水处理絮凝剂的开发与应用_岳巍

科技信息2009年第25期SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION科技信息SCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION0.引言絮凝沉降法依靠絮凝剂使溶液中的溶质、胶体或悬浮物颗粒凝聚为大的絮凝体，从而实现固液分离，由于其经济高效的特点，目前已广泛用于饮用水处理、废水处理、食品、化工、环保、发酵工业等诸多领域。围绕絮凝剂的开发，人们对絮凝机理作了大量深入的研究,先后提出了胶体化学理论，电中和吸附凝聚、吸附架桥理论以及微涡旋混凝动力学理论，高分子絮凝剂及其理论等。随着界面电位计算体系和表面络合模式的发展,人们开始把表面络合、表面沉淀概念和定量计算方法引入絮凝机理研究之中[1]。本文介绍了目前国内外常用的水处理絮凝剂，通过对其各自絮凝机理、特点和应用现状进行分析，从而得出今后絮凝剂的研究方向和发展前景。1.絮凝剂的机理和特点分析目前普遍应用的絮凝剂包括无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂及复合型絮凝剂等几大类，由于其特点、造价、絮凝机理等方面均有不同，所以它们具有不同的应用环境。1.1无机絮凝剂无机絮凝剂也称凝聚剂,由于它不但具有良好的凝聚效果和脱色能力，而且操作简便，所以它被广泛应用于饮用水、工业水的净化处理、地下水以及废水淤泥的脱水处理中。无机絮凝剂经历了从单一品种到多品种，从低分子的铝(铁)盐到高分子的聚合铝(铁)，从单一的聚合铝(铁)向多元的聚合铝铁的发展过程。以相对分子量为划分依据，无机絮凝剂又可分为低分子体系和高分子体系两大类。1.1.1无机低分子絮凝剂传统的无机絮凝剂为低分子的铝盐和铁盐,其作用机理主要是双电层吸附。铝盐中主要有硫酸铝、明矾、铝酸钠；铁盐主要有三氯化铁、硫酸亚铁和硫酸铁等。其中硫酸铝絮凝效果较好,使用方便,但当水温低时,硫酸铝水解困难,形成的絮凝体较松散,效果不及铁盐。三氯化铁是另一种常用的无机低分子絮凝剂,具有易溶于水、形成大而中的絮体、沉降性能好、对温度、水质和pH的适应范围广等优点,但其腐蚀性较强,且有刺激性气味,操作条件差。因此，尽管无机低分子絮凝剂经济、用法简单,但由于其在水处理过程中存在的用量大、残渣多、有异味等诸多问题,已逐渐被无机高分子絮凝剂所取代。1.1.2无机高分子絮凝剂近年来高分子絮凝剂的发展趋势主要是向聚合铝、聚合铁、聚合硅及各种复合型絮凝剂方向发展,并已逐步形成系列，其中阳离子型的有聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合磷酸铝(PAP)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铁(PFC)、聚合磷酸铁(PFP)等；阴离子型的有活化硅酸(AS)、聚合硅酸(PS)；无机复合型的有聚合氯化铝铁(PAFC)、聚硅酸硫酸铁(PFSS)、聚硅酸硫酸铝(PFSC)、聚合氯硫酸铁(PFCS)、聚合硅酸铝(PASI)、聚合硅酸铁(PFSI)、聚合磷酸铝铁(PAFP)、硅钙复合型聚合氯化铁(SC-PAFC)等。无机高分子絮凝剂由于絮凝效果好、价格相对较低,现已逐步成为主流絮凝药剂。目前，日本、俄罗斯、西欧生产已达到工业化和规模化,流程控制自动化,产品质量稳定。1.2有机高分子絮凝剂有机高分子絮凝剂是20世纪60年代开始使用的第二代絮凝剂。与无机高分子絮凝剂相比,有机高分子絮凝剂具有用量少,絮凝速度快,受共存盐类、污水pH值及温度影响小,生成污泥量少,节约用水，并且容易处理等优点,因而有着广阔的应用前景。有机高分子絮凝剂主要是通过吸附作用将水体中的胶粒吸附到絮凝剂分子链上,形成絮凝体。它的絮凝效果受其分子量大小、电荷密度、投加量、混合时间和絮凝体稳定性等因素的影响。目前有机高分子絮凝剂主要分为合成有机高分子絮凝剂和天然改性高分子絮凝剂两大类。1.2.1合成有机高分子絮凝剂合成有机高分子絮凝剂以聚乙烯、聚丙烯类聚合物及其共聚物为主,尤其聚丙烯酰胺(PAM)的应用最多，占有机高分子絮凝剂的80%左右。聚丙烯酰胺有非离子型、阳离子型和阴离子型三种,它们的分子量均在50～600万之间，其中最多为季胺盐类，但这类絮凝剂存在着一定量的残余单体丙烯酰胺,不可避免地带来了毒性,因而使其应用受到了限制。1.2.2天然改性高分子絮凝剂天然高分子物质具有分子量分布广、活性基团点多、结构多样化等特点,易于制成性能优良的絮凝剂,但由于其电荷量密度较小,分子量较低,且易发生生物降解而失去其絮凝活性，所以天然高分子絮凝剂的使用远小于合成的有机高分子絮凝剂。针对天然高分子絮凝剂的不足对其进行经改性后，可使它具有选择性大、无毒、价廉等显著特点。改性后的天然高分子絮凝剂按原料来源的不同,可分为淀粉衍生物、纤维素衍生物、植物胶改性产物、多糖类及蛋白质改性产物等几大类。在众多天然改性高分子絮凝剂中,淀粉来源广,价格低廉,产物完全可被生物降解,可在自然界中形成良性循环；另外，来源于甲壳类动物、昆虫的外骨