絮凝剂的种类及作用

絮凝剂的种类及作用1 无机絮凝剂 无机絮凝剂也称凝聚剂, 主要应用于饮用水、工业水的净化处理以及地下水、废水淤泥的脱水处理等。无机絮凝剂主要有铁盐系和铝盐系两大类, 按阴离子成分又可分为盐酸系和硫酸系, 按相对分子量又可分为低分子体系和高分子体系两大类。1.1 无机低分子絮凝剂 传统的无机絮凝剂为低分子的铝盐和铁盐, 其作用机理主要是双电层吸附4。铝盐中主要有硫酸铝(Al(SO4)318H2O)、明矾(Al2(SO4)3K2SO424H2O)、铝酸钠(NaAlO3)。铁盐主要有三氯化铁(Fe-Cl36H2O)、硫酸亚铁(FeSO46H2O)和硫酸铁(Fe2(SO4)32H2O )。硫酸铝絮凝效果较好, 使用方便,但当水温低时, 硫酸铝水解困难, 形成的絮凝体较松散, 效果不及铁盐。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, 形成大耳中的絮体、沉降性能好、对温度、水质和pH 的适应范围广等优点, 但其腐蚀性较强, 且有刺激性气味, 操作条件差59。无机低分子絮凝剂的优点是经济、用法简单, 但用量大、残渣多。絮凝效果比高分子絮凝剂的絮凝效果低1.2 无机高分子絮凝剂无机高分子絮凝剂是20 世纪60 年代以来在传统的铁盐和铝盐基础上发展起来的一类新型水处理药剂。其絮凝效果好, 价格相对较低, 已逐步成为主流絮凝药剂。在日本、西欧和中国, 目前都已有相当规模的无机高分子絮凝剂的生产和应用, 其产量约占絮凝剂总产量的30%60%10。近年来, 我国高分子絮凝剂的发展趋势主要是向聚合铝、铁、硅及各种复合型絮凝剂方向发展, 并已逐步形成系列: 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)、聚硅酸硫酸铝(PFSC)、聚合氯硫酸铁(PFCS)、聚合硅酸铝(PASI)、聚合硅酸铁(PFSI)、聚合磷酸铝铁(PAFP)、硅钙复合型聚合氯化铁(SCPAFC)等。生物聚合铁(BPFS)2 有机高分子絮凝剂有机高分子絮凝剂是20 世纪60 年代开始使用的第二代絮凝剂。与无机高分子絮凝剂相比, 有机高分子絮凝剂用量少, 絮凝速度快, 受共存盐类、污水pH 值及温度影响小, 生成污泥量少, 节约用水。强化废(污)水处理, 并能回收利用。但有机和无机高分子絮凝剂的作用机理不相同, 无机高分子絮凝剂主要通过絮凝剂与水体中胶体粒子间的电荷作用使N 电位降低, 实现胶体粒子的团聚, 而有机高分子絮凝剂则主要是通过吸附作用将水体中的胶粒吸附到絮凝剂分子链上, 形成絮凝体。有机高分子絮凝剂的絮凝效果受其分子量大小、电荷密度、投加量、混合时间和絮凝体稳定性等因素的影响。目前有机高分子絮凝剂主要分两大类, 即合成有机高分子絮凝剂和天然改性高分子絮凝剂。2.1 合成有机高分子絮凝剂合成有机高分子絮凝剂以聚乙烯、聚丙烯类聚合物及其共聚物为主, 其中聚丙烯酞胺类用量最大, 占有机高分子絮凝剂的80%左右。目前, 国内外有关阳离子型合成高分子絮凝剂的报导比较多主要是季胺盐类、聚胺盐类以及阳离子型聚丙烯酞胺等, 其中研究与应用最多的是季胺盐类。它们均己研制成功并在工业水处理中得到了广泛的应用。龙柱等人利用协同增效原理将聚和氯化铝与有机合成高分子复合, 制得一种新型有机无机复合高分子絮凝剂, 处理造纸废水, 效果优于单独使用聚和氯化铝。由于有机合成高分子絮凝剂的生产成本高, 产品或残留单体有毒, 使其广泛应用受到限制。2.2 天然改性高分子絮凝剂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, 原因是其电荷量密度较小, 分子量较低, 且易发生生物降解而失去其絮凝活性。而经改性后的天然有机高分子絮凝剂与合成的有机高分子絮凝剂相比, 具有选择性大、无毒、价廉等显著特点。这类絮凝剂按其原料来源的不同, 大体可分为淀粉衍生物、纤维素衍生物、植物胶改性产物、多糖类及蛋白质改性产物等11 。由于天然高分子物质具有分子量分布广、活性基团点多、结构多样化等特点, 易于制成性能优良的絮凝剂,所以这类絮凝剂的开发势头较大, 国外已有不少商品化产品。我国天然高分子资源较为丰富, 但相对而言, 我国在这方面研究还开展得较少。( 1) 淀粉衍生物淀粉衍生物是通过淀粉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制得的。曹炳明等人12用木薯粉为原料研制的CS- 1 型阳离子絮凝剂, 用于污水处理厂二级污水的处理, 可缩短泥水分离的絮凝沉降过程, 提高出水水质, 对污泥脱水具有良好的促进作用。( 2) 木质素衍生物木质素是存在于植物纤维中的一种芳香族高分子, 是水处理及各种化工产品中的基础原料。Ractior 和Dilling 分别于70 年代中后期以木质素为原料合成了季胺型阳离子表面活性剂, 用其处理染料废水获得了良好的絮凝效果。朱建华等人15利用造纸蒸煮废液中的木质素合成了木质素阳离子表面活性剂, 用其处理阳离子染料、直接染料及酸性染料废水。实验结果表明, 这种药剂具有良好的絮凝性能, 对各种染料的脱色率均超过90%。吴冰艳等16将从造纸黑液中提取的木质素与自制的季铵盐单体反应, 合成了木素季铵盐絮凝剂, 该絮凝剂对高浓度高色度的J 酸染料废水有很好的絮凝效果。( 3) 甲壳素衍生物甲壳素是自然界含量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。甲壳素的化学成分是N- 乙酰- D- 葡萄糖胺残基以- 1, 4 糖苷键连接而成的多糖。对甲壳素进行分子改造, 脱除其乙酰基, 得到壳聚糖, 它是一种很好的阳离子絮凝剂。由于这类物质分子中均含有酰胺基及氨基、羟基, 因此具有絮凝、吸附等功能, 不仅对重金属有鳌合吸附作用1719, 还可有效地吸附水中带负电荷的微细颗粒。壳聚糖作为高分子絮凝剂的最大优势是对食品加工废水的处理, 壳聚糖可使各种食品加工废水的固形物70%98%。3.微生物絮凝剂微生物絮凝剂是一种高效、无毒、无二次污染、能自行降解、使用范围广的新一代絮凝剂20, 21。微生物絮凝剂的絮凝机理有三种:桥连作用、中和作用和卷扫作用。目前流行的一种学说认为:絮凝剂是通过离子键、氢键的作用与悬浮颖粒结合。由于絮凝剂的分子量较大, 一个絮凝剂分子可同时与几个悬浮颖粒结合, 在适宜条件下迅速形成网状结构而沉积, 从而表现出很强的絮凝能力。影响微生物絮凝剂絮凝能力的因素很多, 主要包括温度、pH 值、金属离子、絮凝剂浓度等。早在20 世纪70 年代末, 日本学者就在研究酞酸酯的生物降解过程中, 发现了具有絮凝作用的微生物培养液, 并于80 年代后期制成了命名为NOC1 的第一种微生物絮凝剂。我国于90 年代开始涉及这一领域的研究, 并取得了相当的成就, 个别已经应用到工程上。4.复合型絮凝剂近年来研究人员发现在处理废水等复杂、稳定的分散体系时, 复合絮凝剂表现出优于单一絮凝剂的效果。从化学组成上来看, 其大致可以分为无机/ 有机复合絮凝剂和微生物无机复合型絮凝剂两大类。4.1 无机/ 有机复合絮凝剂无机/ 有机复合絮凝剂具有适应范围广, pH 值适应性大, 对低浓度或高浓度水质、有色废水、多种工业废水都有良好的净水效果, 而且污泥脱水性好等特点。其复配机理主要与协同作用有关。一方面污水杂质为无机絮凝剂所吸附, 发生电中和