑又包括合成有机高分子絮凝劑、天然有机高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。
1 無机絮凝劑
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。低分子絮凝劑价格低、貨源充足、但因其用量大、殘渣多、效果差,故無机絮凝劑的發展已經基
本上完成了低分子向高分子的轉變。現常用的無机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复合絮凝劑四大類。?
(1)聚合鋁類絮凝劑
聚合鋁水解產生高价离子,形成各种類型的羥基多核絡合物。它們通過羰基式橋聯作用,處于亞穩定狀態。而ＯＨ-与Ａｌ3+的比值[2](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,導致絮凝效果降低。研究表明,鹽基度在75%-85%時最佳,此時絮凝体產生快,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。在工業水處理中得到廣泛的應用[3]。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机絮凝劑,絮凝机理与聚合鋁類似。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机高分子絮凝劑特點外,還具有价格低、ｐＨ值适用范圍寬等特點。但是總体來說,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,鐵水解反應突變,從高价聚合態羥基絡离子轉化成低价聚合態膠凝產物。且聚合鐵產品穩定性差,聚合几個小時至一周內即轉向沉淀,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
活性硅酸也是一种重要的無机高分子絮凝劑,它來源廣、价格低廉、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淨水處理中的難題有著顯
著的特性[4],在國內外引起足夠重視。但由于易自行縮聚析出凝膠而失活只能現用現配;另外,在生產中很難精确控制其聚合度,難以達到最佳絮凝效果,限制了其應用。所以應用效果較好的多為改性產品,諸如改性活化硅酸、聚硅酸硫酸鋁(ＰＳＡＡ)[5],ＰＳＡＭ等等。究其机理,大都是在活性硅酸中加入一定量高价金屬离子,使其組分帶正電荷,控制其聚合度、電荷密度,保証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)复合絮凝劑
近年來,复合絮凝劑的研制成為熱點。复合絮凝劑按化學成分分為無机复合型、有机复合型、有机無机复合型三大類。無机复合絮凝劑成分較多,主要原料有鋁鹽、鐵鹽和硅酸鹽。國外先后研制開發出聚合鋁鐵、鋁硅、硅鋁、硅鐵以及聚合鋁/鐵与活性致混物質等复合絮凝劑。
有机無机复合絮凝劑以品种多樣和性能多元化占主導地位。作用机理主要与協同作用相關。無机高分子成分吸附雜質和懸浮微粒,使形成顆粒并逐漸增大;而有机高分子成分通過自身的橋聯作用,利用吸附在有机高分子上的活性基團產生网捕作用,网捕其它雜質顆粒一同下沉。同時,無机鹽的存在使污染物表面電荷中和,促進有机高分子的絮凝作用,大大提高絮凝效果。我國無机高分子絮凝劑的生
產和應用已取得長足進展,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。
2 有机絮凝劑
有机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,且帶有多种帶電基團,可為鏈狀、環狀、网狀結构,利于污染物進入絮体,脫色性好。
合成高分子絮凝劑。
合成有机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离子型、陰离子型、非离子型和兩性型絮和非离子型聚合物。
陽离子型高分子絮凝劑
陽离子型有机高分子絮凝劑适合于除去廢水中的有机物[7],ｐＨ值适用范圍為中至強酸性。陽离子絮凝劑不僅可通過電荷中和、架橋脫穩、絮凝,而且還可与帶負電荷的溶解物反應,生成不溶物,從而有利于沉降脫水,并且有脫色功能,對有机物和無机物都有很好的淨化作用,且更适合于有机物含量高的廢水,ｐＨ值使用范圍寬,用量少,毒性也小。近年來,我國對此類絮凝劑的研究主要集中于聚丙烯 胺接枝共聚物[8],烷基烯丙基氯化銨,聚環氧丙烷与胺的反應產物三大類上,并已取得顯著進展[9-11]。
陰离子型高分子絮凝劑
陰离子型有机高分子絮凝劑研制開發較早,技術比較成熟,但因應用范圍的限制,有關的新產品研究報道較少。常用的有聚丙烯酸鈉、丙烯 胺与丙烯酸鈉共聚物,聚苯乙烯磺酸鈉等。聚丙烯 胺水解或者將丙烯 胺与丙烯酸鹽共聚,都能生成陰离子型聚丙烯 胺[12],但容易受ｐＨ值和鹽類的影響,在酸性介質中羧基解离受限,對某些礦物的吸附活性較低。若用強酸性的磺酸基代替弱酸性的羧基,則可得以改善[13]。
非离子型高分子絮凝劑