水處理絮凝劑的研究與發展趨勢
絮凝沉淀法因其工藝簡單、效率高、費用較低等優點而廣泛應用于活水治理。絮凝劑性質直接影響絮凝效果的好壞。隨著科學技術的發展，絮凝劑的種類也日益增多，絮凝劑逐漸從單一化向多樣化轉變，研制開發新型高效的絮凝劑是實現絮凝過程優化的核心技術。
1絮凝劑的分類
根據絮凝劑的成分以及制備方法的不同可將其大致分為無機絮凝劑、有機高分子絮凝劑、微生物絮凝劑3大類。
1．1無機絮凝劑
無機絮凝劑的應用歷史悠久，廣泛的用于水的凈化處理和污水的脫泥處理。無機絮凝劑按相對分子質量分為無機低分子絮凝劑和無機高分子絮凝劑。無機低分子絮凝劑按金屬鹽的種類可分為鋁鹽系和鐵鹽系，包括硫酸鋁、氯化鋁、硫酸鐵、氯化鐵等。其中硫酸鋁是最早由美國開發的，并一直沿用至今。常用的鋁鹽有硫酸鋁和明礬；常用的鐵鹽有三氯化鐵水合物、硫酸亞鐵水合物和硫酸鐵。無機絮凝劑的優點是用法簡單，但用量大、絮凝效果低，而且存在成本高、腐蝕性強的缺點。
20世紀60年代，在傳統的鐵鹽、鋁鹽基礎上發展了無機高分子絮凝劑，具有絮凝能力強、絮凝效果好、價格低廉等特點，已逐步成為絮凝藥劑的主流。在日本、俄羅斯、西歐和中國都已具有了相當規模的無機高分子絮凝劑的生產和應用，其生產已占絮凝劑總產量的30%一60%。雖然無機高分子絮凝劑對處理各種復雜成分的水適用性強，可以有效去除細微懸浮顆粒，但生成的絮體不如有機高分子絮凝劑生成的絮體大，且單獨使用無機絮凝劑的投藥量大。
1．2有機高分子絮凝劑
與無機絮凝劑相比，有機高分子絮凝劑的結構多樣、活性基團多、相對分子質量高，具有用量少、浮渣產量少、絮凝能力強、絮體容易分離、除油及除懸浮物效果好等特點，在處理煉油廢水、工業廢水、高懸浮物廢水及固液分離中有著廣泛的用途。有機高分子絮凝劑可分為合成有機高分子絮凝劑和天然高分子絮凝劑引。
1．3微生物絮凝劑
微生物絮凝劑是上世紀8O年代后期研究開發的第3類絮凝劑J引，是一類由微生物產生的具有絮凝劑活性的代謝產物，主要有糖蛋白、多糖、蛋白質、纖維素和DNA以及有絮凝劑活性的菌體等。該絮凝劑是利用生物技術，通過微生物發酵、抽取、精制而得到的一種新型、高效、廉價的水處理劑，是一種無毒的生物高分子化合物。生物絮凝劑的開發始于上世紀70年代末。1976年，日本學者在研究酞酸生物降解過程中發現了具有絮凝作用的微生物培養液。上世紀8O年代后期，制成了名為NOC一1的第一種生物絮凝劑，它是目前發現的最佳生物絮凝劑，具有很強的絮凝活性，廣泛應用于畜產廢水、膨化污泥、瓦廠廢水、有機廢水的處理。我國南開大學的莊源益等在這方面做了不少研究，開發的NAT型生物絮凝劑可直接處理黑染料生產廢水，脫色率達60%。
目前一般認為，生物高分子絮凝劑主要通過橋架作用和電中和作用，使顆粒和細胞聚合，其它的絮凝作用機理如網捕作用、粒質說等可解釋部分絮凝現象。實際上，絮凝是一個復雜的過程，絮凝劑的種類和濃度、分子構型、相對分子質量大小、膠體表面性質、pH值等因素均能影響其絮凝性能。微生物絮凝劑具有絮凝范圍廣、絮凝活性高、安全、無害、無污染、脫色效果獨特等特點，加上絮凝劑產生菌的種類多、生長快、易于實現工業化，微生物絮凝劑的研究正成為當今世界絮凝劑方面研究的重要課題。
2新型絮凝劑的發展及研究現狀
近年來，隨著合成技術的發展和工業應用的需要，越來越多的新型結構聚合物絮凝劑得到開發與應用，如聚合物有機微粒絮凝劑、樹枝狀聚合物絮凝劑和梳型聚合物絮凝劑等。梳形聚合物是一種特殊的接枝聚合物，它由一條聚合物主鏈和多條與之通過共價鍵相連的支鏈組成。梳形聚合物與一般的接枝聚合物在精細結構方面的區別為：梳形聚合物分子中所有側鏈等長；梳形聚合物的接枝密度遠高于一般的接枝聚合物。
通過對絮凝劑絮凝機理的研究可知，聚合物相對分子質量是架橋絮凝的關鍵因素，其他的因素，如聚合物的電荷密度、顆粒表面的電荷密度和系統的離子強度也很重要。相對分子質量越高，鏈越長，在顆粒間架橋形成絮凝物的能力就越強。而聚合物電荷密度是聚合物分子向顆粒表面擴散、吸附的主要驅動力，電荷密度越高，對細小顆粒的靜電吸附點就越多，導致聚合物與顆粒間的強烈吸附。同時，聚合物電荷密度越高，分子鏈上帶電基團之間的靜電排斥力越大，使聚合物分子鏈在溶液中呈更舒展的構型，有利于細小顆粒表面聚合物分子形成的環或鏈的擴展。但也應注意，聚合物的電荷密度過高，將加快聚合物的重構速度，并使聚合物呈平坦的吸附構型，對架橋絮凝將產生不利的影響。
現比較兩種結構絮凝劑，一種是常用線性無規的陽離子共聚物，另一種為梳形結構接枝聚合物，其支鏈梳齒是陽離子低聚物，其結構見圖1。
 |
由圖l可以看出，無規陽離子共聚物的電荷隨機分布在分子鏈上，局部的電荷密度較低，而梳型結構陽離子絮凝劑的電荷集中分布在梳齒上，局部電荷密度較高。
圖2是隨機線性結構與接枝結構陽離子絮凝劑絮凝示意圖。從圖2可以看出，對于無規則陽離子共聚物，位于“架橋”部分的陽離子基團并沒有很好地和懸浮顆粒表面起到靜電中和作用，而是被“浪費”掉。如果把聚合物設計含有陽離子聚合物為支鏈的梳型聚合物，沿著主鏈分布著一些陽離子低聚物的“梳齒”，這樣的結構就可以解決上述線性共聚物絮凝劑的缺點。由于“梳齒”陽離子低聚物的電荷密度高，使得梳型聚合物極易吸附到顆粒表面，而主鏈則形成良好的“架橋作用”。這種結構不僅充分利用了陽離子電荷，且起到很好的“架橋絮凝”效果。
 |
近年來，對于接枝共聚的方法屢有新研究成果發表，并在此基礎上研制了一系列新型的高性能梳形接枝共聚物絮凝劑。接枝梳形共聚物絮凝劑的研究日益引起人們的重視。XiaoH和Gibbs等制備了以PAM為骨架，支鏈含有PEO(聚氧化乙烯)結構的梳型聚合物。LiD等通過對帶有丙烯酸(AA)結構單元的PAM(丙烯酸單元的引入可以通過PAM部分水解，或AA與AM共聚而得到)進行功能化改性，使其AA轉變成活性極高的丙烯酰氯結構(AC)，再和陽離子低聚物PEI偶合反應，成功制備了支鏈為PEI、主鏈為PAM的陽離子梳型聚合物。Zhu等采用印co輻照引發聚合方式，制備共聚物。GuL和ZhuS等采用用共混擠出工藝制備梳型聚合物但是存在出現凝膠的情形，只有在控制反應溫度不要太高，而擠出速率和PDM．DAAC／PAM的質量比應在較高的情況下進行，這樣可以減少凝膠的形成，制備出PDMDAAC含量較高的陽離子梳型聚合物。
近10幾年來，國內外在水處理劑方面的研制和開發工作取得了很大的進展，絮凝劑品種繁多，從低分子到高分子、從無機到有機、從單一型到復合型是其發展走向，逐步形成系列化和多樣化的產品。總的趨勢是向廉價實用、環保、無毒高效的方向發展。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
