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在水处理中常用水处理絮凝剂应用综述

来 源:中华水网   发布时间:2013-11-06 移动版

  众所周知,我国是水资源短缺和污染比较严重的国家之一。尤其是西北地区,目前城市缺水严重,已造成严重的经济损失和社会环境问题絮凝剂的使用,既可在很大程度上解决水污染的问题,还能使处理过的水进行二次利用,提高水的利用率,缓解由于水资源不足给社会发展带来的困难。因此,在水处理中絮凝剂的应用较为广泛,且占有非常重要的地位。

  1 无机絮凝剂

  1.1 铝系絮凝剂明矾、硫酸铝和铝酸钠等铝盐都属于铝系低分子絮凝剂,它自古就被使用,也是应用最为广泛的一类絮凝剂。这类絮凝剂的主要作用机理是通过对水中胶体颗粒的压缩双电层作用、吸附架桥作用及沉淀物卷扫作用,使胶体颗粒脱稳,从而聚集、沉降。19世纪末美国最先将铝系絮凝剂用于水处理,之后因其卓越的混凝沉降性能而被广泛采用,现在,世界上大多数废水处理仍使用铝系絮凝剂。尽管铝盐被广泛使用,但铝是一种对人体有害的物质,它进人体后,会在一些机体组织中积蓄,将体内必需的营养元素和微量元素沉积,无法吸收,影响生理功能,导致人体出现诸如铝性脑病、铝性贫血等中毒病症。此外,铝盐的pH 值范围窄, 因而影响了城市供水管网电化学腐蚀问题的解决。为解决这一问题,铝系高分子絮凝剂应运而生。

  铝系絮凝剂有很多,例如聚合硫酸铝(PAS)、聚合磷酸铝(PAP) 等高分子铝盐,以及含铝复合型絮凝剂,如聚硫酸氯化铝、聚磷酸氯化铝等。而聚合氯化铝 (PAC) 是最常用的铝系高分子絮凝剂,20 世纪 60年代,日本首先研制并投入实用。70 年代中期以后,日本给水处理中 PAC 的使用超过了明矾。聚合氯化铝对高浊度、低浊度、高色度及低温水都有较好的混凝效果,PAC 的效能在许多方面优于明矾等传统铝盐,其投加量小,絮凝体形成速度快且易沉淀,反应沉淀时间短,水温及 pH 的适应范围广,它的加入量不宜过多,否则也会使水发浑。PAC 的生产方法较多,有中和法、凝胶法和热分解法等。

  1.2 铁系絮凝剂考虑到铝盐对身体的危害性,人们开始寻找一种一类可以替代铝盐的絮凝剂,20 世纪 30 年代,人们发现了铁系絮凝剂,这种不仅安全无毒,可避免二次污染,而且还有混凝能力强、沉降快、水温和 pH 适应范围广、价格便宜等特点。尤其是在低温条件下,铁盐的混凝效果明显优于铝盐。但其腐蚀性强,对设备要求高,且铁盐絮凝剂中的 Fe3+与水中腐植质等有机物可形成水溶性污染物,使自来水带色,所以要慎重选取。简单的铁盐絮凝剂主要是三氯化铁、硫酸亚铁等。与铝盐类似,铁盐也从简单的低分子絮凝剂向高分子絮凝剂方向发展。聚合硫酸铁(PFS) 由日本首先研制成功并投放市场, 我国 1983 年以来也开展了PFS 的研究。目前我国 PFS 的生产技术已达到了国外水平,广泛用于净水处理和污水处理。PFS 与聚胺、二烯丙基二甲基氯化铵均聚物等阳离子聚合物、强无机氧化剂等,具有非常好的复合性能,复合后絮凝剂对于低温低浊度水、高浊度水、市政污水、印染废水等均具有良好的处理性能。除 PFS 以外,还有聚磷酸铁( PFP)、聚氯化铝铁(PAFC) 、聚硫酸铝铁( PAFS) 、聚硅酸铝铁(PSFA) 、聚磷氯化铁(PPFC) 、聚硫酸氯化铁(PASC)等复合型絮凝剂。它们比 PAC 和 PAF 分子量大,混凝效果好,广泛用于石化厂、钢铁厂、煤矿和印染废水的处理。

  1.3 聚硅酸类絮凝剂聚硅酸絮凝剂是在 20 世纪 30 年代才开始应用的一种新型絮凝剂,此类絮凝剂在通常条件下组分带负电荷,属阴离子高分子絮凝剂,其吸附架桥能力增强,聚合度增大,处理效果强,形成的矾花大而易于沉降。但这种絮凝剂在储存时易发生自聚反应,析出硅胶而失去混凝功能,只能现场制备,从而限制了聚硅酸的应用和推广。高宝玉等用共聚和复合两种方法研制了商用聚硅氯化铝(PASiC)。相同条件下与 PAC 相比,PASiC 具有更大的颗粒粒径, 但不同电荷的相互作用,电中和能力有所下降, 研究表明,铝硅复合絮凝剂具有优良的净水效果和较低的残留铝含量。

  2 有机絮凝剂

  2.1 合成高分子有机絮凝剂自 1960 年以来,人工合成的有机高分子絮凝剂,已在水处理及污泥处置中得以广泛应用。根据所带电荷性质的不同,可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性型, 水处理中使用较多的是前三类絮凝剂。阴离子型聚电解质主要是分子重复单元中包含-COOM(其中 M 为氢离子或金属离子) 基团或 -SO3H基团的水溶性聚合物, 主要品种有部分水解的聚丙烯酰胺(包括聚丙烯酸钠) 和聚磺基苯乙烯。其中以聚丙烯酰胺用得最多, 其产量约占合成高分子絮凝剂生产总量的 80% , 它是一种线型高分子化合物, 分子量在150~2 000 万之间。非离子型聚电解质的主要品种是未水解的高分子聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯。“未水解”是指在聚丙烯酰胺分子重复单元中已水解的酰胺基占全部酰胺基的比例低于 3%, 而不是完全没有水解。阳离子型聚电解质主要是分子重复单元中含有正电荷的氨基( -NH3+) 、亚氨基( -CH2-NH2+-CH2-)或季氨基(N+R4) 的水溶性聚合物,主要品种有二甲基二烯丙基氯化铵与丙烯酰胺的共聚物或均聚物和聚已烯基咪唑啉等。由于阳离子型有机高分子絮凝剂兼具强电中和与吸附架桥作用,目前对此类絮凝剂的研究开发力度不断加强。人工合成有机高分子絮凝剂已广泛用于造纸、土建、化工、钢铁、机械等各种废水处理中。但由于聚电解质的毒性,其应用受到一定的限制。与无机絮凝剂相比,有机高分子絮凝剂具有用量少,絮凝速度快,生成污泥量少等优点。

  2.2 天然高分子有机絮凝剂在近代水处理中,通过化学改性的天然高分子化合物仍是一类重要的絮凝剂, 其特点是分子量分布广,活性基团点多,结构多样化等,尤为突出的是它安全无毒,具有良好的“环境可接受性”,因此在有机絮凝剂众多研究方向中,此方向的研究开发逐渐引人注目。但此类絮凝剂由于电荷密度较小,分子量较低,且易发生生物降解而失去絮凝活性等缺点,其使用少于合成高分子絮凝剂。目前,天然高分子絮凝剂的主要品种有淀粉类、半乳甘露聚糖类、纤维素衍生物类、微生物多糖类及动物骨胶类等 5 大类。 转载请注明出处: http://www.chndk.com/view-59834-1.html

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