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水处理絮凝剂的应用现状及发展趋势

　　摘　要:文章论述了水处理絮凝剂的重要地位、种类和应用现状,对无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂的特性进行了分析,并且展望了絮凝剂研究的发展趋势。
关键词:水处理;絮凝剂;应用;高分子絮凝剂
水源危机日趋严重。供水紧张和污水净化成为我国面临的主要难题之一。随着人们环保意识的增强和我国可持续发展战略的实施,防止污染和保护环境的工作已引起各级政府的高度重视。工业水处理和环境保护要求不断提高,水处理剂品种不断丰富,性能不断提高。废水处理的方法很多,有生化法、吸附法、化学氧化法、离子交换法、电渗析法、絮凝沉淀法等等。其中絮凝沉淀法作为一种物理、化学处理法,因工艺简单、效率高、费用较低等优点而应用最为广泛。
1　絮凝剂在水处理中的重要地位
絮凝剂的絮凝在用水与废水处理中占重要地位。首先,絮凝作用能有效脱除80-95的悬浮物质、65-95的胶体物质和降低水中ＣＯＤ;其次,絮凝作用去除水中细菌和病毒的效果稳定,通过絮凝净化,一般能使水中90以上的微生物与病菌一并转入污泥,使处理水易于进一步消毒、杀菌;最后,对水体富营养化、废水脱色等问题,采用絮凝沉淀法比生物法除磷、脱色效果更好。
2　絮凝剂的分类
絮凝剂按照其化学成分总体可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类。其中无机絮凝剂又包括无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂;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和微生物絮凝剂。
　无机絮凝剂[1]
按其分子量的大小可分为低分子絮凝剂和高分子絮凝剂两大类。低分子絮凝剂价格低、货源充足、但因其用量大、残渣多、效果差,故无机絮凝剂的发展已经基本上完成了低分子向高分子的转变。现常用的无机高分子絮凝剂有聚合铝类絮凝剂、聚合铁类絮凝剂和活性硅酸类絮凝剂以及复合絮凝剂四大类。?
(1)聚合铝类絮凝剂
聚合铝水解产生高价离子,形成各种类型的羟基多核络合物。它们通过羰基式桥联作用,处于亚稳定状态。而ＯＨ-与Ａｌ3 的比值(一般称盐基度或硷基度)对絮凝效果影响很大。通常盐基度越高,絮凝效果越强,但过高则本身易生成难溶的氢氧化铝沉淀,导致絮凝效果降低。研究表明,盐基度在75-85时最佳,此时絮凝体产生快,颗粒大而重,沉淀性能好。聚合铝具有投药量少、沉降速度快、颗粒密实、除浊、除色效果明显等特点。在工业水处理中得到广泛的应用。值得注意的是铝,尤其是活性铝,毒性较大,同时聚合铝制备方法不完善,致使较多水解铝的微细颗粒存在于溶液中,这在一定程度上限制了聚合铝的使用。通过改善混凝反应条件,延长慢速混凝时间,能有效降低水中铝的含量。
(2)聚合铁类絮凝剂
聚合铁是另一新型无机絮凝剂,絮凝机理与聚合铝类似。其主要类型有聚硫酸铁、聚氯化铁、聚氯化硫酸铁等等。聚氯化硫酸铁除具有铝盐类无机高分子絮凝剂特点外,还具有价格低、ｐＨ值适用范围宽等特点。但是总体来说,聚合铁需要较低的盐基度,一般须将ＯＨ-/Ｆｅ3 比值控制在8～15。超出此范围,铁水解反应突变,从高价聚合态羟基络离子转化成低价聚合态胶凝产物。且聚合铁产品稳定性差,聚合几个小时至一周内即转向沉淀,絮凝效果降低,故其用量远不及聚合铝。
(3)活性硅酸类絮凝剂
活性硅酸也是一种重要的无机高分子絮凝剂,它来源广、价格低廉、无毒、且絮凝、助凝效果好,尤其对于低温低浊水的混凝处理这一净水处理中的难题有着显着的特性,在国内外引起足够重视。但由于易自行缩聚析出凝胶而失活只能现用现配;另外,在生产中很难精确控制其聚合度,难以达到最佳絮凝效果,限制了其应用。所以应用效果较好的多为改性产品,诸如改性活化硅酸、聚硅酸硫酸铝(ＰＳＡＡ),ＰＳＡＭ等等。究其机理,大都是在活性硅酸中加入一定量高价金属离子,使其组分带正电荷,控制其聚合度、电荷密度,保证其同时具有电中和作用和吸附架桥作用,从而克服活性硅酸自身弱点,大大提高絮凝效果。
(4)复合絮凝剂
近年来,复合絮凝剂的研制成为热点。复合絮凝剂按化学成分分为无机复合型、有机复合型、有机无机复合型三大类。无机复合絮凝剂成分较多,主要原料有铝盐、铁盐和硅酸盐。国外先后研制开发出聚合铝铁、铝硅、硅铝、硅铁以及聚合铝/铁与活性致混物质等复合絮凝剂。
有机无机复合絮凝剂以品种多样和性能多元化占主导地位。作用机理主要与协同作用相关。无机高分子成分吸附杂质和悬浮微粒,使形成颗粒并逐渐增大;而有机高分子成分通过自身的桥联作用,利用吸附在有机高分子上的活性基团产生网捕作用,网捕其它杂质颗粒一同下沉。同时,无机盐的存在使污染物表面电荷中和,促进有机高分子的絮凝作用,大大提高絮凝效果。我国无机高分子絮凝剂的生产和应用已取得长足进展,最具有代表性的聚合氯化铝和聚合硫酸铁的研究,已居世界前列。
　有机絮凝剂
有机絮凝剂主要分为合成高分子型和天然高分子型。其特点是用量少、絮凝速度快、受共存盐类、ｐＨ值及温度的影响小,生成的污泥量小,且带有多种带电基团,可为链状、环状、网状结构,利于污染物进入絮体,脱色性好。
合成高分子絮凝剂。
合成有机高分子絮凝剂多为水溶性聚合物,具有分子量大、分子链官能团多的特点。按所带电荷不同分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性型絮和非离子型聚合物。
微生物絮凝剂被广泛用于给水或污水处理。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。黄民生等人[18]从活性污泥中分离出能产生高絮凝活性物质的微生物,其产品的净水效果良好,并可使絮凝剂的总用量大大减少。邓述波等人[19]利用含有糖醛酸、中性糖和氨基糖的多糖絮凝剂处理河水,比使用海藻酸钠、明胶等絮凝剂产生的絮团大、沉降快、上清液度低,且ＣＯＤ值小。尹华等人[20]从石化厂活性污泥中筛选出Ｊ-25菌株,利用葡萄糖、味精废水母液等作为培养液,制备了微生物絮凝剂ＬＭＢＦ-25。该絮凝剂热稳定性良好,对石化废水有理想的处理效果,并能改善污泥的沉降性能。
　　3　絮凝剂的发展趋势和研究方向[21]
近几十年来,絮凝剂的发展方向逐渐由无机向有机化、低分子向高分子化、单一型向复合型、合成型向天然微生物型转化,絮凝剂产品也逐渐多样化、专门化、环保化。但随着水处理的日益复杂和技术的日益更新,对絮凝剂的要求也越来越高。从目前国内外水处理剂的现状来看,在品种、性能、工艺方法以及成本等方面,都有待于进一步研究和发展。为此,今后的水处理研究开发工作必须从以下方面进行。
　进一步开展研究絮凝机理
从产品的絮凝机理入手,在现有研究的基础上,更加系统全面地开展研究,掌握其微观结构和絮凝机理;并研究探索新型高效的水处理产品,以满足日益扩大的市场需求。
　絮凝品种多样化、专门化
随着工农业的快速发展,废水处理的成分日益复杂,难度不断加大,单一絮凝剂的不足日趋明显,所以提高其絮凝效果的多样化研究势在必行,成为今后絮凝剂研究与应用的热点。同时,因水质对絮凝效果影响很大,对水体的不同ｐＨ值范围、不同化学耗氧量,以及不同悬浮物、杂质种类,都应有最佳的絮凝剂。研制专一、高选择性的絮凝剂,使其在对特定水质的处理效果突出,将会使水处理收效显着。
　加强絮凝处理工艺和工程的研究影响絮凝剂絮凝效果的因素很多。ｐＨ值、温度、絮凝剂用法及用量等的不同都会影响其絮凝效果。因此,加强对絮凝处理工艺的研究,优化絮凝剂产品,将会为新型絮凝剂开发和提高处理效果创造良好条件。
　增强环保意识,加强对无毒、新型天然改性高分子絮凝剂的研究随着国际环保意识的增强,对水处理剂无毒、无二次污染的呼声越来越高,人们的研究理念也逐渐由合成高分子絮凝剂向天然高分子絮凝剂转变。天然改性高分子絮凝剂来源广泛、价格低廉、无毒、无二次污染。因此,应扩大品种,研制多功能水处理剂,以满足各种废水处理的不同需求。
　研究与开发微生物絮凝剂
微生物絮凝剂是一种新型可生物降解的水处理剂,其优良的絮凝沉降性能和绿色环保特点,为今后大规模应用打下良好基础。我们相信随着生物技术的发展,其成本将会大幅度下降,应用价值也必将逐年提高。
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