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新型絮凝剂在废水处理中的应用

【摘要】目前,随着工业化进程的加快,生产过程产生的废水量迅速增加,废水处理问题已经引起了国家的重视,随着“水十条”的颁布,企业在生产过程中不得不面临污水处理的问题。混凝技术是水处理中一种常用技术,该方法操作方便,可以快速、高效的处理各种废水。其中絮凝剂的选择是水处理效果的关键技术,本文针对无机、有机和复合絮凝剂在水处理中的应用进行探讨,同时,针对一种新型的有机、无机混合的国外絮凝剂进行简单介绍。

【关键词】絮凝剂;水处理;聚丙烯酰胺;环保

1、 概述

絮凝剂是水处理中常用的化学药剂,其性能的好坏,关系到水处理后水质的状况。其絮凝原理是通过絮凝剂中的化学物质与废水中不容易沉淀的胶体颗粒、金属离子等杂质进行结合,形成较大的颗粒,从而除去水中的杂质。该过程通常由静电力、化学力和机械力三者共同作用的结果。絮凝剂作用过程通常包括四个阶段:(1)絮凝剂均匀分散到水中;(2)絮凝剂在废水中扩散;(3)絮凝剂与悬浮颗粒充分接粗;(4)絮凝剂和废水中悬浮颗粒共同沉降。沉降后的废水可以采取沉降法、过滤法、离心法将沉降物与水分离,从而去除废水中的杂质,使工业废水能够达到国家排放要求,进行直接排放。

常见的具有絮凝效果的化学物质有无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。下面我们将主要从这前两方面进行简单总结。

2、 无机絮凝剂

常见的絮凝剂中,无机低分子絮凝剂的优点是比较经济、用法简单,也是现在工厂里最常用的污水絮凝方法,但是其用量大,絮凝效果不好,而且成本高,对金属等具有较强的腐蚀性能,因此,限制了其使用前景。在其基础上,人们合成了很多无机的聚合物絮凝剂,该类絮凝剂比常见的无机低分子絮凝剂效果好,主要在于它们可以提供大量的络合离子,而且能够强烈的吸附胶体微粒,通过吸附、桥架、交联,使胶体聚集、沉降。在絮凝剂的研究基础上有了很大的进步。

多核复合絮凝剂是在无机单核高分子絮凝剂的基础上发展起来的一类絮凝剂,由于其含有多核或者多配位基团,兼有多种无机单核高分子絮凝剂的优良性能,也受到越来越多人的关注。

2.1 聚合氯化硫酸铁(PFCS)

吴宇峰等人【1】以FeSO4为原料,首选将其部分氧化,然后在氯气条件下,进行氧化、水解、聚合,合成了PFCS,该絮凝剂在相同条件下,具有比PFS和PAC更好的絮凝效果,且成本低廉,可以用于更宽pH、浊度、温度范围的废水处理。

2.2聚磷氯化铁(PPFC)

卢素焕等人【2】在干法制备聚合氯化铁的过程中,加入不同配比的磷酸盐,制得新型的PPFC絮凝剂,并对其絮凝性能进行比较,发现该新型絮凝剂对废水COD和浊度的去除率都由于PFC,可以肯定,磷酸根的加入可以对废水具有一定的增聚作用。

2.3聚磷硫酸铁絮凝剂(PPFS)

卫艳新等人【3】利用钛白副产物硫酸亚铁和磷酸氢二钠作为原料,制备出新型复合絮凝剂PPFS,利用该絮凝剂对高岭土模拟水样的絮凝性能及pH值对絮凝效果的影响,与PFS和PAC进行对比,发现,PPFS的絮凝效果和絮体沉降性能均比PFS和PAC要好,且在pH为6-10范围内絮凝效果最好,另外,PPFS还对城市生活污水的浊度和COD、Cr的去除具有良好的效果。

2.4聚合氯化铝铁絮凝剂(PAFC)

胡俊虎等人【4】将合成的PAFC用于黄河水和生活污水的絮凝实验,并和PAC的絮凝效果进行对比发现,当PAC中的Al3+被Fe3+部分取代后生成的PAFC,键合了更多的羟基,这些羟基与周围的胶体粒子以及其他分子形成网状结构,具有更好的絮凝效果,对黄河水的浊度去除率达到99%以上。

2.5聚合硫酸氯化铁铝(PAFCS)

张智等人【5】用硫酸铝、氯化铝、氯化铁作为原料,合成了PAFCS,比较了铁铝比例对絮凝效果的影响,发现了含铁量高的样品在低温下能表现出比较好的絮凝效果,说明,铁盐对低温低浊点的絮凝效果优于铝盐。

2.6聚铁硅絮凝剂(PFSS)

宋志伟等人【6】采用新型的复合铁硅絮凝剂来处理生活污水,发现聚合硫酸铁硅(PFSS)和聚硅酸铁(PSFS)具有较好的脱色除浊、COD去除及氮、磷去除效果,各项性能投优于常用的PFS。

2.7聚硅酸铝铁絮凝剂(PSAF)

朱开金等人【7】比较了PSAF和聚硅酸铝对废水的混凝效果,发现,PSAF比聚硅酸铝具有更好的絮凝效果,其生成的絮凝块体积大,沉降快,沉降后的污泥体积小。脱色效果以及COD去除率都要好于聚硅酸铝。

2.8硼泥混合型絮凝剂【8】

硼泥混合型絮凝剂是一种含有水溶性的镁、铁、铝等无机酸盐的高分子絮凝剂。用该类型絮凝剂可以用于豆制品废水、乳制品废水、废水、制革废水、电镀废水等的处理,均可以达到理想的效果。

综上可以看出,多核复合型絮凝剂一般都具有比单核具有更好的絮凝效果,多核、多配位基团的聚合絮凝剂,可以同时兼有各种单核絮凝剂的特征,另外,由于铁盐的水解对温度敏感度较低,所以在低温时,铁盐比铝盐具有更好的絮凝效果。

3、 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、容易处理、无金属离子残留等特点,因而具有广阔的用途。目前常用的有机高分子絮凝剂主要有天然改性高分子絮凝剂和合成型高分子絮凝剂。 3.1 天然改性高分子絮凝剂【9,10】

天然高分子絮凝剂具有原料易得、价格低廉、安全无毒、无二次污染等特点,显示了其良好的应用前景。其主要包括淀粉类、壳聚糖/甲壳素类、纤维素类、木质素类等。与无机絮凝剂相比,具有用量少、絮凝速度快、受pH及温度影响小、污泥量少且易处理等优点,对节约用水、强化水质处理和提高水的回用率起到很大的作用。

3.2 合成有机高分子絮凝剂

合成有机高分子絮凝剂多为水溶性聚合物,具有分子量大、分子链官能团多的特点。按照电荷不同可以分为阳离子型、阴离子型、非离子型以及两性型絮凝剂。较为常见是阳离子型、阴离子型和非离子型絮凝剂。

在水处理中,根据悬浮颗粒所带电荷的不同,可以选用不同类型的有机高分子絮凝剂。一般阳离子型适用于处理有机固体;阴离子型适用于处理氧化物或者含氧酸盐。非离子型高分子絮凝剂可以加快悬浮物的沉降速度。但是往往废水体系比较复杂,而阴、阳离子型高分子絮凝剂不能同时使用,因此也限制了其使用范围,所以逐渐被两性高分子絮凝剂所取代。

两性高分子絮凝剂是在同一高分子链段上兼具阴、阳离子的特性,在复杂的废水环境下也具有较好的絮凝和污泥脱水效果。冉千平【14】等人在引发剂存在下用丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵和马来酸在水溶液中共聚合,得到两性共聚物,并研究了其对硅藻土悬浮液的絮凝效果,发现了该共聚物具有很好的絮凝性能,在实际应用中可操作性好。他们还发现,在两性高分子絮凝剂体系中,电荷密度并不是越大越好,在丙烯酰胺、二甲基二烯丙基氯化铵和马来酸共聚物体系中,阳离子基团控制在10mol%,阴离子基团控制在2-4mol%为宜,基团太大或者太小对絮凝效果都不好。【15】

综上可以看出,有机高分子絮凝剂可以根据废水的性质决定絮凝剂的选择,其中以两性高分子絮凝剂具有较好的效果,适用于复杂体系。

4、 有机、无机混合絮凝剂

有机、无机混合絮凝剂的开发过程中,一个非常重要的问题就是其协同作用。在其制备、性能优化、机理解释方面都较为复杂。周春琼等人【16】对其进行了详细的综述。无机絮凝剂的作用机理是其水解形态与水中颗粒物进行电中和,使其团聚形成较为粗大的絮凝体系,有机高分子材料可以作为絮凝颗粒之间的纽带,连接多个形成的絮凝颗粒,从而使絮凝物更加团聚,达到更好的絮凝效果。

5、 案例共享

一种新型、环保、高效絮凝剂

该絮凝剂具有较好的絮凝效果,且更加环保,絮凝后的固体含水率低。

【1】 吴宇峰、周坤坪、唐同庆,高效絮凝剂聚合氯化硫酸铁的制备及其混凝效果的研究,《工业水处理》,2000,20(10),24-26。

【2】 卢素焕、张振声、许佩瑶、朱洪涛,新型混凝剂聚磷氯化铁的制备及性能研究,《工业水处理》,1998,18(4),24-26。

【3】 卫艳新、侯曼玲,聚磷硫酸铁絮凝剂的制备及其应用,《精细化工中间体》,2006,36(3),31-33。

【4】 胡俊虎、刘喜元、李晓宏、刘启旺,复合型絮凝剂聚合氯化铝铁(PAFC)的合成及其应用,《环境化学》,2007,26(1),35-38。

【5】 张智、张超、李淼、陈树新、栗方星,聚合硫酸氯化铝铁的合成与絮凝效果,《离子交换与吸附》,2014,30(4),368-375。

【6】 宋志伟、栾兆坤、贾志萍,新型复合聚铁硅絮凝剂处理生活污水的研究,《环境污染治理技术与设备》,2004,5(10),60-63。

【7】 朱开金、薛笑丽、刘芳萍,据硅酸铝铁与聚硅酸铝对废水混凝效果的比较,《工业水处理》,2003,23(6),26-27。

【8】 戴采云、赵立群、张永明,硼泥综合利用的研究进展,《工业技术》,2001,10,19。

【9】 陈元彩、肖锦,天然有机高分子絮凝剂研究与应用,《环境科学进展》,1999,7(3),84-89。

【10】 申娟娟、刘根起、宋金月、杨晶华、程永清,有机高分子絮凝剂的研究现状,《材料开发与应用》,2011,2,96-99。

【11】 舒型武、郑怀礼,阳离子型有机絮凝剂研究进展,《现代化工》,2001,21(10),13-16。

【12】 张育新、康勇,絮凝剂的研究现状及发展趋势,《化工进展》,2002,21(11),799-804。

【13】 廖乾邑、朱明、冯西宁、魏玉君、张春晓、宁海峰,两性高分子絮凝剂的研究现状,《应用化工》,2008,37(1),90-92。

【14】 冉千平、马俊涛、黄荣华,两性高分子絮凝剂P(AM-DM-MA)的合成及性能评价,《油田化学》,2002,19(1),85-88,96。

【15】 冉千平、黄荣华、马俊涛,两性高分子絮凝剂阴阳离子基团含量对絮凝性能的影响,《重庆环境科学》,2001,23(1),53-55,66。

【16】 周春琼、邓先和、刘海敏,无机-有机高分子复合絮凝剂研究与应用,《化工进展》,2004,23(12),1277-1284。

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