水和废水处理用复合高分子絮凝剂的研究进展_高宝玉

第30卷第1期2011年1月环境化学ENVIRONMENTALCHEMISTRYVol.30,No.1January20112010年4月2日收稿.＊通讯联系人,Tel:0531-88364832;E-mail:bygao@sdu.edu.cn水和废水处理用复合高分子絮凝剂的研究进展高宝玉＊(山东大学环境科学与工程学院,山东省水环境污染控制与资源化重点实验室,济南,250100)摘要复合高分子絮凝剂是近年来人们关注的新型、高效水和废水处理用药剂.本文就近年来国内外无机-无机复合高分子絮凝剂、无机-有机复合高分子絮凝剂和微生物复合絮凝剂的研究进展进行了综述,分析了其存在的主要问题,提出了今后研究工作的建议.关键词复合高分子絮凝剂,水和废水处理,研究进展.絮凝-沉淀/气浮是水和废水处理流程中应用最普遍的操作单元之一,而絮凝剂的品质是影响其处理效果和处理成本的决定性因素.絮凝剂的种类主要有无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂以及近几年来发展起来的复合絮凝剂.目前广泛应用的无机絮凝剂主要有铝盐和铁盐无机高分子絮凝剂产品,而有机絮凝剂又分为人工合成有机高分子絮凝剂和天然有机高分子絮凝剂产品.每一类絮凝剂都有其优缺点和应用范围.大量的实践表明,若把两种(类)或两种(类)以上的絮凝剂通过分别投加而进行复配使用、或在一定条件下通过混合或反应形成一种复合絮凝剂产品使用,则可实现优势互补,可提高水和废水的絮凝处理效果、拓宽应用范围和降低处理成本.目前,在水和废水处理中,两种(类)或两种(类)以上絮凝剂进行复配使用已有大量的工程实践和应用实例,且已取得了良好的应用效果.而把两种(类)或两种(类)以上的絮凝剂在一定条件下通过混合或反应研发复合絮凝剂并应用到工程实践中去,则是近年来发生的事情.由于复合絮凝剂能克服使用单一絮凝剂的许多不足,在降低水处理成本的同时可提高絮凝性能,所以,复合絮凝剂的研发和应用就成为当前水和废水处理领域的热点问题之一,也是新型、高效和经济的絮凝剂的主要发展方向.我国在“十一五”期间专门设立了国家科技支撑计划课题“小城镇饮用水处理药剂与材料研制”和国家高技术研究发展计划(863计划)课题“生物复合絮凝剂的制备和应用关键技术与工程示范”,在这些课题中,都把多功能复合型系列水处理药剂和生物复合絮凝剂的研发作为主要的研究内容.基于复合絮凝剂的化学组成,复合絮凝剂主要分为无机-无机复合高分子絮凝剂、无机-有机复合高分子絮凝剂和微生物复合絮凝剂等.本文就近年来国内外研究人员对上述复合絮凝剂的主要研究成果和进展进行综述,分析其存在的主要问题,并提出今后研究工作建议.希望本文能对我国复合絮凝剂的研制、开发和应用有所帮助.1无机-无机复合高分子絮凝剂铝盐和铁盐一直是水和废水处理中广泛应用的无机絮凝剂,其产品主要有硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁、聚合氯化铝(PAC)和聚合硫酸铁(PFS)等.这些产品及其水解聚合产物带有正电荷,主要是通过吸附电中和及卷扫作用对水体中荷负电的胶体污染物质发生凝聚作用的,但其对水体中的胶体污染物质的吸附架桥能力较弱,往往需要较高的投量才能取得良好的絮凝效果.为了进一步提高无机絮凝剂的絮凝效果并降低产品用量,通过大量研究和应用实践发现:若把铁盐和铝盐在一定条件下通过共聚反应、或把具有絮凝或助凝作用的无机成分加入到铁盐、铝盐或铁盐/铝盐溶液中并进行反应,通过形成具有更高分子量的产品或通过协同增效作用可制备出具有更好絮凝效果的无机-无机复合絮凝剂产品.目前,人们研发出了多种无机-无机复合絮凝剂产品,主要包括聚合硫酸氯化铝(polyaluminumchloridesulfate,PACS)、聚合氯化铝铁(polyaluminumferricchloride,PAFC)、聚合硅酸硫酸铝(polyaluminumsilicatesulfate,PASiS)、聚合硅酸氯化铝(polyaluminumsilicatechloride,PASiC)和聚合硅酸硫酸铁338环境化学30卷(polyferricsilicatesulfate,PFSiS)、聚合硅酸氯化铝铁(polyaluminumferricsilicatechloride,PAFSiC)等.在制备PAC过程中通过引进少量的SO2-4,可制备出带有SO2-4的PACS产品.SO2-4的引入影响聚合铝的结构和贮存稳定性[1-3],一般当Cl-/SO2-4为4左右时,PACS既有良好的混凝效果又有良好的贮存稳定性.通过对PACS的进一步研究发现,当Al3+/SO2-4为16左右时,混凝效果较好[4-7].PACS自20世纪60年代以来一直为日本的主导产品,目前国内生成的PAC中大都含有不同量的SO2-4,PACS在水和废水处理中已得到了广泛的应用.铁盐和铝盐通过加碱部分水解共聚可制备出