絮凝劑在廢水處理中的應(yīng)用

絮凝劑在廢水處理中的應(yīng)用摘要：絮凝過(guò)程是目前國(guó)內(nèi)外眾多水處理工藝中應(yīng)用最廣泛、最普遍的單元操作之一，是廢水處理過(guò)程中不可缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。絮凝效果的好壞往往決定了后續(xù)流程的運(yùn)行狀況、最終出水水質(zhì)和費(fèi)用，選擇何種絮凝劑，對(duì)于提高出水水質(zhì)、降低制水成本有著重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。按其化學(xué)成分，絮凝劑可分為無(wú)機(jī)鹽類絮凝劑、有機(jī)高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。無(wú)機(jī)鹽類絮凝劑的品種較少，主要是鋁鹽、鐵鹽、水解聚合物等低分子鹽類以及無(wú)機(jī)高分子等絮凝劑。有機(jī)高分子絮凝劑主要有合成的有機(jī)高分子絮凝劑和天然改性有機(jī)高分子絮凝劑。關(guān)鍵字：絮凝劑發(fā)展趨勢(shì)廢水處理絮凝過(guò)程是目前前國(guó)內(nèi)外眾多多水處理工藝藝中應(yīng)用最廣廣泛、最普遍遍的單元操作作之一，是廢廢水處理過(guò)程程中不可缺少少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)節(jié)。絮凝效果果的好壞往往往決定了后續(xù)續(xù)流程的運(yùn)行行狀況、最終終出水水質(zhì)和和費(fèi)用，選擇擇何種絮凝劑劑，對(duì)于提高高出水水質(zhì)、降降低制水成本本有著重要的的技術(shù)經(jīng)濟(jì)價(jià)價(jià)值。按其化學(xué)成分，絮絮凝劑可分為為無(wú)機(jī)鹽類絮絮凝劑、有機(jī)機(jī)高分子絮凝凝劑和微生物物絮凝劑。無(wú)無(wú)機(jī)鹽類絮凝凝劑的品種較較少，主要是是鋁鹽、鐵鹽鹽、水解聚合合物等低分子子鹽類以及無(wú)無(wú)機(jī)高分子等等絮凝劑。有有機(jī)高分子絮絮凝劑主要有有合成的有機(jī)機(jī)高分子絮凝凝劑和天然改改性有機(jī)高分分子絮凝劑。1無(wú)機(jī)鹽類絮絮凝劑1.1無(wú)機(jī)低低分子絮凝劑劑無(wú)機(jī)低分子絮凝凝劑包括硫酸酸鋁、氯化鋁鋁、硫酸鐵、氯氯化鐵等，其其中硫酸鋁最最早是由美國(guó)國(guó)開發(fā)的，并并一直沿用至至今的一種重重要的無(wú)機(jī)絮絮凝劑。常用用的鋁鹽有硫硫酸鋁AL2(SO4)3·18H2O和明礬AL2(SO4)3·K2SO4·24H2O,另一類是鐵鐵鹽有三氯化化鐵水合物FeCL3·6H2O.硫酸亞鐵水水合物FeSO4·17H2O和硫酸鐵。無(wú)機(jī)絮凝劑的優(yōu)優(yōu)點(diǎn)是比較經(jīng)經(jīng)濟(jì)、用法簡(jiǎn)簡(jiǎn)單；但用量量大、絮凝效效果低，而且且存在成本高高、腐蝕性強(qiáng)強(qiáng)的缺點(diǎn)。1.2無(wú)機(jī)高高分子絮凝劑劑無(wú)機(jī)高分子絮凝凝劑是20世紀(jì)60年代后期才才發(fā)展起來(lái)的的一類新型廢廢水處理劑。與與傳統(tǒng)絮凝劑劑相比，它能能成倍的提高高效能，且價(jià)價(jià)格較低，因因而有逐步成成為主流藥劑劑的趨勢(shì)。目目前日本、俄俄羅斯、西歐歐及我國(guó)生產(chǎn)產(chǎn)此類絮凝劑劑已達(dá)到工業(yè)業(yè)化、規(guī)?；土鞒套詣?dòng)動(dòng)化的程度，加加上產(chǎn)品質(zhì)量量穩(wěn)定，無(wú)機(jī)機(jī)聚合類絮凝凝劑的生產(chǎn)已已占絮凝劑總總產(chǎn)量的30%～60%[1]]。簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)聚聚合物絮凝劑劑這類無(wú)機(jī)聚合物物絮凝劑主要要是鋁鹽和鐵鐵鹽的聚合物物。如聚合氯氯化鋁（PAC）、聚合硫硫酸鋁（PAS）、聚合氯氯化鐵（PFC）以及聚合合硫酸鐵(PFS)等。無(wú)機(jī)聚聚合物絮凝劑劑之所以比其其它無(wú)機(jī)絮凝凝劑效果好，其其根本原因在在于它能提供供大量的絡(luò)合合離子，且能能夠強(qiáng)烈吸附附膠體微粒，通通過(guò)吸附、橋橋架、交聯(lián)作作用，從而使使膠體凝聚。同同時(shí)還發(fā)生物物理化學(xué)變化化，中和膠體體微粒及懸浮浮物表面的電電荷，降低了了δ電位，使膠膠體微粒由原原來(lái)的相斥變變?yōu)橄辔?，破破壞了膠團(tuán)穩(wěn)穩(wěn)定性，使膠膠體微粒相互互碰撞，從而而形成絮狀混混凝沉淀，沉沉淀的表面積積可達(dá)（200～1000）m2/g,極具吸附能能力。改性的單陽(yáng)離離子聚合絮凝凝劑除常用的聚鋁、聚聚鐵外，還有有聚活性硅膠膠及其改性品品，如聚硅鋁鋁（鐵）、聚聚磷鋁（鐵）通通過(guò)引入某些些高電荷離子子改性以提高高電荷的中和和能力；如聚聚硅酸硫酸鋁鋁(PASSS)、聚硅酸絮絮凝劑（PSAA）等引入羥羥基、磷酸根根等以增加配配位的絡(luò)合能能力，從而改改變絮凝效果果。其可能的的原因是[22]:某些陽(yáng)離子子或陰離子可可以改變聚合合物的形態(tài)結(jié)結(jié)構(gòu)分布，或或者是兩種以以上聚合物之之間具有協(xié)同同增效作用。對(duì)對(duì)含鋁離子的的聚硅酸絮凝凝劑（PSAA）的研究[33]表明PSAA對(duì)油田稠油油采出水的處處理中具有比比PACS（含硫酸根根的改性聚合合氯化鋁）更更強(qiáng)的除油能能力，處理煤煤礦礦井廢水水時(shí)COD去除率可達(dá)98.2%，懸浮固體體的去除率可可達(dá)99.4%。PASS的制備方法法簡(jiǎn)單、原料料來(lái)源廣泛、成成本底，具有有極大的開發(fā)發(fā)價(jià)值及廣泛泛的應(yīng)用前景景。而對(duì)聚硅硅酸硫酸鐵（PFSS）絮凝劑[44]的研究發(fā)發(fā)現(xiàn)高度聚合合的硅酸與金金屬離子一起起可產(chǎn)生良好好的混凝效果果，因而有可可能在廢水處處理中部分取取代有機(jī)合成成高分子絮凝凝劑，以消除除毒性，而且且可以根據(jù)不不同的處理對(duì)對(duì)象通過(guò)改變變Fe/SiiO2摩爾比調(diào)整PFSS的配方來(lái)取取得良好的絮絮凝效果。多陽(yáng)離子無(wú)機(jī)機(jī)聚合絮凝劑劑聚鋁鐵復(fù)合絮凝凝劑是含有聚聚鋁、聚鐵及及氯根和硫酸酸根多核配位位的復(fù)合性無(wú)無(wú)機(jī)高分子絮絮凝劑，因兼兼有聚鋁和聚聚鐵的優(yōu)良性性能而日益受受人關(guān)注。聚合硫酸氯化鐵鐵鋁[5](PAAFCS)是其中之一一，其有效鐵鐵鋁含量（AL2O3+Fe2O3）大于22%，產(chǎn)品吸濕濕性強(qiáng)。研究究表明：在聚聚合氯化鋁的的(PAC)的有效鋁含含量大于PAFCS有效鋁鐵含含量的情況下下，PAFCS在污水處理理中有著比明明礬更好的結(jié)結(jié)果；在含油油廢水中及印印染廢水中PAFCS比PAC的效果均優(yōu)優(yōu)，且脫色能能力也強(qiáng)。絮絮凝物比重大大、絮凝速度度快、易過(guò)濾濾、出水率高高，其原料均均來(lái)源于工業(yè)業(yè)廢渣，成本本較低，適合合廢水處理。聚合聚鐵硅絮凝凝劑也是其中中之一，宋志志偉[6]等人曾曾經(jīng)采用其處處理生活污水水，其處理效效果及COD去除率均優(yōu)優(yōu)于聚合鐵，除除濁率達(dá)99%以上，脫色色率65%～70%，COD去除率達(dá)70%，同時(shí)可除除去生活污水水中的大部分分氨氮和全部部磷。鋁鐵共聚復(fù)合絮絮凝劑也屬于于這類產(chǎn)品，它它的生產(chǎn)原料料氯化鋁和氯氯化鐵均是廉廉價(jià)的傳統(tǒng)的的無(wú)機(jī)絮凝劑劑，來(lái)源廣、生生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單單，有利于開開發(fā)利用。鋁鋁鹽和鐵鹽的的共聚物不同同于兩種鹽的的混合物，它它是一種更有有效地綜合了了PAC和FeCL3的優(yōu)點(diǎn)，增增強(qiáng)了去濁效效果的絮凝劑劑。其中鋁鐵鐵共聚復(fù)合絮絮凝劑中鐵的的含量及形態(tài)態(tài)分布對(duì)絮凝凝性能的影響響[7]有待于于進(jìn)一步研究究，共聚物的的pH值由PAC和FeCL3溶液的水解解能力決定，對(duì)對(duì)應(yīng)溶液的pH值在其兩種種母液之間，視視其中鋁鹽或或鐵鹽含量的的多少而定。硼泥復(fù)合型絮絮凝劑硼泥復(fù)合型絮凝凝劑是一種含含有水溶性的的鎂、鐵、鋁鋁等無(wú)機(jī)酸鹽鹽高分子的絮絮凝劑。硼泥泥的主要成分分為含鎂、鋁鋁、鐵、硅、硼硼、鈣的混合合物，不含有有對(duì)人體有毒毒的化學(xué)成分分，可以作為為廢水處理劑劑的原料加以以利用。以硼硼泥和酸洗廢廢液為原料，既既可減少?gòu)U渣渣、廢液的排排放，又可利利用廢渣、廢廢液達(dá)到變廢廢為利的目的的。硼泥復(fù)合合絮凝劑的混混凝機(jī)理是壓壓縮雙電層、吸吸附電中和、吸吸附和橋架、沉沉淀網(wǎng)捕等作作用。它綜合合了鎂、鋁、鐵鐵、活性團(tuán)體體組分等有效效成分，從而而在混凝過(guò)程程中發(fā)揮了它它們的協(xié)同作作用，在不同同的pH值范圍內(nèi)均均能發(fā)生有效效的混凝作用用。據(jù)資料介介紹[8]：現(xiàn)已已投入批量生生產(chǎn)的YJ-18807#復(fù)合型廢水水處理劑，就就是以硼泥和和酸洗廢液為為原料合成的的絮凝劑，該該絮凝劑具有有破乳絮凝、去去除懸浮物、脫脫色、去除COD、去除多種種毒物等功能能。2有機(jī)類絮凝凝劑有機(jī)高分子絮凝凝劑同無(wú)機(jī)高高分子絮凝劑劑相比，具有有用量少、絮絮凝速度快、受受共存鹽類pH值及溫度影影響小，生成成污泥量少，并并且容易處理理等特點(diǎn)，因因而有著廣闊闊的應(yīng)用前景景。目前使用用的有機(jī)高分分子絮凝劑主主要有天然改改性的高分子子絮凝劑和合合成的高分子子絮凝劑兩類類。2.1天然有有機(jī)高分子絮絮凝劑[9]]天然高分子絮凝凝劑的使用量量遠(yuǎn)小于合成成有機(jī)高分子子絮凝劑，原原因是其電荷荷密度小、分分子量低、易易于發(fā)生生物物降解而失去去絮凝活性。20世紀(jì)70年代以來(lái)，許許多國(guó)家開始始重視化學(xué)改改性有機(jī)高分分子絮凝劑的的研制，這類類天然高分子子化合物含有有多種活性基基團(tuán)，如羥基基、酚羥基等等，表現(xiàn)出了了較活潑的化化學(xué)性質(zhì)。通通過(guò)羥基的酯酯化、醚化、氧氧化、交聯(lián)、接接枝共聚等化化學(xué)改性，其其活性基團(tuán)大大大增加。聚聚合物成枝化化結(jié)構(gòu)，分散散了絮凝基團(tuán)團(tuán)，對(duì)懸浮體體系中顆粒物物有更強(qiáng)的捕捕捉與促進(jìn)作作用，為了提提高這類物質(zhì)質(zhì)的絮凝效果果，人們對(duì)其其進(jìn)行了大量量的改性研究究，經(jīng)改性后后的天然高分分子絮凝劑與與合成有機(jī)高高分子絮凝劑劑相比，其具具有選擇性大大，無(wú)毒、廉廉價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。這這類絮凝劑按按其原料來(lái)源源不同，大體體可分為淀粉粉衍生物、纖纖維素衍生物物、甲殼素衍衍生物、植物物膠改性產(chǎn)物物、多糖類蛋蛋白質(zhì)改性產(chǎn)產(chǎn)物等。淀粉衍生物在眾多天然改性性高分子絮凝凝劑中，淀粉粉改性絮凝劑劑的研究開發(fā)發(fā)尤為引人注注目，因?yàn)榈淼矸蹃?lái)源廣泛泛、價(jià)格低廉廉、且產(chǎn)物完完全可以生物物降解，在自自然界中形成成良好循環(huán)。淀淀粉是由許多多脫水葡萄糖糖單元經(jīng)糖苷苷健連接而成成的物質(zhì)，每每個(gè)脫水葡萄萄糖單元的2、3、6三個(gè)位置上上各有一個(gè)醇醇羥基，因此此淀粉分子中中存在著大量量可以反應(yīng)的的基團(tuán)。淀粉粉衍生物是通通過(guò)其分子中中葡萄糖單元元上羥基與某某些化學(xué)試劑劑在一定條件件下反應(yīng)而制制得的。值得注意的是近近年來(lái)各類淀淀粉與丙烯酰酰胺、丙烯酸酸、丙烯酸脂脂、丙烯腈等等的枝接共聚聚反應(yīng)的研究究和產(chǎn)品開發(fā)發(fā)應(yīng)用已經(jīng)廣廣泛開展。它它與聚丙烯酰酰胺相比具有有穩(wěn)定性強(qiáng)、適適應(yīng)范圍廣、絮絮凝能力強(qiáng)等等特點(diǎn)。木質(zhì)素衍生物物木質(zhì)素是存在于于植物纖維素素中的一種芳芳香族高分子子化合物，是是造紙漿過(guò)程程中的一個(gè)主主要成分。由由于含有大量量木質(zhì)素造紙紙廢液的大量量排放，不僅僅嚴(yán)重污染了了環(huán)境，而且且造成了物質(zhì)質(zhì)資源的極大大浪費(fèi)，因此此，以木質(zhì)素素為基礎(chǔ)原料料制備包括處處理劑在內(nèi)的的各種化工產(chǎn)產(chǎn)品的研究日日益引起人們們的重視。Rachor和和Dilliing分別于70年代中后期期以木質(zhì)素為為原料合成了了季胺型陽(yáng)離離子表面活性性劑，用其處處理染料廢水水獲得了良好好的絮凝效果果。我國(guó)吳冰冰艷等[100]人合成的的木質(zhì)素季胺胺鹽絮凝劑，具具有良好的絮絮凝能力，處處理高濃度、高高色度的酸污污染廢水時(shí)具具有良好的脫脫色效果。也也有人利用造造紙蒸廢液中中的木質(zhì)素合合成了木質(zhì)素素陽(yáng)離子表面面活性劑，用用其處理陽(yáng)離離子染料、直直接染料及酸酸性染料廢水水，實(shí)驗(yàn)表明明：這種藥劑劑具有良好的的絮凝性能，對(duì)對(duì)多種染料的的脫色率均超超過(guò)90%。木質(zhì)素改改性產(chǎn)品還可可以作為含蛋蛋白質(zhì)廢水的的絮凝劑，因因?yàn)樗臒o(wú)毒毒性，回收的的蛋白質(zhì)可作作飼料。甲殼素衍生物物甲殼素是自然界界中含量?jī)H次次于纖維素的的第二大天然然有機(jī)高分子子化合物，是是甲殼類動(dòng)物物（蝦、蟹）、昆昆蟲外骨骼的的主要成分。甲甲殼素的研究究在許多國(guó)家家十分活躍，并并取得了進(jìn)展展。對(duì)甲殼素素進(jìn)行行適當(dāng)?shù)姆肿幼痈脑?，脫去去乙?；玫降綒ぞ厶牵鞘且环N性能良良好的絮凝劑劑。由于這類類物質(zhì)分子中中均含有酰胺胺基、氨基及及羥基，因此此具有絮凝吸吸附等功能。近近年來(lái)甲殼素素在廢水處理理方面的應(yīng)用用研究已取得得了重大進(jìn)展展，很多成果果已進(jìn)入了實(shí)實(shí)用階段或已已實(shí)現(xiàn)商品化化。日本每年年用于水處理理的甲殼素約約500噸。2.2合成高高分子絮凝劑劑在合成高分子絮絮凝劑中，聚聚丙烯酰胺（PAM）的應(yīng)用最最為廣泛。聚聚丙烯酰胺有有非離子型、陽(yáng)陽(yáng)離子型和陰陰離子型三種種，它們的相相對(duì)分子量均均在150萬(wàn)到800萬(wàn)之間。聚聚丙烯酰胺對(duì)對(duì)懸浮于水質(zhì)質(zhì)中的粒子產(chǎn)產(chǎn)生吸附，使使離子間產(chǎn)生生交聯(lián)，從而而使其絮凝沉沉降。聚丙烯烯酰胺對(duì)廢水水處理有顯著著的效果，廣廣泛應(yīng)用于工工業(yè)廢水的處處理，是一種種重要的和使使用較多的高高分子絮凝劑劑。但由于這這類絮凝劑存存在一定量的的殘余單體丙丙烯酰胺，不不可避免地帶帶來(lái)毒性，因因而使其應(yīng)用用受到了限制制。當(dāng)前，對(duì)聚丙烯烯酰胺的改性性研究也是一一個(gè)重要的研研究方向。聚聚丙烯酰胺中中的酰胺基團(tuán)團(tuán)是氮或胺的的酰基衍生物物。由于酰胺胺基團(tuán)中氮原原子的未共用用電子對(duì)與羥羥基雙鍵中的的Л電子形成共共軛體系，使使氮原子的電電子層密度降降低，與之相相連的氫原子子也變得活潑潑，較易質(zhì)子子化。因此，在在一定條件下下通過(guò)曼尼期期反應(yīng)，在聚聚丙烯酰胺上上引如胺類分分子，生成季季胺型陽(yáng)離子子。聚丙烯酰酰胺陽(yáng)離子絮絮凝劑與絮凝凝體不僅有橋橋連作用，而而且還有包絡(luò)絡(luò)作用。發(fā)生生橋連和包絡(luò)絡(luò)的高分子還還能*相互作用形形成三維網(wǎng)狀狀結(jié)構(gòu)，有助助于沉降分離離[11]。聚二甲基二烯丙丙基氯化銨(PDADDMA)及二甲基二二烯丙基氯化化銨-丙烯酰胺共共聚物（PDADMMA-AM）屬陽(yáng)離子子型高分子化化合物，具有有正電荷、密密度高、水溶溶性好、相對(duì)對(duì)分子質(zhì)量易易于控制、高高效、低毒、造造價(jià)低廉等優(yōu)優(yōu)點(diǎn)，因此被被廣泛應(yīng)用于于石油開采、造造紙、廢水處處理、醫(yī)藥、紡紡織及食品工工業(yè)等。應(yīng)用用于廢水處理理時(shí)，能獲得得比目前較常常用的無(wú)機(jī)高高分子絮凝劑劑和有機(jī)高分分子絮凝劑PAM更好的處理理效果。它既既可單獨(dú)使用用，也可與無(wú)無(wú)機(jī)絮凝劑并并用[12]]。合成高分子絮凝凝劑在國(guó)內(nèi)外外得到了廣泛泛的研究與應(yīng)應(yīng)用，但存在在有毒性、難難生物降解、價(jià)價(jià)格較高等缺缺點(diǎn)，在環(huán)保保日益重視的的今天，其并并不為人們所所重視。2.3水溶性性兩性高分子子絮凝劑水溶性兩性高分分子是指在高高分子鏈節(jié)上上同時(shí)含有正正、負(fù)兩種電電荷基團(tuán)的水水溶性高分子子，與僅含有有一種電荷的的水溶性陰離離子或陽(yáng)離子子聚合物相比比，它的性能能較為獨(dú)特。作作為絮凝劑不不僅可除去廢廢水中的懸浮浮物和膠體，而而且可除去一一般絮凝劑所所不能及的范范圍——廢水中的溶溶解物（如有有色物質(zhì)及表表面活性劑等等）。將兩性性高分子絮凝凝劑用于污泥泥脫水的實(shí)踐踐表明：經(jīng)過(guò)過(guò)兩性高分子子絮凝劑處理理的污泥，沉沉降性能良好好、泥餅含水水量少。又由由于兩性高分分子內(nèi)陰、陽(yáng)陽(yáng)基團(tuán)能與金金屬離子發(fā)生生螯合作用，在在等電點(diǎn)時(shí)又又可將其釋放放出來(lái)，因此此可利用這一一性質(zhì)將金屬屬離子分離回回收。兩性高高分子又可反反復(fù)使用，這這在重金屬污污染的治理中中將起到積極極作用[133]。因此，水水溶性兩性高高分子絮凝劑劑在廢水處理理方面具有較較廣泛的應(yīng)用用前景。國(guó)內(nèi)內(nèi)雖然對(duì)兩性性高分子絮凝凝劑的產(chǎn)品有有報(bào)道，但僅僅限于實(shí)驗(yàn)室室合成和對(duì)性性能的初步研研究，并沒有有成熟的、性性能良好的產(chǎn)產(chǎn)品供應(yīng)市場(chǎng)場(chǎng)。3微生物絮凝凝劑微生物絮凝劑是是80年代后期研研究開發(fā)的第第三類絮凝劑劑，是一類由由微生物產(chǎn)生生的具有絮凝凝劑活性的代代謝產(chǎn)物，主主要有糖蛋白白、多糖、蛋蛋白質(zhì)、纖維維素和DNA以及有絮凝凝劑活性的菌菌體等。該絮絮凝劑是利用用生物技術(shù)，通通過(guò)微生物發(fā)發(fā)酵、抽取、精精制而得到的的一種新型、高高效、廉價(jià)的的水處理劑，是是一種無(wú)毒的的生物高分子子化合物。國(guó)國(guó)外關(guān)于微生生物絮凝劑的的報(bào)道主要有有AJ70002微生物絮凝凝劑、PF101絮凝劑和NOC—1絮凝劑等。相相對(duì)經(jīng)典的膠膠體系絮凝劑劑機(jī)理而言，生生物系絮凝劑劑絮凝機(jī)理還還不是很清楚楚，比較有代代表性的絮凝凝機(jī)理包括胞胞外聚合物橋橋架學(xué)說(shuō)、電電性中和學(xué)說(shuō)說(shuō)、體外纖維維素纖絲學(xué)說(shuō)說(shuō)，莢膜學(xué)說(shuō)說(shuō)、疏水學(xué)說(shuō)說(shuō)等。目前一一般以為，生生物高分子絮絮凝劑主要通通過(guò)橋架作用用和電中和作作用，使顆粒粒和細(xì)胞聚合合，其它的絮絮凝作用