高分子絮凝剂研究的进展_甘光奉

高分子絮凝剂研究的进展江汉石油学院化学工程系(湖北荆洲,434102)甘光奉甘莉摘要高分子絮凝剂的研究、生产和应用已成为一门迅速发展的科学和技术。笔者综述了近十多年来国内外对高分子絮凝剂的研究情况,简要介绍了我国在这个领域内所取得的进展和存在的差距。关键词有机高分子絮凝剂,无机高分子絮凝剂,生物絮凝剂絮凝沉降法是目前国内外普遍用来提高水质处理效率的一种既经济又简便的水质处理方法。高分子絮凝剂以其良好的凝聚效果、脱色能力和操作简便等优点,在水处理过程中起着不可替代的作用,引起国内外广泛关注。随着人们环保意识的加强,将会出现更多的高效、低毒、经济适用的高分子絮凝剂,同时也将有力地推动对絮凝过程基础理论的研究。根据高分子絮凝剂的组成,可分为无机高分子絮凝剂、有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂三大类。1无机高分子絮凝剂无机絮凝剂的应用历史悠久,但无机高分子絮凝剂却是在60年代后期才在世界上发展起来。无机低分子絮凝剂在水处理过程中存在较大的问题,而逐渐被无机高分子絮凝剂所取代。它比原有传统药剂絮凝效果高得多,而价格相应较低,因而有逐步成为主流药剂的趋势。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。聚合类絮凝剂的生产已经占絮凝剂总产量的30%～60%。我国无机高分子絮凝剂的开发成绩也很显著。60年代几乎与日本同时起步。早在1960年就由哈尔滨城建局等单位生产出聚合氯化铝,1964年试用于自来水处理。1983年天津化工研究设计院等单位研制成功聚合硫酸铁,并用之于电厂水处理,随后一些单位也先后投产。近年,生产单位日见增多,规模亦有所扩大。我国生产聚铝与聚铁,陆续发展了多种原料和工艺制造方法,基本上是结合了我国的条件,建立起独具特色的工艺路线和生产体系,满足了我国用水和废水处理的发展需要。近年来,研制和应用聚合铝、铁、硅及各种复合型絮凝剂成为热点。无机高分子絮凝剂的品种在我国已逐步形成系列: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)、聚合硅酸硫酸铝(PASS)、聚合硅酸氯化铁(PFSC)、聚合氯硫酸铁(PFCS)、聚合硅酸铝(PASI)、聚合硅酸铁(PFSI)、聚合硅酸铝铁(PAFSI)、聚合磷酸铝铁(PAFP)、硅钙复合型聚合氯化铁(SCPAFC)等。国内已有数十种专利,其中部分已被德温特的《世界专利索引》及美国《化学文摘》等所收录。我国生产无机高分子絮凝剂的厂家数以百计,但多数厂家规模不大,工业化程度不高,产品质量不够稳定,能够持续进入国际市场的不多〔1～18〕。无机高分子絮凝剂的生产和应用已经取得了长足的进展。在基础理论研究方面也进行了一定的工作。JohnEVanBenschoten等对PAC的水解反应进行了研究。我国科学工作者在这方面更有许多建树。汤鸿霄院士等对聚铝和聚铁的溶液化学与形态分布的研究成果已达到了国际水平,处于世界前沿〔19～22〕2有机高分子絮凝剂有机高分子絮凝剂同无机高分子絮凝剂相比,具有用量少、絮凝速度快、受共存盐类、pH值及温度影响小、生成污泥量少、并且容易处理等优点,因而有着广阔的应用前景。目前使用的有机高分子絮凝剂主要有合成和改性两种。在合成的有机高分子絮凝剂中,聚丙烯酰胺(PAM)的应用最多。在美国有机絮凝剂总销量最大的是PAM。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。由于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。高分子量(106以上)的聚丙烯酸钠属阴离子型絮凝剂,有强絮凝作用,而且无毒。聚丙烯酸钠对悬浮于水介质中的细粒子产生非离子性吸附,使粒子之间产生交联。它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的性能〔23,24〕。聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMA)及二甲基二烯丙基氯化铵—丙烯酰胺共聚物(DMDAAC—AM)属阳离子型高分子化合物,用于水处理能获得比目前较常用的无机高分子絮凝剂和有机高分子絮凝剂PAM更好的处理效果,可单独使用,也可与无机絮凝剂并用〔25,26〕。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,原因是其电荷密度较小,分子量较低,且易发生生物降解而失去其絮凝活性。70年代以来,美、英、法、日和印度等国结合本国天然高分子资源,重视化学改性有机高分子絮凝剂的研制。经改性后的天然有机高分子絮凝剂与合成的有机高子絮凝剂相比,具有选择性大、无毒、价廉等显著特点。在众多天然改性高分子絮凝剂中,淀粉改性絮凝剂的研究,开发尤为引人注目。因为淀粉来源广,价格低廉