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絮凝剂的发展趋势及应用

来源:北京北科 时间:2010-06-12 点击次数:

  我国城市污水处理厂常用活性污泥法工艺,其中絮凝剂在废水处理中具有很重要的作用,它可以用来降低原水的浊度、色度等感观指标,去除多种高分子有机物,某些重金属和放射性物质,它可以自成独立的处理系统,又可以与其它处理单元过程进行组合,作为预处理、中间处理和最终处理过程,而且还常用于污泥脱水前的浓缩过程,以改善污泥的脱水性能.经过絮凝剂无害处理后的水可以回用.当前国内每年工业用水、城市给水、污水处理需求絮凝剂百万吨,因此研究絮凝剂具有很重要的意义.

无机絮凝剂
无机盐类絮凝剂主要分为铝盐和铁盐,它们存在很大的缺点:残留在水中的铝离子会导致二次污染;铁离子本身有颜色,并对设备有腐蚀作用,提高成本;投加量大,产泥量高,运行费用高.为克服二次污染及腐蚀设备问题 ,从20世纪60年代开始无机盐聚合物(聚合氯化铝,聚合氯化铝铁)的研究.使用无机盐聚合物类絮凝剂效果好,残留在水中的铝、铁离子少,而且易生产、价廉、使用范围广,在我国实际用量占絮凝剂总量的80%以上.
有机合成高分子絮凝剂
合成高分子絮凝剂投加量少,一般在2%以下,效果好,形成的絮体大,而且强度大,不易破碎,不增加泥量,降低热值,无腐蚀性.它分非离子型、阳离子型、阴离子型和两性四种.常用有机絮凝剂有:聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸钠、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸盐等,其中聚丙烯酰胺的应用最多,占合成高分子絮凝剂的80%左右.然而这一类絮凝剂由于存在着一定量的残余单体丙烯酰胺,不可避免的带来毒性,所以限制了它的应用。高分子量聚丙烯酸钠属阴离子型絮凝剂,有强烈的絮凝作用而且无毒;对悬浮于水中的细微粒产生非离子性吸附,使粒子之间产生交联;对具有金属氢氧化物这类 正电荷的胶体粒子更显示出其优良性能.陆兴章等研制出二甲基二丙烯丙基氯化铵均聚物和一系列不同 相对分子质量、不同阳离子的共聚物,对硅藻土或高岭土均有优良的絮凝效果.高华星等把以聚二甲基二烯丙基氯化铵为主体键节的阳离子高分子絮凝剂用于印刷油墨废水处理,试验结果表明处理后废水油污去除率高,沉渣少,废水的回用效果好。
天然高分子絮凝剂
天然高分子絮凝剂易生物降解,本身或中间降解产物对人体无毒,具有选择性大、价廉、产泥量少等优点.淀粉衍生物作为工业絮凝剂的研究始于6o年代.乙烯基单体与淀粉的接枝共聚反应 是淀粉改性制备可生物降解的高分子材料的重要途径之一,其关键问题在于引发剂的筛选.曹炳明将木薯粉、催化剂、烯类单体反应,再加醛类和醇类反应制得一种网状的高分子物质,其分子链中所带的官能团多,吸附活性点多,可用于污水处理厂二级污水处理;若在生化系统中投加该类絮凝剂,可为城市污水处理后的 回用提供符合要求的水质.另外淀粉磷酸酯和淀粉黄原酸脂也是良好的絮凝剂.壳聚糖、甲壳素类絮凝剂作为水处理剂在工业上已大量应用,美国主要用于给水及饮用水处理;日本主 要用于水处理及污水处理,其中用于水处理的壳聚糖每年达500吨之多; 目前清华大学着手壳聚糖作絮凝剂的中试生产研究,获得了一套适合我国国情的工业化生产的最佳工艺路线,其主要性能指标均达到了或超过国内外同类产品的水平.壳聚糖除了对水中的固体悬浮物(ss)有较好的絮凝作用外,还对水中的COD、 色度和重金属离子等有较好的去除效果.由于该类聚合物具有无毒无味、抗菌、可生物降解等优点使其被大 量应用于食品工业废水处理中,壳聚糖可使各种食品加工废水的固形物减少70% ~98%.杜予民等 总结 了壳聚糖及其衍生物作为吸附剂、絮凝剂在印染废水中的应用,阐明小粒径、高脱乙酰度及珠状壳聚糖及其 衍生物在低温、低pH值下对染料的吸附效果较好;脱乙酰度大的水溶性壳聚糖及其衍生物对染料的絮凝效 果较好,其絮凝机理主要是电荷中和以及分子架桥作用.
微生物絮凝剂
微生物絮凝剂是一类由微生物或其分泌物产生的代谢产物,它是利用微生物技术,通过细菌、真菌等微 生物发酵、提取、精制而得的,是具有生物分解性和安全性的高效、无毒、无二次污染的水处理剂.它主要由 微生物代谢产生的各种多聚糖类、蛋白质,或是蛋白质和糖类参与形成的高分子化合物,能产生微生物絮凝 剂的微生物种类很多,它们大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中. J.Nak~m,ra等从霉菌、细菌、放线菌、酵母菌等菌株中筛选出l9种具有絮凝能力的微生物.H.Takagi 等n 人研究了拟青素微生物生产的絮凝剂PF01,对活性污泥、啤酒酵母等许多物质具有良好的絮凝效果.红 平红球菌生产的絮凝剂NOC-1,是目前发现絮凝效果最好的微生物絮凝剂.K.toeda和K.UraneL9 从土壤中分离出革兰氏阴性菌——产碱性菌Alcaligenecupidus A1 201,它在含有蔗糖的培养基中生长并分泌絮凝物质.我国也已涉及这方面的研究,但起步较晚.南开大学庄源益们筛选出6株对水中染料有较好的絮凝作 用的菌株(NAT一1至NAT一6),用NAT型生物絮凝剂处理直接黑染料生产废水,其脱色率可达60%.从微生 物组织中提取的7一谷氨酸聚合物具有一定的絮凝作用n ,如从bacillus sp.PY一90中提取的聚7一谷氨酸, 在浓度为20nv,/L时,对高岭土悬浊液絮凝效果最好,当加入c 、M 、Fd 时,可提高其絮凝效果;从B. subtillis IFO 3335和B.1icheniformis CCRC 12826中提取的聚7一谷氨酸,对不同的无机和有机悬浊液均具有 较好的絮凝作用. 絮凝剂通过离子键、氢键的作用与悬浮颗粒结合,由于絮凝剂的分子量很大,一个絮凝剂分子可同时与 几个悬浮颗粒结合,在适宜条件下迅速形成网状结构而沉积,从而表现出很强的絮凝能力.微生物絮凝性与 分子结构、分子量、活性基团等多种内部环境因素有关,另外,外界环境因素如pH值、温度、离子种类、离子 强度等对微生物絮凝剂的活性也有 影响 .微生物絮凝剂广泛应用于畜产废水处理、染料废水的脱色、高浓度 无机物悬浮液废水的处理、活性污泥的沉降性能的改善、污泥脱水、浮化液的油水分离等方面.然而目前微 生物絮凝剂的研究还处于菌种筛选的实验室研究阶段,所用成本较高,一些工艺条件不太成熟,离工业化生 产还有一定的距离.
复合絮凝剂
复合型絮凝剂是近年才开始研制的新型絮凝剂,能克服使用单一絮凝剂的许多不足,适应范围广,对低 浓度或高浓度水质、有色废水、多种工业废水都有良好的净水效果,脱污泥性好,pH使用范围大.然而复合在 有机合成制备上手续复杂,成本较高,并有可能存在二次污染. 目前还未见复合絮凝剂有工业化生产和使用的报道.污水或活性污泥中,有机固体颗粒带负电荷,无机固体颗粒带正电荷,混合固体颗粒呈电中性。所以有机污水或污泥加阳离子型絮凝剂,对无机污水或污泥加阴离子型絮凝剂,对混合污水或污泥加非离子型絮 凝剂.赵立志等用含单宁45%的落叶松胶与甲醛、二甲胺在弱酸性条件下进行曼尼希反应,使单宁胺甲基 化,制成的絮凝剂与无机、聚丙烯酰胺联用,可提高絮凝效果. 带有PAM的聚合氯化铝、聚合氯化铁,为无机有机高分子聚合物,它们具有无机、有机的双重优点,又避 免了两者的不足,还具有某些独特的优点,使净水效果得到高度发挥.无机离子使悬浮颗粒发生絮凝并沉淀,高分子有机阳离子的高度架桥又促进了絮凝吸附速度,故能达到快速净水的目的.江霜英等以天然高 分子物质甲壳素制备壳聚糖,并用壳聚糖、聚合铝和三氯化铁制成了高效复合型絮凝剂CAF,其净水效果优于无机絮凝剂聚合铝和三氯化铁,成本更低.
结束语
絮凝剂在废水处理中具有举足轻重的地位,它正向着高效、无毒、价廉、复合、多功能、适合工业化生产 的方向发展 .大力发展无机盐聚合物絮凝剂以替代无机盐絮凝剂,可以降低二次污染,同时也可以减少对设备的腐蚀程度.目前我国有机高分子絮凝剂已商品化的仅有PAM、聚丙烯酰胺和羧甲基纤维素等几个品种, 研究 高效无毒的有机合成高分子絮凝剂(如烷基烯丙基卤化铵的均聚和共聚物类等),优化其合成工艺,降 低成本.利用天然高分子化合物无毒、无污染、价廉、选择性大等优点,解决其电荷密度小、分子量低、不稳定、溶解性不好等 问题 ,发展性能更优的絮凝剂。对微生物絮凝剂,目前的任务是:寻找价廉的培养基和控制 絮凝剂发挥作用的最佳条件,对絮凝剂合成的条件及 影响 起絮凝活性的因素进行深入研究,以符合工业化 生产要求.复合型絮凝剂以其高效价廉的优势必将迅速发展,简化有机合成制备过程,降低生产成本,尽可能减少可能存在的二次污染问题.