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常見問題

復合型絮凝劑在水處理中的研究進展

時間:2021/06/21 點擊:

摘要:本文分類敘述了復合型絮凝劑以及在水處理中的應用效果。同時,著重介紹了我國復合型絮凝劑的開發,研制和應用現狀以及對今后復合型絮凝劑的發展做出了展望。

隨著現代工業的進一步發展和環保意識的日益加強,對于水質凈化提出了更高的要求,而單一型的絮凝劑越來越難以滿足人們的要求,因此復合型絮凝劑的研究日益迫切。我國從20世紀80年代開始了復合型絮凝劑的研發工作,因起步較晚,研究基礎薄弱,迄今關于此類絮凝劑的產業化成規模生產少有報道?,F今使用的復合型絮凝劑大致分為四類:無機復合絮凝劑;無機-有機復合絮凝劑;有機復合絮凝劑;生物型復合絮凝劑。

一、 無機復合絮凝劑

無機型復合絮凝劑主要是在傳統的聚合鋁鹽鐵鹽及聚硅酸的基礎上添加或者引入Ca2+、Mg2+、Zn2+及SO42-、Cl-、PO43-等離子的一種或幾種構成復合型無機高分子絮凝劑。這類絮凝劑能提供大量的多羥基絡合離子,能夠強烈吸附污物膠體微粒,通過粘附架橋交聯作用,從而促進膠體凝聚,同時還發生物理化學變化,中和膠體微粒及懸浮物表面的電荷,降低了ζ電位,使膠體離子由原來的相斥變成了相吸,促使膠體微粒相互碰撞從而形成絮狀混凝沉淀,有較好的絮凝效果。其中研究較多的是鋁鹽和鐵鹽復合型絮凝劑及聚硅酸金屬鹽類復合型絮凝劑。

二、無機-有機復合型絮凝劑

無機混凝劑對含各種復雜成分的水處理適應性強,可有效地去除細微懸浮顆粒,但生成的絮體小且比較松散,單獨使用投藥量大,處理費用高;而有機高分子類混凝劑,具有用量少,絮凝速度快,受共存鹽類、介質pH值及環境溫度影響較小,生成污泥量少的優點,且有機絮凝劑高分子可帶-COO-、-NH-、-SO3-、-OH等親水基團,可具鏈狀、環狀結構,利于污染物進入絮體,脫色性好。所以,將無機高分子與有機高分子混凝劑復配使用將會有較好的處理效果。按其中有機絮凝劑的類型可分為人工合成有機高分子絮凝劑和天然有機高分子絮凝劑。

(一)鋁鹽,鐵鹽-人工合成有機高分子絮凝劑復合型。這類絮凝劑中應用較多的有機高分子絮凝劑是聚丙烯酰胺(PAM)及其衍生物。聚丙烯酰胺能溶于水且無腐蝕性,相對分子量從幾十萬到一千萬以上,它主要通過氫鍵結合、靜電結合、范德華力等作用對膠體有較強的吸附結合力及吸附架橋作用產生絮凝效果,具有投加量少,絮體粗大,受水質影響小等諸多優點。楊鶩遠等制備了Al2(SO4)3-CPAM復合絮凝劑并應用于造紙脫墨廢水中,處理后的脫墨廢水的懸浮物含量,COD和濁度分別降低80%,75%和95%以上。姚淑華等采用淀粉-丙烯酰胺接枝物(GCAS)和聚硅酸硫酸鋁(PASS)復合混凝劑處理制漿造紙廢水,也取得良好效果,同時避免了二次污染的問題。但另一方面,聚丙烯酰胺的單體AM本身有毒,會或多或少地殘留在聚合物內,影響到PAM在水處理中的安全性,在與鋁鹽配合使用時,鋁鹽的毒性也無法避免,因此限制了此類絮凝劑的應用范圍。

(二)鋁鹽,鐵鹽-天然有機高分子絮凝劑復合型。天然高分子絮凝劑來源廣泛,價格便宜,無毒可生化降解,選擇性強,因此通過控制反應條件,將鋁鹽、鐵鹽與天然有機高分子絮凝劑進行均勻共聚合成新型穩定復合型絮凝劑,從而提高其絮凝性能并拓寬應用領域有著廣闊的前景。李麗等利用天然生物制品殼聚糖(CTS)和無機高聚物聚合硫酸鐵(PFS)為主要原料合成了CTS-PFS,并證明CTS-PFS對天然水和自配水兩種水樣都顯示了比單一組分更強的絮凝效果,特別適用于那些既有帶電膠體又有不帶電微粒的多來源混合型污水的凈化處理。張凱松等以無機鋁鹽和天然高分子玉米淀粉為原料合成一種生態型復合絮凝劑HECES,在處理模擬廢水時,3.0mg·L-1的HECES相當于4.5mg·L-1 PAC和1.0mg·L-1PAM復合投加效果,對生活污水和市政污水的較佳投加量是PAC用量的50%和40%,濁度去除率高達95%和99%,且在處理高濃度廢水時效果更佳。

三、有機復合型絮凝劑

有機復合型絮凝劑主要是由以下兩類:

(一) 二甲基二烯丙基氯化銨(DMD AAC) 聚合物類。這類絮凝劑通過分子間的共聚產生一類陽離子型高分子量絮凝劑,充分發揮其架橋網捕和電中和作用。國內外在這類絮凝劑的合成制備和應用方面都有相關研究。趙華章等采用水溶液自由基聚合方式,引發DMDAAC和丙烯酰胺(AM)聚合,得到了陽離子型高分子絮凝劑P(DMDAAC-AM)。其中P(DMDAAC-AM)的特性黏度可達9.26dL/g。而以DMDAAC摩爾百分數為50%-97%的P( DMDAAC-AM)處理煤礦泥漿,用量少,沉降快,處理效果超過單獨使用PDM DAAC或PAM。另外一種常用共聚物是DMDAAC和乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)形成的高分子化物。這種共聚物主要用于造紙廢水中的黑色色素的處理;食品加工工業廢水中的脂肪、纖維及其它固體廢物的去除;含油廢水中廢油的去除。

(二)天然高分子絮凝劑的接枝、改性。天然高分子絮凝劑包括淀粉,纖維素,含膠物質,多糖素和蛋白質等的衍生物,具有無毒,易生物降解,原料來源廣泛等優點,因此備受國內外關注。我國在這方面的研究發展也較快,對淀粉,殼聚糖等的接枝改性都有相關研究。馬希晨等以淀粉接枝聚丙烯酰胺(St-g-PAM) 經胺甲基化, 磺化和季胺化反應制得強陽離子型兩性絮凝劑。唐星華等采用反相乳液聚合法,用殼聚糖為基材,液體石蠟為油相,以硝酸飾銨水溶液為引發劑,合成殼聚糖( CTS) -甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)-丙烯酰胺(AM)強陽離子型天然高分子絮凝劑。蔣文新等以稻殼為母體,以陽離子醚化劑為改性劑,合成陽離子型絮凝劑RHNF并對其性能和應用進行研究,通過正交實驗選擇的較佳制備條件為反應時間4h,反應溫度50℃,稻殼:醚化劑=5:1。采用該絮凝劑對生活廢水+脫墨廢水進行絮凝效果考察,其透光率分別為90.5%,99.5%,濁度去除率分別為97.98%,98.93%。

四、生物復合型絮凝劑

生物絮凝劑是一類由微生物產生的可使液體中不易降解的固體懸浮顆粒、菌體細胞及膠體粒子等凝聚、沉淀的特殊高分子代謝產物。該類絮凝劑是利用生物技術,通過微生物發酵、分離提取而得到的具有生物降解性和安全性的新型、廉價、無毒、無二次污染的水處理劑,是典型的環境友好型功能材料,可廣泛應用于給水和廢水處理領域。復合生物絮凝劑具有用量少、無毒、絮凝效果好等特點,對一些工業廢水、河水、泥漿廢水等具有良好的絮凝效果,開發應用前景廣闊。其概念由哈爾濱工業大學馬放教授提出,他以稻草、秸稈等廉價的生物質材料作為底物,利用纖維素降解菌群和絮凝菌群,進行兩段式發酵后分離提取而獲得的。馬放等人通過初篩、復篩和雙株混合培養后,得到了絮凝效果高達93.1%的F2和F6組合的復合型生物絮凝劑產生菌,并生產出了復合型生物絮凝劑HITM02。經實驗,這種絮凝劑無毒,可廣泛應用于給水處理、廢水處理、食品工業和發酵工業等領域。在處理松花江源水和強酸性廢水過程中,證明復合型生物絮凝劑對兩種水樣都有很好的絮凝效果,且受溫度影響小。另外,他還利用:蒽酮反應、考馬斯亮藍、紫外掃描等方法和測試手段測得絮凝劑CBF的主要成分為多糖類物質,凝膠色譜柱測得其分子量為105-106,而其對高嶺土模擬廢水的絮凝機理是絮凝劑與高嶺土等無機顆粒之間以離子鍵形式結合,之后通過架橋作用沉淀。

五、發展與展望

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,逐步形成系列化和多樣化的產品是其發展走向。以低價位、高生態、低健康風險為特點的新型絮凝劑正成為水處理領域研究和開發的熱點。因此復合型絮凝劑以其廉價的優勢將會迅速發展,而天然高分子絮凝劑由于無毒、價格低廉、來源廣泛、對某些廢水有獨到的處理效果已被環境界所重視;微生物絮凝劑是環境友好型絮凝劑,具有無毒、可消除二次污染等獨特的優點,必將成為今后研究發展的方向。

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