絮凝剂在水处理中的应用与研究.docx

絮凝剂在水处理中的应用与研究.docx

《絮凝剂在水处理中的应用与研究.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《絮凝剂在水处理中的应用与研究.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

絮凝剂在水处理中的应用与研究

絮凝剂在污水处理中的应用及研究进展

摘要：

本文主要简介了无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物等絮凝剂，并浅谈了其在污水处理当中的应用和去浊效果，同时概述了各类絮凝剂的优缺点，对其应用前景进行了展望。

关键词：

絮凝剂污水处理去浊研究进展

1前言

我国是水资源较丰富的国家之一，水资源总量位居世界第六，然而由于人口众多，我国人均占有水资源量约为世界人均占有水量的1/4。

同时，我国也是水资源短缺和污染比较严重的国家之一，急需要去寻找一种较经济、合理的污水处理方式。

从大类来说水处理方式包括絮凝、缓蚀、阻垢、杀菌、清洗、脱氧、消泡等。

其中絮凝法虽是最古老的水处理方法之一，但由于它具有经济、操作简便等优点，迄今仍然是国内外水处理领域最常用、最重要的方法。

而絮凝技术的关键问题之一就是如何选择合适的絮凝剂。

絮凝剂是用来使溶液中的溶质、胶体或者悬浮物颗粒产生絮状沉淀的物质，在固液分离和水处理过程中用以提高微细固体物的沉降和过滤效果，被广泛应用于化工、环保、水处理等领域[]。

2絮凝剂的分类

目前使用的絮凝剂按其成分可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂。

其中无机絮凝剂又包括低分子絮凝剂和高分子絮凝剂；有机絮凝剂又包括合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂。

2.1无机絮凝剂

无机絮凝剂按其分子量的大小又可分为低分子絮凝剂和高分子絮凝剂，主要是依靠中和粒子上的电荷而凝聚，也被称为凝聚剂[]。

无机低分子絮凝剂主要是铝盐系和铁盐系，铝盐絮凝剂净水效果良好，但问题也很多，水解范围小，温度适应性差，容易受其它盐类的影响，残留在水中的铝离子容易导致二次污染，进入人体后可诱发铝性骨病、老年痴呆症、铝性贫血病等；铁离子本身有颜色，并对设备有腐蚀作用，铁盐絮凝剂效果不如铝盐好，且费用高，所以无机低分子絮凝剂逐渐被无机高分子絮凝剂所取代[]。

无机高分子絮凝剂（IPF）是一类新型的水处理剂，60年代后在世界上发展起来。

相比低分子絮凝剂，它有效果更好价格更低的优势，因而有逐步成为主流絮凝剂的趋势。

目前IPF的生产与应用已达到相当大的规模，其产量约占絮凝剂总产量的30％-60％[-]。

但是，无机高分子絮凝剂的相对分子质量和粒度以及絮凝架桥能力仍比有机絮凝剂差很多，且存在对进一步水解反应的不稳定性问题。

复合型无机高分子絮凝剂是在普通无机高分子絮凝剂中引入其他活性离子,以提高絮凝剂的电中和能力，如聚铝、聚铁、聚活性硅胶及其改性产品。

汤伟真[]等系统的考察了混凝剂聚硅硫酸铝铁（PSFA）的投加量、原水pH与聚丙烯酰胺（PAM）复配等因素对混凝除磷效果的影响。

同时和传统絮凝剂聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）和Al2（SO4）3混凝除磷效果进行比较。

结果表明，在加入量为36mg/L，pH为6时，对磷的去除率达到94%以上。

相较与于传统的PAC、PFS、Al2（SO4）3，PSFA去除率高，pH范围广。

与PAM复配使用效果更好。

聚合氯化铝铁（PAFC）比聚合硫酸铝铁（PAFS）稳定，除浊效果和絮体的沉降性能比聚合氯化铝更好。

由于聚合氯化铝铁制造工艺简单，原料来源广，生产成本低，絮体大、沉降速度快、易于过滤等优点，在我国具有较大的应用前景。

胡俊虎等[]以高岭石为主剂合成了絮凝剂聚合氯化铝铁（PAFC）。

并将其应用到黄河水中，除浊率达到99%以上。

并与复合絮凝剂（PAC+FeCl3）比较，投加量相同时，PAFC的除浊率要高于（PAC+FeCl3），达到相同的除浊率，PAFC所需的量要更少。

2.2有机高分子絮凝剂

与无机絮凝剂相比，有机高分子絮凝剂具有絮凝速度快、用量少、受pH值及温度影响小，产生的絮体大且强度高,絮凝产生的污泥量较少且产生污泥的脱水性能好、易于过滤操作等，因而有着广阔的应用前景。

有机高分子絮凝剂可分为人工合成类有机高分子絮凝剂和天然改性类有机高分子絮凝剂两大类。

（1）合成类有机高分子絮凝剂

目前有机高分子絮凝剂分为四类：

阴离子型、阳离子型、两性、非离子型。

其中阴离子絮凝剂受pH值、矿化度、金属离子含量影响较大，限制其使用范围。

阳离子高分子絮凝剂一般是由阳离子基团与有机物接枝获得。

其絮凝性能可通过电荷中和使悬浮胶体粒子絮凝和与带负电荷的溶解物进行反应生成不溶性的盐表现。

此外，它还可与水中微粒起电荷中和及吸附架桥作用，从而使体系中的微粒脱稳、絮凝而有助于沉降和过滤脱水。

两性离子型有机高分子絮凝剂由于兼有阴、阳离子基团的特点，在不同介质条件下，其所带离子类型可能不同，适于处理带不同电荷的污染物。

尤其对污泥脱水，不仅有电性中和，吸附架桥作用，而且具有分子间“缠绕”包裹作用，使处理的污泥颗粒变粗大、脱水性好便于后续处理。

其另一优点是适用范围广，酸性、碱性介质中均可使用，已引起学者们强烈的兴趣。

赵仕琳[]等对甲基丙烯酞氧乙基三甲基氯化胺/丙烯酞胺共聚物阳离子有机高分子絮凝剂进行了研究，发现用量为1.5-3.0mg/L时，可使高电荷密度有机废水的COD去除率达90%，克服了聚丙烯酞胺不能有效去除污水中有机污染物的缺点，而且絮凝除浊效果优于常用的无机高分子絮凝剂和有机阴离子絮凝剂。

沈一丁[]等过自由基胶束共聚法制得疏水缔合型共聚物PADO，系统的探讨了疏水单体含量、阳离子单体、引发剂用量、SMR值对共聚物性能的影响，并研究了PADO对造纸中段废水的絮凝效果。

在投加量20mg/L,pH为6时，絮凝效果最好。

且PADO的絮凝效果优于聚合硫酸铁（PAFS）、聚合氯化铝（PAC）和非离子PAM，与进口PDA絮凝剂相当。

冉千平[]等用丙烯酰胺（AM）、马来酸（MA）和二甲基二烯丙基氯化铵（DM）共聚合成了不同阴、阳离子含量的两性离子絮凝剂，研究发现并非阴、阳离子含量愈高絮凝效果愈好，两者间存在一最佳配比。

应将絮凝剂的阳离子含量控制在10%左右，而阴离子基团则控制在2%-4%为宜，此时的絮凝效果最佳，冉千平同时指出絮凝效果的好坏不仅与阴、阳离子的含量有光，与其相互间的协同作用也有一定关系。

作为合成类高分子絮凝剂的缺陷主要体现在：

对絮凝的胶体表现出很大的选择性，絮凝后的上清液清澈程度较差，本身不易被生物降解。

最让人担忧的是使用后的残余单体可能会对人体健康产生长期影响，包括毒性、致癌性、致突变性等，还有待于进一步的研究。

一些发达国家已禁止在饮用水处理中使用合成有机高分子絮凝剂。

（2）天然改性类有机高分子絮凝剂

改性天然有机高分子絮凝剂由于原料来源广泛，价格低廉，无毒，易于生物降解等优点显示了良好的应用前景。

目前，此类絮凝剂主要包括淀粉衍生物，壳聚糖衍生物，木质素衍生物等。

李树君[]等人以3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵为阳离子醚化剂，采用预干燥干法制备出取代度为0.39的阳离子改性淀粉絮凝剂。

并将其与聚合硫酸铁（PFS）复配使用处理马铃薯淀粉生产废液。

研究了pH值、淀粉质量分数及聚合硫酸铁（PFS）质量分数对絮凝效果的影响，结果发现pH=7，淀粉质量分数及聚合硫酸铁（PFS）质量分数均为0.15%时，废液COD去除率可达64%以上。

YulinShi[]等采用2,4-二（二甲氨基）-6-氯-[1,3,5]-三嗪（BDAT）为醚化剂，合成的新型阳离子型絮凝剂BDATS，该絮凝剂在pH为2时对阴离子染料废水的脱色率高达97%，对酸性染料的絮凝能力达3118mg/g，该絮凝剂最大的特点是可回收再利用。

木质素是植物纤维中的一种芳香族高分子，以其分子结构多样化、易于制成性能良好的的絮凝剂等优点,在含金属离子、印染工业、含固体悬浮物等废水处理中得以广泛应用。

黄民生[]用木质素做助凝剂应用于预处理阶段的味精废水，COD去除率为47%、SS去除率达89%。

效果优于其他絮凝剂，且成本低，易操作。

吴冰艳[]等人将自制的木素季胺盐絮凝剂应用于J酸染料废水，有良好的脱色效果，在最佳条件下，色度去除率超过90%。

壳聚糖作为线性聚胺，当它在酸性介质中溶解以后，随着氨基的质子化即表现出阳离子聚电解质的性质，不仅对重金属有螯合吸附作用，还可有效地吸附水中带负电荷微细颗粒。

其中作为高分子絮凝剂最大优势是对食品行业加工废水的处理，具备无毒、高效的优点。

但由于壳聚糖中游离氨基可接受质子或盐，故在酸性水溶液中可溶解而造成流失，使其应用受到限制；因此人们对其进行不断的改性来提高其性能。

近年来甲壳素与壳聚糖的应用研究已取得巨大发展，并且有相当部分已进入实用阶段或实现商品化。

日本每年用于水处理的甲壳素约500t，美国环保局也已批准将壳聚糖用于饮用水的净化[]。

孙玉凤[]等分别将羧甲基壳聚糖和羧甲基壳聚糖铁为絮凝剂应用于染料废水中，并比较其对染料废水的絮凝性能、脱色性能。

结果显示，羧甲基壳聚糖铁对染料废水的COD去除率为91.1%-94.2%，脱色率为78.5%-96.7%，较羧甲基壳聚糖COD去除率提高了4%-7%，脱色率提高了2%-3%。

在相同的投加量下，羧甲基壳聚糖铁的沉淀时间比羧甲基壳聚糖少15min。

随着阳离子型天然有机高分子改性絮凝剂的不断推广与研究，壳聚糖类絮凝剂在废水处理方面将大有可为。

2.3微生物絮凝剂

微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外，具有絮凝活性的代谢产物，主要由具有两性多聚电解质特性的糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和DNA等生物高分子化合物，以及有絮凝活性的菌体等组成。

因微生物絮凝剂无二次污染，具有使用安全、方便、絮凝效果良好以及独特的脱色效果，适用范围广、絮凝活性高、易于生物降解，属于绿色环保产品。

微生物絮凝剂广泛的应用于高浓度有机废水[]，生活污水[]，改善活性污泥的性能[]，废水的脱色[]，吸附重金属[]等方面。

通过其电荷性质和高分子特性在液体介质中起电荷中和、架桥、网捕、吸附等作用，使胶体脱稳、絮凝、沉淀、固液分离。

微生物絮凝剂又可分为：

直接利用微生物细胞的絮凝剂、利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂和利用微生物细胞代谢产物的絮凝剂。

KurareR等[]人研究了絮凝效果最佳的红平球菌，制成了NOC.1型微生物絮凝剂，此絮凝剂是目前发现的最好的生物絮凝剂，它具有很强的絮凝性。

徐斌等[]利用麦芽根、水产排水等废弃物作为培养基制成微生物絮凝剂，降低了其研制成本，效果较好。

虽然，对微生物絮凝剂的研究屡有报道，但大多处于实验室研究阶段，未走向工业应用。

我国这方面的起步较晚，目前的研究仅限于菌种筛选。

Chen[]等用钾细菌微生物分别絮凝处理饮用水和酿造制药废水,结果表明在最佳条件下,COD去除率最佳达到74.6%。

生物需氧量（BOD）去除率依次达到77.4%;固体悬浮物（SS）去除率最佳达到93.6%。

其主要作用机理是架桥和电荷中和。

将微生物絮凝剂与无机化学絮凝剂复合使用,不仅能获得更好的净化效果[],而且可降低絮凝剂的总投加量,使复合型微生物絮凝剂的用量降低60%～75%（质量分数）通过复合型微生物絮凝剂与不同化学絮凝剂的协同作用,完全可以满足高浊度水的处理要求。

将该类复配絮凝剂用于工业废水处理中,可消除或降低对人类的危害。

3结束语

随着人们对生态环境的要求日益提高，同时建设与营造出一个人类适合居住的地球。

我们就必须保护水资源、并对已经污染的水进行处理。

而污水中的组分复杂，传统的絮凝剂已经不能表现出传统的絮凝剂品种已不能满足使用要求,采用新型、高效的絮凝剂势在必行。

今后絮凝剂的发展方向应主要集中在以下几个方面:

（1）微生物絮凝剂有广阔的应用前景,但必须寻找廉价且易得到的物质作为微生物絮凝剂产生菌的培养底物,以降低生产成本。

同时微生物和无机或者有机复合使用方向发展。

（2）目前对无机-有机高分子复合絮凝剂的研究较多,但同时还要考虑降低成本,大力开展对低毒性或无毒性、高生态安全复合絮凝剂的研究,所使用的有机物尽然采用天然的高分子有机物。

尽可能减少二次污染。

相信随着对微生物、复合絮凝剂絮凝机理的不断深入研究,生产工艺的不断优化及廉价原料的进一步开发,可生产出有针对性、高效率、无污染、价廉的絮凝剂,使得絮凝剂在水处理中能更好的发挥其作用。