水处理絮凝剂的研究与发展趋势.ppt

水处理絮凝剂的研究与发展趋势 讲解 张卫PPT制作 南斯维材料收集 王菊林 目前 我国水环境的污染不断加剧 水体污染水源危机日趋严重 供水紧张和污水净化成为我国面临的主要难题之一 随着人们环保意识的增强和我国可持续发展战略的实施 防止污染和保护环境的工作已引起各级政府的高度重视 工业水处理和环境保护要求不断提高 水处理剂品种不断丰富 性能不断提高 废水处理的方法很多 有生化法 吸附法 化学氧化法 离子交换法 电渗析法 絮凝沉淀法等等 其中絮凝沉淀法作为一种物理 化学处理法 因工艺简单 效率高 费用较低等优点而应用最为广泛 絮凝剂在水处理中的重要地位 絮凝剂的絮凝在用水与废水处理中占重要地位 首先 絮凝作用能有效脱除80 95 的悬浮物质 65 95 的胶体物质和降低水中COD 其次 絮凝作用去除水中细菌和病毒的效果稳定 通过絮凝净化 一般能使水中90 以上的微生物与病菌一并转入污泥 使处理水易于进一步消毒 杀菌 最后 对水体富营养化 废水脱色等问题 采用絮凝沉淀法比生物法除磷 脱色效果更好 絮凝剂一般作用机制 聚合氯化铝 性能与用途聚合氯化铝 PolyaluminiumChloride 简称PAC 通常也称作碱式氯化铝或混凝剂等 它是介于ALCL3和AL OH 3之间的一种水溶性无机高分子聚合物 化学通式为 AL2 OH NCL6 NLm 其中m代表聚合程度 N表示PAC产品的中性程度 颜色呈黄色或淡黄色 深褐色 深灰色树脂状固体 该产品有较强的架桥吸咐性能 在水解过程中 伴随发生凝聚 吸附和沉淀等物理化学过程 絮凝剂的分类 无机絮凝剂 有机絮凝剂 无机凝聚剂 无机高分子絮凝剂 合成有机高分子絮凝剂 天然有机高分子絮凝剂 微生物絮凝剂 无机絮凝剂 按其分子量的大小可分为低分子絮凝剂和高分子絮凝剂两大类 低分子絮凝剂价格低 货源充足 运输存储方便 目前在工业水处理中占一定比例 但因其用量大 残渣多 效果差 故无机絮凝剂的发展已经基本上完成了低分子向高分子的转变 现常用的无机高分子絮凝剂有聚合铝类絮凝剂 聚合铁类絮凝剂和活性硅酸类絮凝剂以及复合絮凝剂四大类 聚合铝类絮凝剂 聚合铝水解产生高价离子 形成各种类型的羟基多核络合物 它们通过羰基式桥联作用 处于亚稳定状态 而OH 与Al3 的比值 一般称盐基度或碱基度 对絮凝效果影响很大 通常盐基度越高 絮凝效果越强 但过高则本身易生成难溶的氢氧化铝沉淀 导致絮凝效果降低 值得注意的是铝 尤其是活性铝 毒性较大 同时聚合铝制备方法不完善 致使较多水解铝的微细颗粒存在于溶液中 这在一定程度上限制了聚合铝的使用 通过改善混凝反应条件 延长慢速混凝时间 能有效降低水中铝的含量 聚合铁类絮凝剂 活性硅酸类絮凝剂 复合絮凝剂 无机复合絮凝剂以品种多样和性能多元化占主导地位 作用机理主要与协同作用相关 无机高分子成分吸附杂质和悬浮微粒 使形成颗粒并逐渐增大 而有机高分子成分通过自身的桥联作用 利用吸附在有机高分子上的活性基团产生网捕作用 网捕其它杂质颗粒一同下沉 同时 无机盐的存在使污染物表面电荷中和 促进有机高分子的絮凝作用 大大提高絮凝效果 我国无机高分子絮凝剂的生产和应用已取得长足进展 最具有代表性的聚合氯化铝和聚合硫酸铁的研究 已居世界前列 有机絮凝剂 有机絮凝剂主要分为合成高分子型和天然高分子型 其特点是用量少 絮凝速度快 受共存盐类 pH值及温度的影响小 生成的污泥量小 且带有多种带电基团 可为链状 环状 网状结构 利于污染物进入絮体 脱色性好 阴离子型高分子絮凝剂 非离子型高分子絮凝剂 两性型高分子絮凝剂 与其它絮凝剂相比 两性高分子絮凝剂在以下几个方面表现出良好的应用前景 污泥脱水 经过两性高分子絮凝剂处理的污泥 沉淀性能好 且泥饼含水量少 去除金属离子 因其分子中阴 阳离子基团能与金属离子螯合 在等电点时又可释放 利用此性质可分离回收金属离子 去除中 小分子有机物质 如色度物质 腐殖酸类天然有机物质以及表面活性剂等 目前国内外已有不少用于印染废水处理的报道 去除可溶性分子量低的有机物质 两性新型高分子絮凝剂的阴 阳离子活性基团能与该物质产生络合 螯合 作用达到去除目的 天然高分子絮凝剂 天然高分子絮凝剂用量远小于合成高分子絮凝剂 原因是其电荷密度小 分子量低且易被生物降解而失去絮凝活性 天然高分子化合物含有各种活性基团 如羟基 酚羟基等 具有较活泼的化学性质 通过羟基的酯化 醚化 氧化 交联 接枝共聚等化学改性 使活性基团大大增加 聚合物呈枝状结构 分散了絮凝基团 对悬浮体系中颗粒物有更强的捕捉与促沉作用 淀粉衍生物絮凝剂 在众多改性天然高分子絮凝剂中 改性淀粉絮凝剂的研究 开发尤为引人注目 因为淀粉来源广 价格低廉 并且产物完全可被生物降解 在自然界中形成良好循环 淀粉是由许多脱水葡萄糖单元经糖甙键连接而成 每个脱水葡萄糖单元的2 3 6三个位置上各有一个醇羟基 因此淀粉分子中存在大量活性基团 其衍生物由分子中葡萄糖单元上羟基与某些化学试剂在一定条件下反应而制得 阳离子淀粉就是非常重要的淀粉衍生物之一 它是胺类化合物与淀粉分子的羟基在碱催化作用下反应生成的具有氨基的醚衍生物 使氮原子带正电荷 季铵型阳离子淀粉因具有阳离子性强 适应pH范围广等特点 成为各国学者研究的重点 木质素衍生物絮凝剂 木质素是存在于植物纤维中的一种芳香族高分子 利用木质素与低级脂肪醛聚合或氧化缩聚 可得到性能良好的絮凝剂 有文献报道木质素改性产品可用作含蛋白质废水的絮凝剂 而回收蛋白质的最好去处是用作饲料 所以不宜用有毒物质凝 Mckague报道了硫酸盐木质素Mannich反应 与二甲胺和甲醛作用 进行甲基化和氯甲基化后 生成的木质素季铵盐衍生物可用作硫酸盐浆厂漂白废水的絮凝剂 效果显著 甲壳素衍生物絮凝剂 甲壳素是仅次于纤维素的第二大天然有机高分子化合物 它是甲壳类 虾蟹 动物 昆虫的外骨骼的主要成分 对甲壳素分子进行改造 脱去乙酰基 得到性能良好的絮凝剂 壳聚糖 壳聚糖的游离氨基可接受质子或盐 在酸性水溶液中可溶解流失 使其应用受限 因此 人们对其进行不断改性以提高其性能 所得物质分子中均含有酰胺基及氨基 羟基 故具有絮凝吸附等功能 壳聚糖是一种线性聚胺 溶于酸性介质后 随着氨基的质子化 即表现出阳离子聚电解质的性质 不仅对重金属具有螯合吸附作用 还可有效吸附水中的负电性微粒 其优点是用量少 效率高 易再生 微生物絮凝剂 微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外 具有絮凝活性的代谢产物 主要由具有两性多聚电解质特性的糖蛋白 多糖 蛋白质 纤维素和DNA等生物高分子化合物 以及有絮凝活性的菌体等组成 因微生物絮凝剂无二次污染 具有使用安全 方便 絮凝效果良好以及独特的脱色效果 适用范围广 絮凝活性高 易于生物降解 属于绿色环保产品 被称为第三代絮凝剂 主要类型见表2 微生物絮凝剂被广泛用于给水或污水处理 通过其电荷性质和高分子特性在液体介质中起电荷中和 架桥 网捕 吸附等作用 使胶体脱稳 絮凝 沉淀 固液分离 黄民生等人从活性污泥中分离出能产生高絮凝活性物质的微生物 其产品的净水效果良好 并可使絮凝剂的总用量大大减少 邓述波等人利用含有糖醛酸 中性糖和氨基糖的多糖絮凝剂处理河水 比使用海藻酸钠 明胶等絮凝剂产生的絮团大 沉降快 上清液浊度低 且COD值小 尹华等人从石化厂活性污泥中筛选出J 25菌株 利用葡萄糖 味精废水母液等作为培养液 制备了微生物絮凝剂LMBF 25 该絮凝剂热稳定性良好 对石化废水有理想的处理效果 并能改善污泥的沉降性能 絮凝剂的发展趋势和研究方向 近几十年来 絮凝剂的发展方向逐渐由无机向有机化 低分子向高分子化 单一型向复合型 合成型向天然微生物型转化 絮凝剂产品也逐渐多样化 专门化 环保化 但随着水处理的日益复杂和技术的日益更新 对絮凝剂的要求也越来越高 从目前国内外水处理剂的现状来看 在品种 性能 工艺方法以及成本等方面 都有待于进一步研究和发展 为此 今后的水处理研究开发工作必须从以下方面进行 增强环保意识 加强对无毒 新型天然改性高分子絮凝剂的研究 随着国际环保意识的增强 对水处理剂无毒 无二次污染的呼声越来越高 人们的研究理念也逐渐由合成高分子絮凝剂向天然高分子絮凝剂