（环境科学专业论文）微生物絮凝剂产生菌的筛选及应用研究.pdf

上 海师范人学硕 1 : 论文 ab s t r a c t o r g a n i c a n d i n o r g a n i c fl o c c u l a n t s h a v e b e e n u s e d w i d e l y d u e t o t h e i r l o w p r i c e s a n d g o o d e ff e c t . h o w e v e r , t h e i r d i s a d v a n t a g e s h a v e d r a w n p e o p l e s a tt e n t i o n . a l u mi n i u m r e m a i n i n g i n d r i n k i n g w a t e r e asi l y l e a d s t o s e n i l e d e m e n t i a . t h e m o n o m e r o f p o l y a c r y l a m i d e ( p a a ) c a n t b e d e g r a d e d a n d i t s b o t h n e u r o t o x i c a n d o n c o g e n i c f o r h u m a n b o d y . t h u s , s a f e b i o d e g r a d a b l e fl o c c u l a n t s t h a t a r e b o t h e n v i r o n m e n t - f r i e n d l y a n d e ff e c t i v e a r e u r g e n t l y n e e d e d . a l o t o f r e s e a r c h e s h a v e r e v e a l e d t h a t m i c r o b i o fl o c c u l a n t ( mb f ) i s t h e r i g h t t h i n g w e a r e s e a r i n g f o r . t h e r e f o r e , r e s e a r c h e r s a r e s h o w i n g a g r o w i n g c o n c e rn o n t h e d e v e l o p m e n t o f mb f . e i g h t y s t r a i n s o f b a c t e r i a w e r e i s o l a t e d fr o m a c t i v e s l u d g e a n d s o i l , w h i c h w a s d e s c r i b e d i n t h i s p a p e r . t h e n t w e l v e s t r a i n s o f b a c t e r i a t h a t c a n p r o d u c e mb f w e r e s c r e e n e d fr o m t h e s e s e p a r a t e b a c t e r i a t h r o u g h fl o c c u l a t i n g e x p e r i me n t . a f t e r r e s c r e e n i n g , a b a c t e r i u m n a m e d p - 7 w i t h h i g h e r fl o c c u l a t i n g p e r f o r m a n c e i s o b t a i n e d . t h e b i o fl o c c u l a n t p r o d u c e d b y t h e b a c t e r i u m w as n a m e d mb f p - 7 . t h e b a c t e r i u m w a s i d e n t i f i e d a s b a c i l l u s m e g e t a r i u m . s u b s t i t u t i n g b e e r f e r m e n t w a s t e w a t e r f o r c u l t u r e m e d i u m, t h e f e r me n t e d l i q u i d o f p - 7 p r e s e n t e d s o me fl o c c u l a t i n g p e r f o r m a n c e s . f u r t h e r i n v e s t i g a t i o n s c a n b e c a r r i e d o u t s o t h a t t h e c o s t f o r n u t r i t i o n c a n b e r e d u c e d f o r l a r g e - s c a l e i n d u s t r i a l ma n u f a c t u r e . k a o l i n s u s p e n s i o n w a s t r e a t e d w i t h mb f , w h i c h s h o w e d t h a t t h e t e m p e r a t u r e , p h , as w e ll as t h e a m o u n t o f m b f a n d c a a in fl u e n c e th e fl o c c u la t in g a c ti v i ty . a n d th e n t h i s p a p e r m a k e s a s t u d y o n ) t h e fl o c c u l a t i n g m e c h a n i s m o f mb f t h e a p p l i c a t i o n o f fl o c c u l a n t p r o d u c e d b y mb f p - 7 s h o w s t h a t i t i s g o o d f o r b a u x i t e , b e n t o n i t e a n d f e l d s p a r a s w e l l as k a o l i n , t h e s e tt l e a b i l i t y o f a c t i v e s l u d g e i n s b r r e a c t o r t r e a t e d w a s t e w a t e r b i o fl o c c u l a t e d i s g r e a t l y e n h a n c e d a n d mb f c a n d i r e c t l y p r o v i d e n u t r i t i o n f o r m i c r o o r g a n i s m i n b i o l o g i c r e a c t o r . ke y w o r d s : m i c r o b i o fl o c c u l a n t ; fl o c c u l a t i o n ; s c r e e n ; fl o c c u l a t i n g p e r f o r ma n c e 上海师范大学硕 七 学位论文 第一章绪 论 中国是一个水资源短缺的国家，淡水资源总量为 2 8 0 0 0亿立方米，人均只 有 2 3 0 0立方米，扣除难以 利用的洪水径流和散布在偏远地区的地下水资 源后， 现实可利用的淡水资源量则更少，仅为 1 1 0 0 0 亿立方米左右，人均可利用的水资 源量约为9 0 0 立方米。 近一半的中 国人口 即5 . 5 亿 人生活在水资源极度w乏的 地 区，包括中国东部季风地区北方的黑龙江、松花江、辽河、海河、淮河及黄 河流域，每年人均水源拥有量少于7 5 0 立方米 1 。 中国不但水资源缺乏，在有限的可利用的水资源中还存在着严重的水污染。 根据全国水环境监测网 2 0 0 1年的水质监测资料和国家 地面水环境质量标准 ( g b 3 8 3 8 - 8 8 ) 2 ) ， 对全国 九大流域片的 7 0 0 多条河流的 水质进行了评价。 在评价 的 1 2 . 1 万公里 河长中，i 类水占5 . 0 %, 1 1 类水占2 7 . 6 % , 1 1 1 类水占2 8 . 8 %, 1 v 类 水占1 4 . 2 %, v类水占7 . 8 %,劣v类水占 1 6 .6 %. 1 . 1 立题背景 水体污染和水源危机是关系到国计民生的重要问题。月前我ph 卜 的水污染严 重，9 0 %的污水得不到应有的治理而直接排放到江河湖海中，导致大面积水资源 受到不同程度的污染，直接影响人们的生活和工农业生产，己到了非治不可的程 度。 我国是水资源相对匾乏的国家， 加之严重的环境污染， 估计 每年缺水超过3 0 0 亿吨3 ， 这将严重影响人民的日 常生活和国民 经济的发展。 因此，治 理污水， 保 护水资源迫在眉睫。 目前，水和废水的处理方法主要有生物处理、离子交换、吸附、化学氧化、 电渗析、超滤和絮凝沉淀等 许多种。其中，应用最普遍、成本较低的处理方法是 絮凝沉淀法。 絮凝技术己广泛应用于水处理领域， 尤其是各种污水处理的预处理。 其特点是基建投资少， 处理时间短， 尤其适合一些中小型企业的污水处 理4 . 5 。 同时，城市污水的 发展方向是集中处理，这就要求各污水源先进行预处理，而絮 凝法是一种高 效率的 预处理方法，经济可行， 前景看好。 在给水处 理中，向原水 中加入絮凝剂使其中的悬浮物和胶体混凝沉降是预处理中最主要的处理工艺。 絮凝法主要是去除水中的 胶体和悬浮物， 从表观上看是去除水体的 浊度和 颜色。絮凝法在水处理中占有重要地位，而絮凝效果好坏的关键取决于絮凝剂。 上海师范大学硕 七 学位论文 第一章绪 论 中国是一个水资源短缺的国家，淡水资源总量为 2 8 0 0 0亿立方米，人均只 有 2 3 0 0立方米，扣除难以 利用的洪水径流和散布在偏远地区的地下水资 源后， 现实可利用的淡水资源量则更少，仅为 1 1 0 0 0 亿立方米左右，人均可利用的水资 源量约为9 0 0 立方米。 近一半的中 国人口 即5 . 5 亿 人生活在水资源极度w乏的 地 区，包括中国东部季风地区北方的黑龙江、松花江、辽河、海河、淮河及黄 河流域，每年人均水源拥有量少于7 5 0 立方米 1 。 中国不但水资源缺乏，在有限的可利用的水资源中还存在着严重的水污染。 根据全国水环境监测网 2 0 0 1年的水质监测资料和国家 地面水环境质量标准 ( g b 3 8 3 8 - 8 8 ) 2 ) ， 对全国 九大流域片的 7 0 0 多条河流的 水质进行了评价。 在评价 的 1 2 . 1 万公里 河长中，i 类水占5 . 0 %, 1 1 类水占2 7 . 6 % , 1 1 1 类水占2 8 . 8 %, 1 v 类 水占1 4 . 2 %, v类水占7 . 8 %,劣v类水占 1 6 .6 %. 1 . 1 立题背景 水体污染和水源危机是关系到国计民生的重要问题。月前我ph 卜 的水污染严 重，9 0 %的污水得不到应有的治理而直接排放到江河湖海中，导致大面积水资源 受到不同程度的污染，直接影响人们的生活和工农业生产，己到了非治不可的程 度。 我国是水资源相对匾乏的国家， 加之严重的环境污染， 估计 每年缺水超过3 0 0 亿吨3 ， 这将严重影响人民的日 常生活和国民 经济的发展。 因此，治 理污水， 保 护水资源迫在眉睫。 目前，水和废水的处理方法主要有生物处理、离子交换、吸附、化学氧化、 电渗析、超滤和絮凝沉淀等 许多种。其中，应用最普遍、成本较低的处理方法是 絮凝沉淀法。 絮凝技术己广泛应用于水处理领域， 尤其是各种污水处理的预处理。 其特点是基建投资少， 处理时间短， 尤其适合一些中小型企业的污水处 理4 . 5 。 同时，城市污水的 发展方向是集中处理，这就要求各污水源先进行预处理，而絮 凝法是一种高 效率的 预处理方法，经济可行， 前景看好。 在给水处 理中，向原水 中加入絮凝剂使其中的悬浮物和胶体混凝沉降是预处理中最主要的处理工艺。 絮凝法主要是去除水中的 胶体和悬浮物， 从表观上看是去除水体的 浊度和 颜色。絮凝法在水处理中占有重要地位，而絮凝效果好坏的关键取决于絮凝剂。 仁 海师范大学硕士学位论文 絮凝剂是一类能使悬浮液中的微细颗粒凝聚、沉降的物质。广泛应用于酿 造、 食品加工、化工冶金的固 液分离以 及废水处理等领域16 - 1 2 1 目前使用的絮凝剂主要有无机和有机两大类，其中以无机的聚合氯化铝和 有机的聚丙烯酞胺应用最为广泛。目 前生 产的絮 凝剂主要用于 水处理， 随着工业 的发展，污水量的增加，絮凝剂的需求量也与日倍增。这些絮凝剂的大量使用可 造成二次污染，危害人类健康。 有关研究表明，老年 痴呆症与聚氯化铝的 使用有 关; 聚丙 烯0胺的单体具有强烈的 神经毒 性， 还是强的致癌剂( 1 3 . 1 4 1因此， 开发 高效、安全、不污染环境的新型絮凝剂对人类健康和环境保护具有重要意义。 微生物絮凝剂产生菌是一类合成并分泌有絮凝活性物质的微生物，种类较 多，在霉菌、酵母菌、放线菌、细菌中都有。而月 _ 不同微生物在特定条件下产生 絮凝剂的种类不同，主要为结构复杂的高分了物质，按其化学组成分类，日前己 知的微生物絮凝剂有蛋白 质、多 糖、 脂类和d n a等大分子物质。 利用微生物絮凝剂处理处理废水具有许多优于传统的絮凝净化技术及生化 方法的特点，如:可提高被絮凝物质的沉降性，使之易于固液分离，形成沉淀物 少;生物量浓度高，生化处理效果好，设备可小型化，占地面积小，废水停留时 间短，能耗低;适用性广;无毒、不产生二次污染，有的微生物絮凝剂还具有不 受p h条 件 影 响、 热 稳定 性 强 !15 1用 量 小 等 特 点。 此 外， 产 生絮 凝 剂 的 微 生 物 绝 大多数来 自与人类关系十分密切的土壤中，资源极其丰富，获得的方法也比较简 单。同时，能产生絮凝作用地微生物种类多、生长快、易于采取生物工程手段实 现产业化，因此，该项研究具有良好的开发价值和广阔的应用前景。 . 2 絮凝处理对象 .2 . 1 胶体和悬浮体11 6 1 把一种物质分散在另一种物质中所形成的体系被称为分散系，前者称为分 散质， 而后者则称为分散剂。 分散质被分散后可形成大小不等的微粒， 微粒越小， 分散度越高。根据其微粒的尺度又将分散系分为二种类型，它们是真溶液、胶体 分散系、悬浊体系。 当微粒的粒径小于 l n r n时，体系为真溶液;大于 1 0 0 n m时为悬浊体系;介 于 1 - - l 0 0 n m之间时为胶体分散系。根据上述界定，当微粒的粒径处于 1 l o o n m 仁 海师范大学硕士学位论文 絮凝剂是一类能使悬浮液中的微细颗粒凝聚、沉降的物质。广泛应用于酿 造、 食品加工、化工冶金的固 液分离以 及废水处理等领域16 - 1 2 1 目前使用的絮凝剂主要有无机和有机两大类，其中以无机的聚合氯化铝和 有机的聚丙烯酞胺应用最为广泛。目 前生 产的絮 凝剂主要用于 水处理， 随着工业 的发展，污水量的增加，絮凝剂的需求量也与日倍增。这些絮凝剂的大量使用可 造成二次污染，危害人类健康。 有关研究表明，老年 痴呆症与聚氯化铝的 使用有 关; 聚丙 烯0胺的单体具有强烈的 神经毒 性， 还是强的致癌剂( 1 3 . 1 4 1因此， 开发 高效、安全、不污染环境的新型絮凝剂对人类健康和环境保护具有重要意义。 微生物絮凝剂产生菌是一类合成并分泌有絮凝活性物质的微生物，种类较 多，在霉菌、酵母菌、放线菌、细菌中都有。而月 _ 不同微生物在特定条件下产生 絮凝剂的种类不同，主要为结构复杂的高分了物质，按其化学组成分类，日前己 知的微生物絮凝剂有蛋白 质、多 糖、 脂类和d n a等大分子物质。 利用微生物絮凝剂处理处理废水具有许多优于传统的絮凝净化技术及生化 方法的特点，如:可提高被絮凝物质的沉降性，使之易于固液分离，形成沉淀物 少;生物量浓度高，生化处理效果好，设备可小型化，占地面积小，废水停留时 间短，能耗低;适用性广;无毒、不产生二次污染，有的微生物絮凝剂还具有不 受p h条 件 影 响、 热 稳定 性 强 !15 1用 量 小 等 特 点。 此 外， 产 生絮 凝 剂 的 微 生 物 绝 大多数来 自与人类关系十分密切的土壤中，资源极其丰富，获得的方法也比较简 单。同时，能产生絮凝作用地微生物种类多、生长快、易于采取生物工程手段实 现产业化，因此，该项研究具有良好的开发价值和广阔的应用前景。 . 2 絮凝处理对象 .2 . 1 胶体和悬浮体11 6 1 把一种物质分散在另一种物质中所形成的体系被称为分散系，前者称为分 散质， 而后者则称为分散剂。 分散质被分散后可形成大小不等的微粒， 微粒越小， 分散度越高。根据其微粒的尺度又将分散系分为二种类型，它们是真溶液、胶体 分散系、悬浊体系。 当微粒的粒径小于 l n r n时，体系为真溶液;大于 1 0 0 n m时为悬浊体系;介 于 1 - - l 0 0 n m之间时为胶体分散系。根据上述界定，当微粒的粒径处于 1 l o o n m 仁 海师范大学硕士学位论文 絮凝剂是一类能使悬浮液中的微细颗粒凝聚、沉降的物质。广泛应用于酿 造、 食品加工、化工冶金的固 液分离以 及废水处理等领域16 - 1 2 1 目前使用的絮凝剂主要有无机和有机两大类，其中以无机的聚合氯化铝和 有机的聚丙烯酞胺应用最为广泛。目 前生 产的絮 凝剂主要用于 水处理， 随着工业 的发展，污水量的增加，絮凝剂的需求量也与日倍增。这些絮凝剂的大量使用可 造成二次污染，危害人类健康。 有关研究表明，老年 痴呆症与聚氯化铝的 使用有 关; 聚丙 烯0胺的单体具有强烈的 神经毒 性， 还是强的致癌剂( 1 3 . 1 4 1因此， 开发 高效、安全、不污染环境的新型絮凝剂对人类健康和环境保护具有重要意义。 微生物絮凝剂产生菌是一类合成并分泌有絮凝活性物质的微生物，种类较 多，在霉菌、酵母菌、放线菌、细菌中都有。而月 _ 不同微生物在特定条件下产生 絮凝剂的种类不同，主要为结构复杂的高分了物质，按其化学组成分类，日前己 知的微生物絮凝剂有蛋白 质、多 糖、 脂类和d n a等大分子物质。 利用微生物絮凝剂处理处理废水具有许多优于传统的絮凝净化技术及生化 方法的特点，如:可提高被絮凝物质的沉降性，使之易于固液分离，形成沉淀物 少;生物量浓度高，生化处理效果好，设备可小型化，占地面积小，废水停留时 间短，能耗低;适用性广;无毒、不产生二次污染，有的微生物絮凝剂还具有不 受p h条 件 影 响、 热 稳定 性 强 !15 1用 量 小 等 特 点。 此 外， 产 生絮 凝 剂 的 微 生 物 绝 大多数来 自与人类关系十分密切的土壤中，资源极其丰富，获得的方法也比较简 单。同时，能产生絮凝作用地微生物种类多、生长快、易于采取生物工程手段实 现产业化，因此，该项研究具有良好的开发价值和广阔的应用前景。 . 2 絮凝处理对象 .2 . 1 胶体和悬浮体11 6 1 把一种物质分散在另一种物质中所形成的体系被称为分散系，前者称为分 散质， 而后者则称为分散剂。 分散质被分散后可形成大小不等的微粒， 微粒越小， 分散度越高。根据其微粒的尺度又将分散系分为二种类型，它们是真溶液、胶体 分散系、悬浊体系。 当微粒的粒径小于 l n r n时，体系为真溶液;大于 1 0 0 n m时为悬浊体系;介 于 1 - - l 0 0 n m之间时为胶体分散系。根据上述界定，当微粒的粒径处于 1 l o o n m 上海师范大学硕_ i s 学位论文 的范围时，体系属胶体分散系。天然水和工业废水、生活污水中处于该尺度范围 内的 微粒有两类，一 类是不溶性微粒如粘土 矿物;另一类是溶解性大分了 如蛋白 质，它们均与水形成胶体分散系。前者与水分散介质间存在相界面，因界面自山 能的 存在， 属热力学不稳定的 体系， 不可 逆， 沉 析后不能再分散， 称为憎液胶体: 后者与水分散介质间不存在相界面，属热力学稳定的体系，可逆，沉析后还 1丁 再 分散， 称为 亲液胶体。这两类胶体分散 系既 有共性，也有不同之处，由j 几 微粒尺 度相近，因而与尺度有关的一些性质相近， 如动力性质、光学性质、 流变性质等， 而 与 界面有关的性质如电学性质等则不同。 悬浊体系中微粒的尺度大于胶体分散系中微粒的尺度。由于悬浊体系的分 散质与分散剂之间存在明显的界面及微粒粒径较大，许多性质与胶体分散系相 似，因此也将对它的研究归入胶体化学的研究范畴。天然水和工业废水、生活污 水中形成悬浊体系的物质一般为泥沙和油类。 天然水和工业废水、生活污水除含有溶解盐而形成真溶液外，常含有胶体 和悬浊物，因此它们常常既是真溶液，又是胶体分散系，也是悬浊体系，是复杂 的综合性体系。 1 .2 .2 应用对象特性 在饮用水、工业用水和工业废水的处理中，尤其是使用絮凝沉淀法处理用 水和废水时， 都要涉及到 胶体和悬浮物颗粒。 选择最佳的絮 凝剂，使净化效果满 足对水质的要求，我们有必要对应用对象的性质、悬浮物和絮凝剂之间的相互作 用有所了解。 表面带有电荷和颖粒的大小不同，是胶体和悬浮物颗粒的两个重要特性， 这两个特性与它们的絮凝沉淀有着密切的关系。 胶体和悬浮物颗粒表面都带有电荷，当向胶体溶液中加入电解质时，中和 了颗粒表面上的电荷， 减弱了胶体颗粒之间相同电荷的排斥力， 碰撞的次数增加， 颖粒逐渐结合并变大， 最后絮凝沉淀下来。 胶体粒子带电的主要原因有以下几点。 1 、吸附 胶体分散体系是一个高 度分散的多相体系，比表面大， 有较高 的 表面能，所以很容易吸附杂质。如果溶液中有少量电解质，则胶体粒子就会优先 吸附带电离子而带上电荷。 2 ,电离当分散相固体与液体接触时，固体表面分子发生电离，有一种离 上海师范大学硕_ i s 学位论文 的范围时，体系属胶体分散系。天然水和工业废水、生活污水中处于该尺度范围 内的 微粒有两类，一 类是不溶性微粒如粘土 矿物;另一类是溶解性大分了 如蛋白 质，它们均与水形成胶体分散系。前者与水分散介质间存在相界面，因界面自山 能的 存在， 属热力学不稳定的 体系， 不可 逆， 沉 析后不能再分散， 称为憎液胶体: 后者与水分散介质间不存在相界面，属热力学稳定的体系，可逆，沉析后还 1丁 再 分散， 称为 亲液胶体。这两类胶体分散 系既 有共性，也有不同之处，由j 几 微粒尺 度相近，因而与尺度有关的一些性质相近， 如动力性质、光学性质、 流变性质等， 而 与 界面有关的性质如电学性质等则不同。 悬浊体系中微粒的尺度大于胶体分散系中微粒的尺度。由于悬浊体系的分 散质与分散剂之间存在明显的界面及微粒粒径较大，许多性质与胶体分散系相 似，因此也将对它的研究归入胶体化学的研究范畴。天然水和工业废水、生活污 水中形成悬浊体系的物质一般为泥沙和油类。 天然水和工业废水、生活污水除含有溶解盐而形成真溶液外，常含有胶体 和悬浊物，因此它们常常既是真溶液，又是胶体分散系，也是悬浊体系，是复杂 的综合性体系。 1 .2 .2 应用对象特性 在饮用水、工业用水和工业废水的处理中，尤其是使用絮凝沉淀法处理用 水和废水时， 都要涉及到 胶体和悬浮物颗粒。 选择最佳的絮 凝剂，使净化效果满 足对水质的要求，我们有必要对应用对象的性质、悬浮物和絮凝剂之间的相互作 用有所了解。 表面带有电荷和颖粒的大小不同，是胶体和悬浮物颗粒的两个重要特性， 这两个特性与它们的絮凝沉淀有着密切的关系。 胶体和悬浮物颗粒表面都带有电荷，当向胶体溶液中加入电解质时，中和 了颗粒表面上的电荷， 减弱了胶体颗粒之间相同电荷的排斥力， 碰撞的次数增加， 颖粒逐渐结合并变大， 最后絮凝沉淀下来。 胶体粒子带电的主要原因有以下几点。 1 、吸附 胶体分散体系是一个高 度分散的多相体系，比表面大， 有较高 的 表面能，所以很容易吸附杂质。如果溶液中有少量电解质，则胶体粒子就会优先 吸附带电离子而带上电荷。 2 ,电离当分散相固体与液体接触时，固体表面分子发生电离，有一种离 _ 海师范大学硕 1 丁 学位论文 子进入液相，因而使固体离子带电。 3 、离子的溶解由 离子键结合而 成的物质， 在遇到水时， 有些阳离子或阴 离子就会溶解十水中。当阳离子与阴离子的溶解数量不相等的时候，胶体粒子表 面的电 荷失去平 衡，一部分离子进入溶液中， 在物质表面留下 一 部分离子， 此时 物质表面带上电荷。 4 .晶 格取代 晶格中 离子的 取代， 也能使胶体粒子 表面带上电荷。 当低价 的阳离子取代晶格中高价的阳离子时，晶体就产f 1 了过剩的负电荷。因此颗粒带 负电。 反之刃 如此。 胶体和悬浮物颗粒的大小则对吸附作用和双电层都有影响，而中和颗粒表 面电荷的目的 就是使颗 粒的体积和密度变大， 只有这样颗粒才能从水中絮凝沉淀 下来。 高分子絮凝剂 处理水和废水的效果好， 其原因 之 是高分子絮凝剂本身分 子量和体积较大，再加上胶体颗粒的结合使颗粒变得更人更重，胶体和悬浮物颗 粒就很容易从水中絮凝沉淀下来，因而颗粒的大小起着重要的作用。用絮凝法处 理水和废水的 过程， 就是使胶体和悬浮物颗粒变得更大更重的 过程。 搅拌速度过 决、水或废水自高位向低位流动时位差太大、水或废水的流速过快而造成冲击力 太大等做法，都能将固体颗粒破坏，粉碎成较小的颗粒，这些做法对絮凝沉淀极 为有害，应设法避免。 3絮凝剂的定义和分类 关于絮凝剂的定义目前有两种解释，其一，是根据胶体粒子聚集过程的不 同阶段，即胶粒表面改性 ( 静电中和)及胶粒的粘连，将主要使胶粒表面改性或 由于压缩双电 层而产生脱稳作 用的药品称为凝聚剂; 而将主要使脱稳后的 胶粒通 过粒间搭桥和卷扫作用粘结在一起的药品称为絮凝剂。其二，把凝聚剂和絮凝剂 两者当作同义语， 不加区分互相通用n 7 1 。 本论文按照中华人民 共和国 化工行业标 准 h g 2 7 6 2 -1 9 9 6 水处理剂产品分类和命名 ， 将用于工业用水处理中混凝沉降 过程的 水处理剂统称为絮 凝剂d g l 根据絮凝剂的组成，将其分为无机絮凝剂、有机絮凝剂以及近年来兴起的 微生物絮凝剂;若根据分子量的高低、官能团的性质以及官能团离解后所带电荷 的 性质，可将其进一步分为高 分子、 低分子、阴离子型和阳离子型等。 在一 个水 溶液中，使用两种和两种以上的物质使其产生絮状沉淀时，可以把这两种和两种 _ 海师范大学硕 1 丁 学位论文 子进入液相，因而使固体离子带电。 3 、离子的溶解由 离子键结合而 成的物质， 在遇到水时， 有些阳离子或阴 离子就会溶解十水中。当阳离子与阴离子的溶解数量不相等的时候，胶体粒子表 面的电 荷失去平 衡，一部分离子进入溶液中， 在物质表面留下 一 部分离子， 此时 物质表面带上电荷。 4 .晶 格取代 晶格中 离子的 取代， 也能使胶体粒子 表面带上电荷。 当低价 的阳离子取代晶格中高价的阳离子时，晶体就产f 1 了过剩的负电荷。因此颗粒带 负电。 反之刃 如此。 胶体和悬浮物颗粒的大小则对吸附作用和双电层都有影响，而中和颗粒表 面电荷的目的 就是使颗 粒的体积和密度变大， 只有这样颗粒才能从水中絮凝沉淀 下来。 高分子絮凝剂 处理水和废水的效果好， 其原因 之 是高分子絮凝剂本身分 子量和体积较大，再加上胶体颗粒的结合使颗粒变得更人更重，胶体和悬浮物颗 粒就很容易从水中絮凝沉淀下来，因而颗粒的大小起着重要的作用。用絮凝法处 理水和废水的 过程， 就是使胶体和悬浮物颗粒变得更大更重的 过程。 搅拌速度过 决、水或废水自高位向低位流动时位差太大、水或废水的流速过快而造成冲击力 太大等做法，都能将固体颗粒破坏，粉碎成较小的颗粒，这些做法对絮凝沉淀极 为有害，应设法避免。 3絮凝剂的定义和分类 关于絮凝剂的定义目前有两种解释，其一，是根据胶体粒子聚集过程的不 同阶段，即胶粒表面改性 ( 静电中和)及胶粒的粘连，将主要使胶粒表面改性或 由于压缩双电 层而产生脱稳作 用的药品称为凝聚剂; 而将主要使脱稳后的 胶粒通 过粒间搭桥和卷扫作用粘结在一起的药品称为絮凝剂。其二，把凝聚剂和絮凝剂 两者当作同义语， 不加区分互相通用n 7 1 。 本论文按照中华人民 共和国 化工行业标 准 h g 2 7 6 2 -1 9 9 6 水处理剂产品分类和命名 ， 将用于工业用水处理中混凝沉降 过程的 水处理剂统称为絮 凝剂d g l 根据絮凝剂的组成，将其分为无机絮凝剂、有机絮凝剂以及近年来兴起的 微生物絮凝剂;若根据分子量的高低、官能团的性质以及官能团离解后所带电荷 的 性质，可将其进一步分为高 分子、 低分子、阴离子型和阳离子型等。 在一 个水 溶液中，使用两种和两种以上的物质使其产生絮状沉淀时，可以把这两种和两种 l 海师范大学硕 l 学位沦文 以上的物质称作复合絮凝剂。絮凝剂品种的分类如表 1 - 1 所示。 随着科学技术的发展和人类生活水平的提高，人们对水质提出了 越来越高 的要求。这 自 然也就推动了水处理技术科学的飞速的发展。用于水处理的传统絮 凝剂都是低分子的无机a类，由于其存在投加量大、处理效果差等问题，已逐渐 被高分子絮凝剂所替代。高分子絮凝剂以其 良 好的絮凝效果、除浊脱色能力强和 操作简便等优点、已成为现代水处理应用中主流絮凝剂。目前，h本、中国以及 北美很多国家的生产己达到工业化和规模化以及生产流程的控制自动化，产品质 量稳定。 聚合类高分子絮凝剂的 生产己占 絮凝剂总量的3 0 %-6 0 %. 随着人们生 活水平的不断提高，人们对健康和环境的要求也越来越高，传统絮凝剂的缺点越 来越引起人 们的重视，因此出 现了 第三代絮 凝剂 微生物絮凝剂。 表 1 - 1 絮凝剂品 种分类 t a b l e i 一 1 t a x o n o m y o f t h e fl o c c u lant 无机絮凝剂 无机低分子絮凝剂 无机阳离子絮凝剂 无机阴离子絮凝剂 无机高分子絮凝剂 铝盐无机高分子絮凝剂 铁盐无机高分子絮凝剂 硅酸金属盐及各种复合絮凝剂 有机絮凝剂 人工合成有机高分子絮 凝剂 有机阳离子絮凝剂 有机阴离子絮凝剂 非离子有机絮凝剂 天然有机高分子絮凝剂 生物絮凝剂 3 . 1 无机盐类絮凝剂 传统应用的无机絮凝剂为低分子的铝 t h 和铁 盐。铝 盐主要有硫酸铝 a 12 ( s o 4 ) 3 1 8 h 2 0 1 、明矶 a 1 2 ( s o 4 ) 3 k 2 s o 4 . 2 4 h 2 0 1 铝酸钠 n a a l o y 。铁a主要有 三氯 化铁 f e c 1 3 . 6 h 2 0 、 硫酸亚铁 f e s o 2 . 6 h 2 0 和硫酸铁 f e 2 ( s 0 4 ) 3 . 2 h 2 0 1 。 无 机低分子絮凝剂价格低、货源充足，但由于其用量大、残渣多、效果较差，故在 实际污水处理中常作为配合絮凝剂使用，以降低处理成本。 l 海师范大学硕 l 学位沦文 以上的物质称作复合絮凝剂。絮凝剂品种的分类如表 1 - 1 所示。 随着科学技术的发展和人类生活水平的提高，人们对水质提出了 越来越高 的要求。这 自 然也就推动了水处理技术科学的飞速的发展。用于水处理的传统絮 凝剂都是低分子的无机a类，由于其存在投加量大、处理效果差等问题，已逐渐 被高分子絮凝剂所替代。高分子絮凝剂以其 良 好的絮凝效果、除浊脱色能力强和 操作简便等优点、已成为现代水处理应用中主流絮凝剂。目前，h本、中国以及 北美很多国家的生产己达到工业化和规模化以及生产流程的控制自动化，产品质 量稳定。 聚合类高分子絮凝剂的 生产己占 絮凝剂总量的3 0 %-6 0 %. 随着人们生 活水平的不断提高，人们对健康和环境的要求也越来越高，传统絮凝剂的缺点越 来越引起人 们的重视，因此出 现了 第三代絮 凝剂 微生物絮凝剂。 表 1 - 1 絮凝剂品 种分类 t a b l e i 一 1 t a x o n o m y o f t h e fl o c c u lant 无机絮凝剂 无机低分子絮凝剂 无机阳离子絮凝剂 无机阴离子絮凝剂 无机高分子絮凝剂 铝盐无机高分子絮凝剂 铁盐无机高分子絮凝剂 硅酸金属盐及各种复合絮凝剂 有机絮凝剂 人工合成有机高分子絮 凝剂 有机阳离子絮凝剂 有机阴离子絮凝剂 非离子有机絮凝剂 天然有机高分子絮凝剂 生物絮凝剂 3 . 1 无机盐类絮凝剂 传统应用的无机絮凝剂为低分子的铝 t h 和铁 盐。铝 盐主要有硫酸铝 a 12 ( s o 4 ) 3 1 8 h 2 0 1 、明矶 a 1 2 ( s o 4 ) 3 k 2 s o 4 . 2 4 h 2 0 1 铝酸钠 n a a l o y 。铁a主要有 三氯 化铁 f e c 1 3 . 6 h 2 0 、 硫酸亚铁 f e s o 2 . 6 h 2 0 和硫酸铁 f e 2 ( s 0 4 ) 3 . 2 h 2 0 1 。 无 机低分子絮凝剂价格低、货源充足，但由于其用量大、残渣多、效果较差，故在 实际污水处理中常作为配合絮凝剂使用，以降低处理成本。 上海师范大学硕上学位论文 硫酸铝是一种使用最广的絮凝剂，主要用于饮用水和_ 业用水的净化处理。 自十九世纪末美国最先将硫酸铝用于给水处理并取得专利以来，硫酸铝就以其卓 越的凝聚沉降性能而被广泛应用。它凝聚水中胶体杂质的作用，主要是因为溶于 水后，水解生成的碱式盐和氢氧化铝具有捕集水中杂质粒子的能力。目前全世界 年产硫酸铝约 5 0 0 万吨，其中将近一半用于给水和废水处理中。明矾是硫酸铝与 硫酸钾的复盐， 在我国民间常用于饮用水净化，但在工业水及废水处理中应用不 多。 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，矶花大而重， 沉降 性能好，对温度、 水质及 p h值的适应范围宽 等优点，但腐蚀性较强，易 腐 蚀设备，且有刺激性气味，操作条件较差。硫酸亚铁俗称绿矾，形成絮体快而稳 定，沉淀时间短，适用于碱度高、浊度大的情况，但色度不易除净，腐蚀性也较 强 。 .3 .2 无机高分子絮凝剂 无机高 分子絮 凝剂 ( i n o r g a n i c p o l y m e r fl o c c u l a n t , i p f )是二十世纪6 0 年代 以来在传统的铝盐、铁盐混凝剂基础上发展起来的一类新烈水处理剂。它不仅具 有低分子絮凝剂的特征，而且分子量大，具有多核络离子结构、 且电中和能力好、 “ 吸附桥连” 作用明显、沉降快、用量少，而价格也相应较低，因此被广泛应 用于污水处理过程中。 无机高分子 絮凝剂主要有聚合氯化铝 ( p a c ) 、 聚合氯化铁 ( p f c ) . 聚合硫 酸铝 ( p a s ) 、聚合硫酸铁 ( p f s ) ,聚合磷酸铝 ( p a p ) 、聚合磷酸铁 ( p f p ) ,聚 硅酸 ( p s i ) ,聚合氯化铝铁 ( p a f c ) 、聚合硫酸铝铁 ( p a f s ) ,聚合硅酸硫酸铝 ( p a s s )及聚合硅酸硫酸铁 ( p f s s )等絮凝剂。但目前得到广泛应用的土要是 聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚硅酸、和聚合硅酸硫酸铝。 聚合氯化铝在一般原水条件下，絮凝效果优于常用的无机絮凝剂，按氧化 铝投加量计，效果为 1 .2 5 -2 . 0 0 倍，如按固体投加量计为 3 . 7 5 -6 . 0 0 倍，并且絮 体形成快，沉淀速度高，因而反应、沉淀时间可缩短，在相应条件下可提高处理 能力 1 . 5 -3 . 0 倍。 聚合硫酸铁是在硫酸分子族的网络结构中插入了羚基，结果以 o h 作为架 桥形成多核络合离了，聚铁的盐基度越高，其分子聚合度越大，形成的轻基络合 上海师范大学硕上学位论文 硫酸铝是一种使用最广的絮凝剂，主要用于饮用水和_ 业用水的净化处理。 自十九世纪末美国最先将硫酸铝用于给水处理并取得专利以来，硫酸铝就以其卓 越的凝聚沉降性能而被广泛应用。它凝聚水中胶体杂质的作用，主要是因为溶于 水后，水解生成的碱式盐和氢氧化铝具有捕集水中杂质粒子的能力。目前全世界 年产硫酸铝约 5 0 0 万吨，其中将近一半用于给水和废水处理中。明矾是硫酸铝与 硫酸钾的复盐， 在我国民间常用于饮用水净化，但在工业水及废水处理中应用不 多。 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，矶花大而重， 沉降 性能好，对温度、 水质及 p h值的适应范围宽 等优点，但腐蚀性较强，易 腐 蚀设备，且有刺激性气味，操作条件较差。硫酸亚铁俗称绿矾，形成絮体快而稳 定，沉淀时间短，适用于碱度高、浊度大的情况，但色度不易除净，腐蚀性也较 强 。 .3 .2 无机高分子絮凝剂 无机高 分子絮 凝剂 ( i n o r g a n i c p o l y m e r fl o c c u l a n t , i p f )是二十世纪6 0 年代 以来在传统的铝盐、铁盐混凝剂基础上发展起来的一类新烈水处理剂。它不仅具 有低分子絮凝剂的特征，而且分子量大，具有多核络离子结构、 且电中和能力好、 “ 吸附桥连” 作用明显、沉降快、用量少，而价格也相应较低，因此被广泛应 用于污水处理过程中。 无机高分子 絮凝剂主要有聚合氯化铝 ( p a c ) 、 聚合氯化铁 ( p f c ) . 聚合硫 酸铝 ( p a s ) 、聚合硫酸铁 ( p f s ) ,聚合磷酸铝 ( p a p ) 、聚合磷酸铁 ( p f p ) ,聚 硅酸 ( p s i ) ,聚合氯化铝铁 ( p a f c ) 、聚合硫酸铝铁 ( p a f s ) ,聚合硅酸硫酸铝 ( p a s s )及聚合硅酸硫酸铁 ( p f s s )等絮凝剂。但目前得到广泛应用的土要是 聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚硅酸、和聚合硅酸硫酸铝。 聚合氯化铝在一般原水条件下，絮凝效果优于常用的无机絮凝剂，按氧化 铝投加量计，效果为 1 .2 5 -2 . 0 0 倍，如按固体投加量计为 3 . 7 5 -6 . 0 0 倍，并且絮 体形成快，沉淀速度高，因而反应、沉淀时间可缩短，在相应条件下可提高处理 能力 1 . 5 -3 . 0 倍。 聚合硫酸铁是在硫酸分子族的网络结构中插入了羚基，结果以 o h 作为架 桥形成多核络合离了，聚铁的盐基度越高，其分子聚合度越大，形成的轻基络合 1 飞 海师范大学硕上学位论文 物就具有更多的电荷和更大的表面积，其絮凝性能也就更好。研究发现，在由二 价铁盐水解而形成的一系列多核聚召物中，具有最优絮凝性能的是那些即将完全 水解生成f e ( o h ) 3 絮状沉淀前的临界产 物，这种临界产物具有中 和胶体电荷、压 缩双电层以及降低胶体电位的能力， 促进了胶体微粒、 悬浮物等迅速凝聚、 沉淀， 由于聚铁包含了多种含铁的轻基络合物，分子量很大，一旦进入水体即以最优的 状态与其中的胶体微粒和悬浮物等发生絮凝作用，因而表现出优异的净水性能 1 1 9 1 聚硅酸铝a 是一类新型无机高分子混凝剂，是在活化硅酸 ( 即聚硅酸) 及 铝t h 混凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与铝盐的复合产物，它同时具有电中和作 用及吸附架桥作用。该 类混凝剂的开发研制在国 外始十 8 0 年代末期，1 9 8 1 年， 加拿大汉迪化学品公司首先报道了聚合硅酸硫酸铝 ( p as s )的研究成功，并于 1 9 9 1 年投产， 年产能力6 0 0 万磅。 国内 对此类絮凝剂的 研究则始于9 0 年代初期 1 2 0 2 ” 。聚合硅酸硫酸 铝具有混凝效果好，价格便宜， 处理后 水中的残铝量低等优点 1 2 2 1 ， 还对低浊高色 度水具有优异的絮凝除浊除色效果，且 适 用低温水处理 2 3 1 3 . 3有机高分子絮凝剂 有机高 分子絮凝剂 ( o r g a n i c p o ly m e r i z e d fl o c c u l a n t ) 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、p h值及温度影响小， 生成污泥量 少， 处 理效 果 好 等 优 点 2 4 . 2 5 1应 用 范围 十 分 广 泛， 如 表1 - 2 所 示 。 表 1 - 2有机高分子絮凝剂的适用范围与应用实例 t a b le 1 - 2 a p p l ic a t i o n a r e a a n d e x a mp l e o f o r g ani c p o l y me r i z e d fl o c c u la n 类别适用范围应用实例 阴离子 型 重金属盐类及其水合氧化物 ( 胶粒一般带 正电荷) p h值为中性至强碱性 ( 较高 温度条 件下 仍有效) 有机物 ( 阴离子型或带负电荷胶体颗粒) p h 值为中性至强酸性 无机质颗粒或无机一有机质混合体系 p h范围 较宽 不易受p h值和金属离子影 响，多用于酸性介质) 选矿、 电镀、 机械洗煤、 纸浆废水等 阳离子型 城市生活污水、 含油废 水、食品工业废水等 矿石加工废水等 非离子型 1 飞 海师范大学硕上学位论文 物就具有更多的电荷和更大的表面积，其絮凝性能也就更好。研究发现，在由二 价铁盐水解而形成的一系列多核聚召物中，具有最优絮凝性能的是那些即将完全