水處理混凝劑的發展和展望
【摘要】混凝是對不溶態污染物的分離技術，指在混凝劑的作用下，使廢水中的膠體和細微懸浮物凝聚成絮凝體，然后予以分離除去的水處理法。混凝在給水和廢水處理中的應用是非常廣泛的，它既可以降低原水的濁度、色度等水質的感觀指標，又可以去除多種有毒有害污染物。混凝處理效果往往決定著后續流程的運行工況、處理費用及最終出水水質。本文主要對混凝劑的研究進展進行了評述，并對其今后的發展提出了展望。
【關鍵詞】水處理；無機混凝劑；有機混凝劑
混凝過程是給水和廢水處理眾多工藝流程中不可缺少的前置單元操作技術,混凝處理效果往往決定著后續流程的運行工況、處理費用及最終出水水質。隨著近年來水資源短缺及水體污染的日益嚴重, 如何進一步強化混凝過程、擴展處理范圍、提高效能、降低藥耗、縮短反應時間、降低投資及運行成本,從整體上改善現有傳統混凝工藝技術的質量和效果,一直是水處理領域中研究的熱點,尤其是新型、高效、安全、無毒混凝劑的研制[1]。
1．無機混凝劑
1.1鋁系混凝劑
鋁鹽是最傳統、應用最廣泛的混凝劑。簡單的鋁鹽,如硫酸鋁、氧化鋁和明礬等,其主要作用機理是通過對水中膠體顆粒的壓縮雙電層作用、吸附電中和作用、吸附架橋作用及沉淀物卷掃作用,從而使膠體顆粒脫穩凝聚。盡管鋁鹽被廣泛使用,但鋁是低毒物質,經各種渠道進入人體后,會在一些機體組織中積蓄,并參與許多生物化學反應,能將體內必需的營養元素和微量元素置換流失或沉積,從而破壞各部位的生理功能,導致人體出現諸如鋁性腦病、鋁性貧血等中毒病癥。為解決鋁帶來的負面效應,傳統的鋁鹽有被其它無機鹽或鋁系高分子混凝劑取代的趨勢。聚合氯化鋁(PAC)是常用的鋁系高分子混凝劑,對高濁度、低濁度、高色度及低溫水都有較好的混凝效果,PAC的效能在許多方面優于明礬等傳統鋁鹽,其投加量小,絮凝體形成速度快且顆粒大而重,易沉淀,反應沉淀時間短,對原水水溫及pH值的適用范圍廣(5～9)。除PAC外,還有聚合硫酸鋁(PAS)、聚合磷酸鋁(PAP)等高分子鋁鹽,以及含鋁復合型混凝劑,如聚硫酸氯化鋁、聚磷酸氯化鋁等[2]。
1.2鐵系混凝劑
鹽是鋁鹽的主要替代品,采用鐵鹽作為混凝劑,不僅安全無毒, 避免二次污染,而且具有混凝能力強、礬花大、沉降快、水溫和pH值適用范圍廣、價格便宜等優點。尤其是在低溫條件下,鐵鹽的混凝效果明顯優于鋁鹽。但其腐蝕性強,對設備要求高,且鐵鹽混凝劑中的Fe3+與水中腐殖質等有機物可形成水溶性污染物,使自來水帶色,故需慎重選取。簡單的鐵鹽主要是氯化鐵、硫酸亞鐵等。與鋁鹽類似,鐵鹽也從簡單的低分子混凝劑向高分子混凝劑方向發展。除PFS以外,還有聚磷酸鐵(PFP)、聚磷氯化鐵(PPFC)、聚硫酸氯化鐵(PASC)等復合型混凝劑[3]。
1.3聚硅酸類混凝劑
聚硅酸在20世紀30年代后期作為混凝劑在水處理中得到應用。此類混凝劑在通常條件下組分帶負電荷,屬陰離子型高分子混凝劑,主要依靠表面羥基的氫鍵作用可以吸附許多其它分子,并且硅酸在聚合過程中,隨著分子量的不斷增大而交聯成網狀,吸附架橋能力增強,從而聚合度增大,處理效果加強,形成的絮粒大而易于沉降。聚硅酸在儲存時易發生自聚反應,析出硅膠而失去混凝功能,故只能現場制備,這也就限制了聚硅酸的應用和推廣。聚硅酸可以作為助凝劑,與鋁鹽、鐵鹽或無機高分子混凝劑聚鋁、聚鐵等配合使用,或用聚硅酸和鋁鹽或鐵鹽制成含金屬離子的聚硅酸混凝劑應用到水處理中,其中含金屬離子的聚硅酸混凝劑應用較廣。在聚硅酸中加入少量金屬離子(Al3+,Fe3+ 等),可抑制硅酸聚合,延緩其凝膠,并能使絮凝體體積明顯增大,從而改善低溫混凝效果[4]。
2．有機混凝劑
有機高分子混凝劑與無機混凝劑相比,具有用量少、混凝速度快、受共存鹽類、pH值及溫度影響小、生成的污泥量少、處理效果好等優點。目前使用的有機高分子混凝劑主要有人工合成有機高分子混凝劑和天然高分子混凝劑兩種。此外,近幾年微生物高分子絮凝劑的研究也越來越受到關注[5]。
2.1人工合成有機高分子混凝劑
人工合成有機高分子混凝劑多為聚丙烯、聚乙烯物質,如聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺等。由于分子量大、分子官能團多、用量小、品種多等特點,在市場上占絕對優勢,尤以聚丙烯酰胺系列最為廣泛。人工合成有機高分子混凝劑的最大特點是可根據需要采用合成方法對碳鏈長度進行調節,同時在碳鏈上引人不同性質的官能團。有機高分子混凝劑根據官能團的性質,可分為陽離子型(如季銨鹽、陽離子型聚內烯酰胺等)、陰離子型(如部分水解聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉及丙烯酰胺與丙烯酸等單體的共聚物)、非離子型(如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚氧乙烯等)和兩性型(如兩性聚丙烯酰胺等)等類型。合成有機高分子混凝劑分子鏈上所帶的官能團如-COOH、-CONH2、-OH、-NH2等,可以強烈吸附細微顆粒,在微粒與微粒之間形成架橋作用,這種結構上的變化可構成能滿足各種不同需要的產品,而且還可以針對不同處理對象合成單體含量不同和分子量不同的有機高分子混凝劑。但是目前,由于人工合成有機高分子混凝劑的價格不斷上漲,以及高分子混凝劑殘留單體毒性等問題,限制了它在食品加工、給水處理及發酵工業等方面的發展。而最令人擔心的是合成有機高分子混凝劑是否會對人體健康產生長期的影響,包括毒性、致癌性、致突變性等,至今尚未有定論。
2.2天然高分子混凝劑
天然高分子混凝劑在水處理中的應用歷史可追溯到2000年前的古代中國和古埃及。在近代水處理中,通過化學改性的天然高分子化合物仍是一類重要的混凝劑,其特點是分子量分布廣,活性基團點多, 結構多樣化等,尤為突出的是它安全無毒,具有良好的“環境可接受性”。但此類混凝劑由于電荷密度較小,分子量較低,且易發生生物降解而失去絮凝活性等缺點,其使用少于合成高分子混凝劑。
2.3微生物高分子絮凝劑
大量研究發現,許多微生物能產生絮凝物質,主要包括:革蘭氏陽性菌,如紅平紅球菌、棒狀桿菌等;革蘭氏陰性菌,如協腹產堿桿菌等;其它微生物,如假單胞菌屬、土壤桿菌屬、擬青霉屬等。其中具有最強絮凝作用的是紅平紅球菌,在日本的旱田土壤中最常見,在沉降性能良好的活性污泥微生物中約占2%,用它開發的微生物絮凝劑被命名為 NOC-1。微生物絮凝劑可用于廢水懸浮顆粒的去除,廢水脫色,乳化液油水分離,污泥沉降性能的改善,畜牧場廢水的處理,污泥脫水等。
3．結語
縱觀混凝劑的發展歷史可以看出,水處理混凝劑經歷了從最初的傳統混凝劑,到無機高分子混凝劑,再到有機高分子混凝劑;從簡單的天然有機高分子混凝劑,到合成的有機高分子混凝劑,再到天然改性有機高分子混凝劑;從化學混凝劑,到具有生態安全性能的微生物混凝劑,即當前混凝劑的發展趨勢是高分子化、復合化和多功能化。為了進一步提高混凝劑使用的經濟效益、社會效益和環境效益,今后研究的重點應放在復合型高分子混凝劑的研制、天然高分子物質及其改性產品的應用、微生物混凝劑的開發及新產品和傳統混凝劑的結合應用上。
【參考文獻】
［1］何慧琴,童仕唐.水處理中絮凝劑的研究進展[J].應用化工,2001,30(6):14-16.
［2］王敏,童芳華.鋁鹽混凝劑的研究進展[J].江西化工,2005,(2):9-11.
［3］肖筱瑜,張靜.水處理絮凝劑研究進展[J].礦產與地質,2003,17(1):90-95.
［4］崔子文,郝紅英.水處理中絮凝劑的研究應用現狀[J].山西化工,1999,19(1):58- 61.
［5］張莉,李本高.水處理絮凝劑的研究進展[J].工業用水與廢水,2001,32(3):5-7.
［6］康建雄,白云山.水處理絮凝劑的開發與應用[J].華中科技大學學報,2004,(2): 23-26.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
如果需要了解更加詳細的內容，請點擊下載 
水處理混凝劑的發展和展望.rar
下載該附件請登錄，如果還不是本網會員，請先注冊
