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絮凝剂在水处理应用中的研究

关键词:絮凝剂
日期:2010年12月17日 来源:佰科

我国是水资源比较贫乏的国家,随着工业的快速发展,工业用水量急剧增加,难于满足工业用水的需求,同时又有大量工业废水排出,若不处理会对环境造成很大的污染.絮凝剂的使用,既可在很大程度上解决水污染问题,还能使处理过的水进行二次利用,提高水的利用率,缓解由于水资源不足给工业发展带来的困难.因此,在工业废水(一级)处理中絮凝沉淀法应用较为广泛,且占有非常重要地位.2化学絮凝剂在水处理中的应用2.1无机絮凝剂2.1.1无机低分子絮凝剂传统应用的无机絮凝剂为低分子的铝盐和铁盐 [1].铝盐主要有硫酸铝,明矾,铝酸钠等.铁盐主要有三氯化铁,硫酸亚铁和硫酸铁.硫酸铝是世界上使用较多的絮凝剂.自19世纪末美国较先将硫酸铝应用于给排水处理,以其卓越的凝聚性能而被广泛应用 [2].目前全世界年产硫酸铝约500×104t,其中将近一半用于给排水处理中.明矾是硫酸铝与硫酸钾的复盐,我国民间常用于饮用水净化,但在废水处理中应用不多 [3].三氯化铁是另一种常用的无机低分子絮凝剂,具有易溶于水,形成的絮体大而重,沉降性能好,对温度,水质及pH的适应范围宽等优点,但腐蚀性较强,易腐蚀设备,且有刺激性气味,操作条件较差.硫酸亚铁俗称绿矾,形成絮体快而稳定,沉淀时间短,适用于处理碱度高和浊度大的污水,但色度不易除净,腐蚀性亦较强.2.1.2无机高分子絮凝剂无机高分子絮凝剂(IPF)是20世纪60年代以来在传统的铝盐,铁盐絮凝剂基础上发展起来的一类新型水处理药剂.它比原有传统的絮凝剂可成倍提高混凝效能,价格又相应较低.因此无机高分子絮凝剂的研究,生产和应用已成为一门迅速发展的科学与技术.我国1983年研制了聚合硫酸铁并用于电厂水处理.在我国絮凝剂市场上,无机高分子絮凝剂已占一定的比例.具有代表性的两类无机高分子絮凝剂是聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁(PFS) [4],它们的配方和制备工艺虽然多种多样,但其结果都是应用含有杂质的原料,用物理,化学的方法向原料中添加适当比例的成分,从而改进自身的性能.在PAC的生产工艺中,添加稳定剂(无机盐或有机高分子)以提高PAC的稳定性,同时增加絮凝能力,也有通过采用锻烧法,原电池法新工艺制成高质量的PAC产品.此外,由于硫酸和磷酸当量数高于盐酸,而且使用后能提高铝矿石中的铝溶出率.因此,在对PAC改性产品的生产工艺中引入适量的硫酸和磷酸,不仅可以减少酸用量,还能提高产品的聚合度和稳定性.聚合氯化铝铁(PAFC)是在PAC和PFS生产的基础上研制成功的新型高效混凝剂,产品兼具PAC稳定性高,盐基度高和PFS效果好,絮体大,沉降快等特点,而且pH适用范围较广.目前,我国无机高分子絮凝剂有四大发展趋势:(1)向高分子聚合铝,聚合铁方向发展;(2)聚合铝(铁)的主要形态向高电荷多核络合物的方向发展;(3)对聚合铝铁,聚铝(铁)硅酸盐絮凝剂进行开发;(4)以矿物,矿渣废料为原料开发复合絮凝剂.2.2有机絮凝剂2.2.1有机高分子絮凝剂有机高分子絮凝剂是第二代絮凝剂,主要分两大类,即合成有机高分子絮凝剂和天然高分子絮凝剂 [5].有机高分子絮凝剂与无机高分子絮凝剂的作用机理不同,无机高分子絮凝剂主要通过絮凝剂与水体中胶体粒子间的电荷作用使电位降低,实现胶体粒子的团聚,而有机高分子絮凝剂主要是通过吸附作用将水体中的胶粒吸附到絮凝剂分子链上,形成絮凝体.絮凝效果受其分子量大小,电荷密度,投加量,混合时间和絮凝体稳定性等因素的影响.但与无机高分子絮凝剂相比,有机高分子絮凝剂用量少,絮凝速度快,受共存盐类,污水的pH值以及温度影响小,生成污泥量少,节约用水.2.2.2天然有机高分子改性絮凝剂天然高分子改性絮凝剂包括淀粉,纤维素,含胶植物,多糖和蛋白质等类别的衍生物,在应用上具有无毒,价廉,易于生物降解等特点 [6].天然改性类与化学合成类高分子絮凝剂相比,具有诸多优点:(1)原料属可再生资源,来源丰富,制备成本低,价格便宜;(2)基本无毒,且易生物降解,不会造成二次污染;(3)天然高分子种类很多,分子内活性基团多,可选择性大,易根据需要采用不同的制备方法进行改性;(4)兼具合成类高分子絮凝剂和天然高分子的特点,弥补了天然高分子的不足,增强了絮凝效果.但天然有机高分子絮凝剂也有其弱点,即电荷密度小,分子量低,容易失去活性.3微生物絮凝剂在水处理中的应用微生物絮凝剂(MBF)是20世纪80年代后期开发出来的第三代絮凝剂 [7].该类絮凝剂是利用生物技术,通过微生物发酵抽提而得到的一种新型,高效,价廉的水处理药剂.早在20世纪70年代末,日本学者就在研究酞酸酯的生物降解过程中,发现了具有絮凝作用的微生物培养液,并于80年代后期制成了命名为NOC-1的D1种微生物絮凝剂 [8].我国于90年代开始涉足这一领域的研究,并取得了相当的成就.微生物絮凝剂絮凝机理有3种:桥联作用,电中和作用和卷扫作用.由于絮凝剂的分子量较大,一个絮凝剂分子可同时与几个悬浮颗粒结合,因此在适宜条件下迅速形成网状结构而沉积,表现出很强的絮凝能力.与无机或有机合成高分子絮凝剂相比,具有高效,无毒,可消除二次污染,絮凝广泛,脱色效果独特的特点.因此,其应用前景十分广阔 [9].4复合型絮凝剂及其在水处理中的应用4.1无机—有机复合絮凝剂无机—有机复合絮凝剂的复配机理主要与其协同作用有关.一方面污水杂质为无机絮凝剂所吸附,发生电中和作用而凝聚;另一方面又通过有机高分子的桥联作用,吸附在有机高分子的活性基团上,从而网捕其他的杂质颗粒一同下沉,起到优于单一絮凝剂的絮凝效果 [10].无机高分子絮凝剂对含有各种复杂成分的污水处理适用性强,可有效去除细微悬浮颗粒.4.2微生物—无机复合型絮凝剂将微生物絮凝剂与传统的絮凝剂进行复合,具有现实意义.董军芳等人把微生物与硫酸铝复配使用,比单用其中任何一种絮凝剂的絮凝效果都要好.但目前未见把这两种絮凝剂做成复合絮凝剂对实际废水进行处理的实例.5结语纵观絮凝剂的现状可以看出,絮凝剂是从低分子到高分子,由无机到有机,由单一型到复合型的发展.追求高效,低价,环保是絮凝剂研制者们的目标,开发低残留铝的无机絮凝剂是当前的一个重要发展方向,降低生产成本是开发新型合成有机高分子絮凝剂的当务之急.因此,絮凝剂的研发工作还需从以下几方面进行加强:(1)汲取发达国家先进的絮凝剂生产技术,开发适合我国国情的高效,节能的新型絮凝剂.(2)积极推进绿色化学技术,开发和推广应用对环境影响小,安全性高的新型絮凝剂.(3)加强水环境管理部门在用水,治水,整水3方面的分工与合作,使絮凝剂在水处理中发挥更大功效.(4)加强对絮凝剂作用机理和应用性能研究,为产品应用提供更多的理论引导.(5)大力开发和应用综合水处理技术,结合使用化学絮凝剂和生物絮凝剂,提高絮凝剂的絮凝效率.(6)提高絮凝剂使用过程的智能化,利用计算机及数学模型,对水处理过程中絮凝剂的投加,工艺控制进行智能化管理,提高絮凝剂的使用效率. [

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