重金属废水处理中絮凝剂分类及介绍

重金属废水主要来自机械加工、有色金属冶炼、电镀、皮革加工和部分化工企业等。重金属污染物通常具有急性或慢性毒性，无法通过自净作用消失，但可通过生物食物链富集，从而危害人类健康。水体重金属污染已成为全球最严重的环境问题之一。处理废水中重金属的方法很多，有生物絮凝法、吸附法、化学沉淀法、电化学法、絮凝法等。絮凝法在国内外水处理研究中占有重要地位。其中絮凝剂的研究是絮凝技术的核心，其种类及性质直接影响处理效果。絮凝剂按分子质量高低可分为低分子和高分子絮凝剂；按官能团性质及离解后所带电荷情况可分为非离子、阴离子、阳离子和两性絮凝剂等；从组成上可分为无机高分子絮凝剂、有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂和复合絮凝剂。将从絮凝剂组成方面总结近年来絮凝剂处理重金属废水的研究进展。1无机絮凝剂典型的无机絮凝剂有铁系和铝系两大类。铁系和铝系絮凝剂溶于水中时，Fe3+和Al3+水解发生各种聚合反应，生成络合物。这些络合物能有效降低胶体的ζ电位，通过压缩双电层、电中和、吸附架桥、网捕卷扫作用使胶体凝聚，并形成聚合度很高的金属氢氧化物凝胶，从而去除水中的胶体物质。铁系和铝系絮凝剂是目前应用广泛、工艺成熟的无机金属盐絮凝剂，但在应用中存在一些问题，如铁系和铝系无机絮凝剂对设备都有腐蚀性，铁盐比铝盐腐蚀性更强，用量大，用铝盐作絮凝剂时水中残铝量过高而引发各种疾病等。虽然无机絮凝剂能有效去除水中的悬浮物、胶体、好氧微生物等，但在重金属废水处理中却很少使用，有时只作为助凝剂。在研究重金属配位聚合沉淀剂BDP对Cu2+的去除效果时，发现加入0.25mmol/L的Al2（SO4）3沉淀10min后，胶体颗粒平均粒径从0.07μm增加到39.18μm，使絮体更易从溶液中沉淀分离。2有机絮凝剂与无机絮凝剂相比，有机高分子絮凝剂具有吸附架桥能力强、絮凝效果好、絮体容易过滤、形成污泥量少且容易处理等特点。处理废水时可根据废水性质改变絮凝剂的官能团、官能团电性、控制分子质量等而有选择地进行合成，因此目前重金属废水处理中有机高分子絮凝剂发挥着重要作用。按其性质和来源可将有机高分子絮凝剂分为两大类：合成有机高分子絮凝剂和天然有机高分子絮凝剂。2.1合成有机高分子絮凝剂在我国，合成有机高分子絮凝剂占絮凝剂总量的85%左右。合成有机高分子絮凝剂是单体通过化学反应聚合而成的水溶性聚合物，重金属可与聚合物中的各种亲水基团（如COO—、—NH2、—SO3H、—OH）等通过吸附架桥、静电引力等作用形成稳定的配位螯合物，从而使重金属得以去除。该类絮凝剂根据官能团离解后所带电荷性质的不同，分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性4种类型。其絮凝机理为：阳离子型絮凝剂分子结构中含有大量阳离子基团，不仅与悬浮胶粒发生电中和及吸附架桥作用，还能与带负电荷的溶解物反应，生成不溶性的盐；适量的阴离子基团有利于阴离子型絮凝剂分子链伸展，发挥网捕卷扫作用，增强其絮凝性能；非离子型絮凝剂的絮凝机理主要为吸附架桥作用；两性有机高分子絮凝剂具有阳离子和阴离子基团，其若干分子链通过电中和及桥连作用与悬浮颗粒形成大量粗大絮体，可应用于不同条件的介质，适用范围相对较广，其絮凝效果的优劣与阴、阳离子的含量及相互间的协调作用密切相关。近年来研发的合成有机高分子絮凝剂主要包括聚丙烯酰胺、磺化聚乙烯苯、聚乙烯醚等系列产物，目前应用较多的主要是聚丙烯酰胺（PAM）及其衍生物，在中性或碱性条件阴离子型PAM用于去除重金属盐类及其水合氧化物。PAM中的胺基在不同pH下可被其他官能团所代替：如发生水解作用可引入—COOH；与甲醛反应而引入—OH；通过霍夫曼反应接入—NH2和通过磺甲基反应接入—SO3。H.Kasg?z等采用Mannich反应和磺甲基反应使PAM改性而带有不同的官能团。在PAM、甲醛、二乙烯三胺物质的量比为1∶0.7∶0.84，反应时间3h，pH=9，温度为45~50℃下合成产物；絮凝剂用量为2mL，沉降时间为20min，溶液pH为3~6时可使Pb2+的去除率达90%以上。虽然聚丙烯酰胺类絮凝剂使用较多，但在聚合过程中其聚合单体丙烯酰胺具有毒性，且有强的致毒性，所以单体残留是一个问题。科研工作者经过多年努力，开发了许多新型的合成有机高分子絮凝剂。这些絮凝剂可由不同种类的多胺或聚乙烯亚胺与二硫化碳反应得到，对各类重金属离子有很好的絮凝效果。用PEI的聚阳离子、聚阴离子及其膦酰衍生物（PPEI）对Cu2+、Pb2+和Zn2+进行絮凝沉淀研究。结果表明：在含磷酸、醋酸和硫酸的阴离子基团中，含磷酸基团的絮凝剂有很好的絮凝效果。PPEI可与Cu2+形成深蓝色非凝胶絮体，与Pb2+和Zn2+形成白色絮体；PPEI重金属络合物在PPEI用量增大后出现反溶现象，是由于PEI中未反应完全的磷酸酯阻碍颗粒的聚集，这种现象在其他金属聚电解质中也能检测