摘　要:文章論述了水處理絮凝劑的重要地位、种類和應用現狀,對無机絮凝劑、有机絮凝劑和微生物絮凝劑的特性進行了分析,并且展望了絮凝劑研究的發展趨勢。
關鍵詞:水處理;絮凝劑;應用;高分子絮凝劑

水源危机日趨嚴重。供水緊張和污水淨化成為我國面臨的主要難題之一。隨著人們環保意識的增強和我國可持續發展戰略的實施,防止污染和保護環境的工作已引起各級政府的高度重視。工業水處理和環境保護要求不斷提高,水處理劑品种不斷丰富,性能不斷提高。廢水處理的方法很多,有生化法、吸附法、化學氧化法、离子交換法、電滲析法、絮凝沉淀法等等。其中絮凝沉淀法作為一种物理、化學處理法,因工藝簡單、效率高、費用較低等优點而應用最為廣泛。

1　絮凝劑在水處理中的重要地位

絮凝劑的絮凝在用水与廢水處理中占重要地位。首先,絮凝作用能有效脫除80-95的懸浮物質、65-95的膠体物質和降低水中ｃｏｄ;其次,絮凝作用去除水中細菌和病毒的效果穩定,通過絮凝淨化,一般能使水中90以上的微生物与病菌一并轉入污泥,使處理水易于進一步消毒、殺菌;最后,對水体富營養化、廢水脫色等問題,采用絮凝沉淀法比生物法除磷、脫色效果更好。

2　絮凝劑的分類

絮凝劑按照其化學成分總体可分為無机絮凝劑和有机絮凝劑兩類。其中無机絮凝劑又包括無机凝聚劑和無机高分子絮凝劑;有机絮凝劑又包括合成有机高分子絮凝劑、天然有机高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。

2.1　無机絮凝劑[1]

按其分子量的大小可分為低分子絮凝劑和高分子絮凝劑兩大類。WWW.11665.cOM低分子絮凝劑价格低、貨源充足、但因其用量大、殘渣多、效果差,故無机絮凝劑的發展已經基本上完成了低分子向高分子的轉變。現常用的無机高分子絮凝劑有聚合鋁類絮凝劑、聚合鐵類絮凝劑和活性硅酸類絮凝劑以及复合絮凝劑四大類。?

(1)聚合鋁類絮凝劑

聚合鋁水解產生高价离子,形成各种類型的羥基多核絡合物。它們通過羰基式橋聯作用,處于亞穩定狀態。而ｏｈ-与ａｌ3 的比值[2](一般稱鹽基度或鹼基度)對絮凝效果影響很大。通常鹽基度越高,絮凝效果越強,但過高則本身易生成難溶的氫氧化鋁沉淀,導致絮凝效果降低。研究表明,鹽基度在75-85時最佳,此時絮凝体產生快,顆粒大而重,沉淀性能好。聚合鋁具有投藥量少、沉降速度快、顆粒密實、除濁、除色效果明顯等特點。在工業水處理中得到廣泛的應用[3]。值得注意的是鋁,尤其是活性鋁,毒性較大,同時聚合鋁制備方法不完善,致使較多水解鋁的微細顆粒存在于溶液中,這在一定程度上限制了聚合鋁的使用。通過改善混凝反應條件,延長慢速混凝時間,能有效降低水中鋁的含量。

(2)聚合鐵類絮凝劑

聚合鐵是另一新型無机絮凝劑,絮凝机理与聚合鋁類似。其主要類型有聚硫酸鐵、聚氯化鐵、聚氯化硫酸鐵等等。聚氯化硫酸鐵除具有鋁鹽類無机高分子絮凝劑特點外,還具有价格低、ｐｈ值适用范圍寬等特點。但是總体來說,聚合鐵需要較低的鹽基度,一般須將ｏｈ-/ｆｅ3 比值控制在8～15。超出此范圍,鐵水解反應突變,從高价聚合態羥基絡离子轉化成低价聚合態膠凝產物。且聚合鐵產品穩定性差,聚合几個小時至一周內即轉向沉淀,絮凝效果降低,故其用量遠不及聚合鋁。

(3)活性硅酸類絮凝劑

活性硅酸也是一种重要的無机高分子絮凝劑,它來源廣、价格低廉、無毒、且絮凝、助凝效果好,尤其對于低溫低濁水的混凝處理這一淨水處理中的難題有著顯著的特性[4],在國內外引起足夠重視。但由于易自行縮聚析出凝膠而失活只能現用現配;另外,在生產中很難精确控制其聚合度,難以達到最佳絮凝效果,限制了其應用。所以應用效果較好的多為改性產品,諸如改性活化硅酸、聚硅酸硫酸鋁(ｐｓａａ)[5],ｐｓａｍ等等。究其机理,大都是在活性硅酸中加入一定量高价金屬离子,使其組分帶正電荷,控制其聚合度、電荷密度,保証其同時具有電中和作用和吸附架橋作用,從而克服活性硅酸自身弱點,大大提高絮凝效果。
(4)复合絮凝劑

近年來,复合絮凝劑的研制成為熱點。复合絮凝劑按化學成分分為無机复合型、有机复合型、有机無机复合型三大類。無机复合絮凝劑成分較多,主要原料有鋁鹽、鐵鹽和硅酸鹽。國外先后研制開發出聚合鋁鐵、鋁硅、硅鋁、硅鐵以及聚合鋁/鐵与活性致混物質等复合絮凝劑。

有机無机复合絮凝劑以品种多樣和性能多元化占主導地位。作用机理主要与協同作用相關。無机高分子成分吸附雜質和懸浮微粒,使形成顆粒并逐漸增大;而有机高分子成分通過自身的橋聯作用,利用吸附在有机高分子上的活性基團產生网捕作用,网捕其它雜質顆粒一同下沉。同時,無机鹽的存在使污染物表面電荷中和,促進有机高分子的絮凝作用,大大提高絮凝效果。我國無机高分子絮凝劑的生產和應用已取得長足進展,最具有代表性的聚合氯化鋁和聚合硫酸鐵的研究,已居世界前列。

2.2　有机絮凝劑

有机絮凝劑主要分為合成高分子型和天然高分子型。其特點是用量少、絮凝速度快、受共存鹽類、ｐｈ值及溫度的影響小,生成的污泥量小,且帶有多种帶電基團,可為鏈狀、環狀、网狀結构,利于污染物進入絮体,脫色性好。
合成高分子絮凝劑。
合成有机高分子絮凝劑多為水溶性聚合物,具有分子量大、分子鏈官能團多的特點。按所帶電荷不同分為陽离子型、陰离子型、非离子型和兩性型絮和非离子型聚合物。 

微生物絮凝劑被廣泛用于給水或污水處理。通過其電荷性質和高分子特性在液体介質中起電荷中和、架橋、网捕、吸附等作用,使膠体脫穩、絮凝、沉淀、固液分离。黃民生等人[18]從活性污泥中分离出能產生高絮凝活性物質的微生物,其產品的淨水效果良好,并可使絮凝劑的總用量大大減少。鄧述波等人[19]利用含有糖醛酸、中性糖和氨基糖的多糖絮凝劑處理河水,比使用海藻酸鈉、明膠等絮凝劑產生的絮團大、沉降快、上清液度低,且ｃｏｄ值小。尹華等人[20]從石化厂活性污泥中篩選出ｊ-25菌株,利用葡萄糖、味精廢水母液等作為培養液,制備了微生物絮凝劑ｌｍｂｆ-25。該絮凝劑熱穩定性良好,對石化廢水有理想的處理效果,并能改善污泥的沉降性能。

3　絮凝劑的發展趨勢和研究方向[21]

近几十年來,絮凝劑的發展方向逐漸由無机向有机化、低分子向高分子化、單一型向复合型、合成型向天然微生物型轉化,絮凝劑產品也逐漸多樣化、專門化、環保化。但隨著水處理的日益复雜和技術的日益更新,對絮凝劑的要求也越來越高。從目前國內外水處理劑的現狀來看,在品种、性能、工藝方法以及成本等方面,都有待于進一步研究和發展。為此,今后的水處理研究開發工作必須從以下方面進行。

3.1　進一步開展研究絮凝机理

從產品的絮凝机理入手,在現有研究的基礎上,更加系統全面地開展研究,掌握其微觀結构和絮凝机理;并研究探索新型高效的水處理產品,以滿足日益擴大的市場需求。

3.2　絮凝品种多樣化、專門化

隨著工農業的快速發展,廢水處理的成分日益复雜,難度不斷加大,單一絮凝劑的不足日趨明顯,所以提高其絮凝效果的多樣化研究勢在必行,成為今后絮凝劑研究与應用的熱點。同時,因水質對絮凝效果影響很大,對水体的不同ｐｈ值范圍、不同化學耗氧量,以及不同懸浮物、雜質种類,都應有最佳的絮凝劑。研制專一、高選擇性的絮凝劑,使其在對特定水質的處理效果突出,將會使水處理收效顯著。

3.3　加強絮凝處理工藝和工程的研究影響絮凝劑絮凝效果的因素很多。ｐｈ值、溫度、絮凝劑用法及用量等的不同都會影響其絮凝效果。因此,加強對絮凝處理工藝的研究,优化絮凝劑產品,將會為新型絮凝劑開發和提高處理效果創造良好條件。

3.4　增強環保意識,加強對無毒、新型天然改性高分子絮凝劑的研究隨著國際環保意識的增強,對水處理劑無毒、無二次污染的呼聲越來越高,人們的研究理念也逐漸由合成高分子絮凝劑向天然高分子絮凝劑轉變。天然改性高分子絮凝劑來源廣泛、价格低廉、無毒、無二次污染。因此,應擴大品种,研制多功能水處理劑,以滿足各种廢水處理的不同需求。

3.5　研究与開發微生物絮凝劑

微生物絮凝劑是一种新型可生物降解的水處理劑,其优良的絮凝沉降性能和綠色環保特點,為今后大規模應用打下良好基礎。我們相信隨著生物技術的發展,其成本將會大幅度下降,應用价值也必將逐年提高。

 

參考文獻:

[1]　隋永強,梁成浩,姜毅.絮凝劑的應用現狀及發展趨勢[ｊ].石油化工腐蝕与防護,2003,20(6):14-17

[2]　鄭淳之,梅建.水處理劑和工業循環冷卻水系統分析方法[ｍ].北京:化學工業出版社,2000

[3]　陳輔君,李鳳亭,陳冬辰.高鹽基度聚合氯化鋁的制備研究[ｊ].中國給水排水,1994,10(6):45-47

[4]　胡万里,周定,王曉玉.改性活性硅酸的研制[ｊ].中國給水排水,1993,9(3):4-6

[5]　王德英,李長久,張万友等,聚硅酸硫酸鋁處理低溫低濁水的研究[ｊ].工業水處理,1996,16(5):10-12

[6]　趙林,徐玉霞,馬超等.油田污水處理分子絮凝劑的發展現狀[ｊ]河南石油,2005,19(3):69-71

[7]　ｓｔ.ｐａｖｌｏｖａ,ｉｖ.ｄｏｂｒｅｖｓｋｙ.ｍｏｄｉｆｉｅｄｓｉｒｏｆｌｏｃｐｒｏｃｅｓｓｆｏｒｎａｔｕｒａｌｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔ.ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ2005,173:55-59

[8]　ｄｉａｎａｉ.ｍａｒｔｉｎ,ｅｌｅｎａｍａｔｅｅｓｃｕ,ｇａｂｒｉｅｌａｃｒａｃｉｕｍ,ｄａｎｉｅｌｉｇｈｉｇｅａｎｕ,ａｄｅｌｉｎａｉｇｈｉｇｅａｎｕ.ｐｏｌｙｍｅｒｉｃｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｂｙａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄｅｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍａｎｄｍｉｃｒｏｗａｖｅｈｅａｔｉｎｇ.ｒａｄｉａｔｉｏｎｐｈｙｓｉｃｓａｎｄｃｈｅｍｉｓｔｒｙ.2002,64:423-428

[9]　馬希晨,邰玉蕾.ｓ-ｄｍｄａａｃ-ａｍ強陽离子型天然高分子絮凝劑的合成[ｊ].精細石油化工,2002,(2):13-16

[10]　宋輝,馬希晨.ｓａｈ陰离子天然高分子改性絮凝劑的合成及應用[ｊ].皮革化工,2003,20(3):17-21

[11]　張世軍,李思健.芋艿淀粉-丙烯　胺接枝共聚物的合成及其對酒糟廢水的處理[ｊ].環境保護,2000,(5):45-46

[12]　ａｎｄｒｅｍａｅｓ,ｓｔｅｖｅｎｖｒｅｙｓｅｎ,ｎｉｃｋｏｌａｊｎ.ｒｕｌｙｏｖ.ｅｆｆｅｃｔｏｆｖａｒｉｏｕｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｕｌｔｒａｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｆｉｎｅｓｏｒｂｅｎｔｐａｒｔｉｃｌｅｓ,ｕｓｅｄｉｎｔｈｅｗａｓｔｅｗａｔｅｒｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｒｏｍｏｒｇａｎｉｃｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔｓ.ｗａｔｅｒｒｅａｒｃｈ2003,(37):2090-2096

[13]　張國杰,王棟,程時遠.有机高分子絮凝劑的研究進展[ｊ].化學与生物工程,2004,(1):10-13

[14]　王強林,李旭祥,呂飛.有机高分子絮凝劑的研究現狀(一、二)[ｊ].精細与專用化學品,2003,(20):16-17;精細与專用化學品,2003,(21):21-23.

[15]　朱建華,曾運生,朱雁鋒等.木質陽离子表面活性劑的合成及應用[ｊ].精細化工1992,9(4):1-3

[16]　李峰,李濟吾.水處理絮凝劑的研究進展[ｊ].中國環保產業,2004,(10):12-13

[17]　侯振鞠,沙寶良,侯振瑛.水處理絮凝劑的研究与應用[ｊ].中國科技信息,2005,(12):73-74

[18]　黃民生,史宁凱,朱莉.微生物絮凝劑淨化廢水實驗研究[ｊ].工業水處理,2000,20(5):13-15

[19]　鄧述波,余剛,蔣展鵬等,微生物絮凝劑ｍｂｆ49的絮凝机理研究[ｊ].水處理技術,2001,27(1):22-25

[20]　尹華,余莉萍,彭輝等.微生物絮凝劑ｊｍｂｆ-25的結构和性質[ｊ].中國給水排水,2003,19(1):1-4

[21]　吳彬,鄧皓,肖遙.工業水處理劑的發展狀況与前景[ｊ].石油与天然气化工.1999,28(1):71-73