絮凝劑的種類和選擇(3)

1、合 肥 學(xué) 院 HEFEI UNIVERSITY生物工程綜述題 目: 離心分離技術(shù) 系 別: 生物與環(huán)境工程系 專 業(yè):_ 生物工程 學(xué) 號: 1402011045 姓 名: 湛琴琴 指導(dǎo)教師: 于 宙 2016年 9 月 8 日絮凝劑的種類和選擇摘要：當(dāng)今世界水污染嚴(yán)重，特別是許多工業(yè)污水含有許多有毒有害物質(zhì)，對人體生物及人體健康造成了嚴(yán)重的危害。目前已有 80 個國家約 20 億人缺水，水污染造成的水資源短缺和水質(zhì)型缺水已成為各國迫切需要解決的問題。本文主要介紹了在污水處理過程中常用的方式-絮凝以及絮凝劑的種類和在不同環(huán)境下對于絮凝劑的選擇。由于無機絮凝劑的二次污染、有機高分子絮凝劑對人體

2、的危害，研究新型、高效、無毒的絮凝劑成為污水處理中的重要內(nèi)容。從而絮凝劑中微生物絮凝劑現(xiàn)今的發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛。 關(guān)鍵詞：絮凝劑；有機絮凝劑；無機絮凝劑；生物絮凝劑絮凝劑是目前污水治理中應(yīng)用最為廣泛的一種藥劑，它有效的提升了污水處理速率，使污水處理效果更加顯著。絮凝過程是污水處理工藝中不可缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。藥劑的投加在人類文明的發(fā)展史上，最早使用絮凝劑處理水的歷史追溯到公元前 16 世紀(jì)古埃及確保了經(jīng)大型污水處理設(shè)備處理后的水質(zhì)能夠符合國家規(guī)定排放標(biāo)準(zhǔn)，有效防止了水污染現(xiàn)狀的 惡化，確保生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。人采用鐵扁桃汁凈化飲用水的例子。早在我國春秋戰(zhàn)國時期成書的山海經(jīng)和計倪子、吳氏本草等著作中

3、就有了關(guān)于明礬的記載，公元 1637 年，在天工開物一書中就有關(guān)于明礬制造和使用的詳細(xì)記載。西方國家在公元 1827 年第一次利用硫酸鋁進行水的絮凝實驗。近年來工業(yè)和生活污水處理及沉渣處置時，顯著地擴大了絮凝劑的應(yīng)用。在新建的裝置中，物理處理化學(xué)方法，其中包括絮凝法，有的已完全取代了生物處理方法。從最早的天然絮凝劑到初級合成的硫酸亞鐵、氯化鋁及硅系列絮凝劑，再到如今的高聚合類絮凝劑以及即將到來的生物絮凝劑，人類使用絮凝劑的過程也會經(jīng)歷一個從天然到合成再到天然的循環(huán)。絮凝方法也在水的凈化處理過程中起著重要的指導(dǎo)作用?！?】一、 絮凝劑的定義 絮凝劑主要是帶有正（負(fù))電性的基團和水中帶有負(fù)(正）電

4、性的難于分離的一些粒子或者顆粒相互靠近，降低其電勢，使其處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并利用其聚合性質(zhì)使得這些顆粒集中，并通過物理或者化學(xué)方法分離出來。一般為達到這種目的而使用的藥劑，稱之為絮凝劑。二、絮凝劑的分類根據(jù)絮凝劑的組成，可將其分為無機絮凝劑和有機絮凝劑及近年興起的生物絮凝劑三大類；根據(jù)它們分子質(zhì)量高低，可將其分為低分子和高分子兩大類；若按其官能團離解后所帶電荷的性質(zhì)，可將其分為非離子型、陽離子、陰離子、兩性等。絮凝劑無機絮凝劑無機低分子絮凝劑無機陽離子絮凝劑無機陰離子絮凝劑無機高分子絮凝劑鋁鹽無機高分子絮凝劑鐵鹽無機高分子絮凝劑硅酸金屬鹽及各種復(fù)合混凝劑有機絮凝劑人工合成有機高分子絮凝劑有機陽離

5、子絮凝劑有機陰離子絮凝劑非離子有機絮凝劑天然有機高分子絮凝劑生物絮凝劑2.1 無機混凝劑傳統(tǒng)使用的無機混凝劑主要有硫酸鋁、明礬、聚合氯化鋁、三氯化鐵、硫酸亞鐵等。硫酸鋁是世界上水和廢水處理中使用最多的混凝劑。明礬是硫酸鋁與硫酸鉀或硫酸銨的復(fù)鹽，在我國民間常用于飲用水凈化，聚合氯化鋁（又名堿式氯化鋁）作為一種混凝劑于 60 年代在日本首先進入實用階段。70 年代中期以后，在廢水處理中還是使用硫酸鋁居多。 常用無機類混凝劑一覽表名稱化學(xué)式硫酸鋁（精制或粗制）Al2（SO4）3.18H2O明礬K.Al（SO4）2.12H2O 或 NH4.（AlSO4）2.12H2O聚合氯化鋁Al2（OH）aCl6-

6、nm聚合硫酸鋁Al2（OH）a（SO4）3-n/2m三氯化鐵FeCl3.6H2O硫酸亞鐵FeSO4.7H2O水解硅酸Si（OH）42.2 有機絮凝劑根據(jù)性質(zhì)和來源的不同，可將有機高分子絮凝劑分為人工合成和天然兩大類。合成有機高分子絮凝劑【2】天然高分子改性絮凝劑 復(fù)合絮凝劑生物絮凝劑【3】下面主要介紹微生物絮凝劑的研究發(fā)展2.2.1微生物絮凝劑的定義微生物絮凝劑是一類由微生物或其分泌物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，是利用微生物技術(shù)，通過細(xì)菌、真菌等微生物發(fā)酵、提取、精制而得的，具有生物分解性和安全性的高效、無毒、無二次污染的水處理劑。微生物絮凝劑與其他絮凝劑相比，具有許多獨特的性質(zhì)。(1)來源廣、生產(chǎn)周期短

7、；(2)高效，；(3)無毒；(4)消除二次污染；(5)應(yīng)用范圍廣泛，脫色效果獨特；(6)價格較低。無論從生產(chǎn)成本還是處理技術(shù)總費用，微生物絮凝劑的價格都低于化學(xué)絮凝劑的價格。不足之處是，生物絮凝劑的效果容易受到有毒物質(zhì)的干擾【6】。2.2.2能產(chǎn)生絮凝劑的微生物及絮凝劑成分常用的產(chǎn)絮凝劑微生物 有革蘭氏陽性菌 (紅平紅球菌、石灰壤諾卡氏菌、椿象蟲諾卡氏菌、棒狀桿菌等)、革蘭氏陰性菌 (協(xié)腹產(chǎn)桿菌等 )、其他 (土壤桿菌屬 、厄氏桿菌屬、偽單胞菌屬、不動細(xì)菌屬、醬油曲霉、暗色孢屬、擬青霉屬等)【4】。從化學(xué)成分上講，主要是微生物代謝產(chǎn)生的具有絮凝活性的蛋白質(zhì)、多糖類物質(zhì)，有些絮凝劑中還含有無機金

8、屬離子I。從空間結(jié)構(gòu)上來看，已知的微生物絮凝劑微觀立體結(jié)構(gòu)有纖維狀結(jié)構(gòu)和球狀兩種。微生物絮凝劑的絮凝機理主要有 “架橋絮凝”機理、“離子鍵、氫鍵的結(jié)合”學(xué)說、“電性中和”機理、“化學(xué)反應(yīng)”機理、“卷掃作用”機理。微生物絮凝劑處理廢水是一個復(fù)雜過程，隨微生物絮凝劑作用對象的不同，其作用機理也不完全相同 。2.2.3微生物絮凝劑合成條件及影響因素 微生物絮凝劑的形成主要與微生物本身的代謝行為有關(guān)，由于微生物代謝活動或自身溶解行為等，絮凝活性多出現(xiàn)在微生物代謝行為的中后期。大量實驗表明，最大絮凝活性出現(xiàn)在微生物代謝行為的中后期或靜止期。影響微生物絮凝劑產(chǎn)生的因素包括碳源、氮源、碳氮比、溫度、pH、溶

9、解氧、培養(yǎng)時間等，有些微生物還需要在微量金屬離子條件下才能形成微生物絮凝劑【5】。2.2.4微生物絮凝劑的應(yīng)用研究趨勢目前污水處理中，因無機絮凝劑絮凝速度快而占據(jù)主導(dǎo)地位，微生物絮凝劑的開發(fā)擴展了絮凝劑產(chǎn)品的領(lǐng)域。微生物絮凝劑因其不產(chǎn)生二次污染的特性有著廣泛的發(fā)展空間和應(yīng)用前景。我國的微生物絮凝劑技術(shù)還不成熟，在升入研究絮凝機理、降低污水處理成本、生物技術(shù)培養(yǎng)高效絮凝菌株、無機絮凝劑和有機絮凝劑聯(lián)合應(yīng)用方面還有待開發(fā)?！?】三、選型規(guī)律廢水處理中如何選擇絮凝劑要根據(jù)具體行業(yè)的廢水的特性來選擇，同時還要看在哪個環(huán)節(jié)添加絮凝劑，做何用途。 一般選擇無機絮凝劑時要考慮廢水的成分及 PH 等，然后選擇

10、最適合的一種（鐵鹽、鋁鹽或 鐵鋁鹽、硅鋁鹽、硅鐵鹽等）。在選擇有機絮凝劑時（比如：聚丙烯酰胺 PAM），主要是看要用到陰離子聚丙烯酰胺、陽離子聚丙烯酰胺還是非離子聚丙烯酰胺。陰離子聚丙烯酰胺依據(jù)水解度不同一般分弱陰、中陰、強陰。陽離子的選擇一般用在污泥脫水方面，陽離子聚丙烯酰胺的選型很重要，城市污水處理廠一般用到中強陽離子聚丙烯酰胺，造紙、印染廠污泥脫水一般選擇弱陽離子，醫(yī)藥廢水一般選強陽離子等等。每一種廢水都有它自己獨有的特性，非離子聚丙烯酰胺主要是在弱酸性條件下使用， 印染廠用到非離子PAM 的比較多。所有的這些絮凝劑的選型都要根據(jù)試驗才能確定，在試驗中首先確定大致加藥量， 觀察絮凝沉淀速

11、度，核算處理成本，選擇經(jīng)濟、適用的絮凝藥劑。從絮凝劑的帶電類型、電荷密度、分子量、分子結(jié)構(gòu)剖析關(guān)于絮凝劑的分類情況，了解其概況，更加明晰的了解各種絮凝劑的應(yīng)用情況，對污水絮凝劑的選擇有了更明確的認(rèn)識。3.1絮凝劑的帶電類型；根據(jù)污水中顆粒的類型來選擇絮凝劑帶電性。一般來講，絮凝劑的帶電性選擇應(yīng)該遵循如下原則：利用帶負(fù)電的絮凝劑來捕捉無機物顆粒利帶正電的絮凝劑來捕捉有機物顆粒通常通過實驗的方法才能比較準(zhǔn)確的絮凝劑帶電類型3.2絮凝劑帶電電荷分布密度（離子度）絮凝劑帶電電荷分布的密度表示，在絮凝劑使用量最少的情況下，獲得最佳的絮凝效果所需要絮凝劑所帶的正電荷或者負(fù)電荷的數(shù)量。電荷分布密度與污泥類型

12、相關(guān)，市政污泥的電荷分布密度通常是污泥中有機物含量的函數(shù)，而有機物含量通常又與揮發(fā)份的含量有關(guān)，揮發(fā)份含量越高，則需要帶電量越高的絮凝劑。3.3 分子量分子量的選擇取決于脫水處理所用設(shè)備的類型，同時分子量也表示了聚合物鏈的長度。對于離心機式的脫水處理設(shè)備：聚合物的分子量越大越好，因為在進行離心脫水處理工程中，絮團將受到一個很大的剪切力的作用。對于過濾式的脫水處理設(shè)備：選擇分子量較低到中等分子量之間的絮凝劑就可以滿足要求，同時可以得到一個良好的慮水功能。3.4分子結(jié)構(gòu)絮凝劑分子結(jié)構(gòu)的選擇取決于所要求的脫水性能。陽離子絮凝劑的分子結(jié)構(gòu)分為：線性結(jié)構(gòu)、支狀結(jié)構(gòu)、交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)從以上幾個方面我們不難發(fā)現(xiàn)

13、，絮凝劑的選擇是有很大的規(guī)律性的，只要我們用心去觀察其規(guī)律，在日常應(yīng)用中去總結(jié)，發(fā)現(xiàn)每一種廢水都有其特定的那一種或幾種絮凝劑可以滿足污水處理絮凝或脫水狀況?？偨Y(jié)通過上述的分析研究，讓我發(fā)現(xiàn)了絮凝劑在日常生活、工業(yè)生產(chǎn)中對污水處理的重大作用。目前我國的污水排放量逐年遞增，因此對于絮凝劑的需求量也在逐漸擴大，所以如何選擇方便、有效且性價比高的絮凝劑便是重中之重。絮凝劑分為無機絮凝劑和有機絮凝劑倆大種，目前最常用的絮凝劑是人工合成工作聚合物，例如有機合成的聚丙烯酰胺類和聚乙烯亞胺衍生物。無機高分子聚合物也是一類較好的絮凝劑，如聚合鋁鹽和聚合鐵鹽等。但是由于無機絮凝劑對于產(chǎn)物的二次污染，所帶的金屬離子

14、會使產(chǎn)物攜帶顏色等副作用，而有機合成高分子絮凝劑對于人體存在著危害，還不容易被降解，所以研究新型、高效、無毒的絮凝劑成為污水處理中的重要內(nèi)容。微生物絮凝劑是近年研發(fā)的新型絮凝劑，它是一類由微生物產(chǎn)生的具有絮凝細(xì)胞功能的物質(zhì)，與化學(xué)合成的絮凝劑相比，最大的優(yōu)點是安全、無毒和不污染環(huán)境，這也正是我們所需要的。未來絮凝劑的發(fā)展方向勢必要從自然-人工合成-自然逐漸演變，微生物絮凝劑的發(fā)展將會開創(chuàng)一個污水處理上的新篇章。并且相比較一種絮凝劑的作用，相信幾種絮凝劑在一起重疊的絮凝效果會更好，以后的絮凝技術(shù)也會逐漸由一元向多元發(fā)展，使絮凝效果達到最佳。參考文獻：【1】姚重華.混凝劑與絮凝劑M.中國環(huán)境科學(xué)出版社，1991.【2】劉明華.有機