絮凝沉降(或浮上)进行固液分离的方法是目前水处理技术中重要的分离方法之一,采用水溶液高聚物为絮凝剂来处理工业废水、生活废水、工业给水、循环冷却水、民用水时,具有促进水质澄清,加快沉降污泥的过滤速度,减少泥渣数量和滤饼便于处置等优点.絮凝剂按化学成分的不同,分为无机絮凝剂、有机絮凝剂[1].
1 絮凝原理絮凝剂的絮凝原理可分为化学絮凝和物理絮凝两种.前者假设粒子以明确的化学结构凝集,并由于彼此的化学反应造成胶质粒子的不稳定状态.后者则是由于存在双电层及某些物理因素,当加入与胶体粒子具有不同电性的离子溶液时,会发生凝结作用.当发生凝结作用时,胶体粒子必失去稳定作用或发生电性中和,不稳定的胶体粒子再互相碰撞而形成较大的颗粒.当加入絮凝剂时,它会离子化,并与离子表面形成价键.为克服离子彼此间的排斥力,絮凝剂会由于搅拌及布朗运动而使得粒子间产生碰撞,当粒子逐渐接近时,氢键及范德华力促使粒子结成更大的颗粒.碰撞一旦开始,粒子便经由不同的物理化学作用而开始凝集,较大颗粒粒子从水中分离而沉降[2].
2 无机絮凝剂无机絮凝剂主要是依靠中和粒子上的电荷而凝聚,故常常被称为凝聚剂[2].
2.1 无机低分子絮凝剂无机低分子絮凝剂有氯化铝、硫酸亚铁、氯化铁,用于干法或湿法直接投入水处理设施中,其优点就是较经济,但它们在水处理过程中存在较大的问题.其聚合速度慢,形成的絮状物小,腐蚀性强,在某些场合净水效果不理想,而逐渐被无机高分子絮凝剂所取代.
2.2 无机高分子絮凝剂无机高分子絮凝剂是一类新的水处理剂,它与传统的絮凝剂比较效能更优异,且比有机高分子絮凝剂价格低廉,而被广泛用于给水、工业废水以及城市污水的各种流程,逐渐成为主流絮凝剂.
无机高分子絮凝剂能强烈吸引胶体微粒,通过黏附、架桥和交联作用,促进胶体凝聚,同时还发生物理化学变化,中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷,降低了ξ电位,从而使胶体离子发生互相吸引作用,破坏了胶团的稳定性.促进胶体微粒碰撞,形成了絮状沉淀.无机高分子絮凝剂既有吸附脱稳作用,又可发挥桥联和卷扫絮凝作用.无机高分子絮凝剂出现的品种很多,主要如表1所示.
2.2.1 聚合铝基絮凝剂 高分子铝盐絮凝剂是一种高效水处理剂,它的絮凝效果均不同程度地超过传统铝盐及单一的聚合铝盐[4],它具有絮体形成快,颗粒密度大,沉降速度快等优点,由于它对水处理及设备腐蚀小,因而应用广泛,被用于高浊度,低温低浊度,有色和工业污水.但它也有缺点,其生产受原料限制,成分复杂,生产过程长,条件难以控制,很难得到��集能力、聚合度相同的产品,价格也较贵[5].
2.2.2 聚硅酸盐类絮凝剂 聚硅酸盐是一类新型无机高分子絮凝剂,是在聚硅酸即活化硅酸及传统的铝盐、铁盐等絮凝剂的基础上发展起来的复合产物[6],通过铁离子和铝离子被用做偶联金属离子,偶联金属离子与硅酸的摩尔比可随不同的使用要求加以调整.发展该类产品的初衷是金属离子的电中和能力和聚硅酸的吸附架桥能力结合在一起,从而使复合产物具有较强的电中和吸附架桥作用,达到更好的净水效果[5].它们的絮凝脱稳性能远远超过聚硅酸和聚金属离子,同聚硅酸相比,不但提高稳定性,且增加了电中和能力,同聚金属离子相比,可增加黏结架桥性能,且易于制备,价格适宜,引起了水处理界的极大关注,成了国内外无机高分子絮凝剂研究的一个热点[7].
2.2.3 硼泥复合型絮凝剂 硼泥复合型絮凝剂是一种含有水溶性的镁、铁、铝等无机酸盐高分子絮凝剂,硼泥的主要成分为含镁、铁、铝、硅、硼、钙的混合物,不含有对人体有害、有毒的成分,可以作为水处理剂的原料加以利用.硼泥复合絮凝剂的混凝机理是压缩双电层、吸附电中和、吸附和架桥、沉淀网捕等作用,在不同的范围内均能发生有效的混凝作用,它是利用硼泥废渣与硫酸或盐酸反应制取镁、铁、铝与无机酸盐复合型污水净水剂.该净水剂对废水有很好的处理效果[5].
3 有机絮凝剂有机絮凝剂主要依靠架桥作用使粒子沉降,故又把有机絮凝剂叫做絮凝剂或助凝剂[2].有机聚合物,也称为聚电解质,相对电子量由数个至1000万以上不等,它含有带电的官能基或中性的官能基,能溶于水中而具有电解质的行为.有机物可分为三类:合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子改性絮凝剂、微生物絮凝剂.
3.1 合成有机高分子絮凝剂在合成有机高分子絮凝剂中聚丙烯酰胺(ＰＡＮ)的应用是*多的.聚丙烯酰胺是一种线性的水溶性聚合物,是水溶性聚合物中应用*为广泛的品种之一.它是由丙烯酰胺聚合而成,因此在其分子的主链上带有大量的侧基———酰胺基.酰胺基的化学活性很大,可以和多种化合物反应而产生许多聚丙烯酰胺的衍生物.酰胺基的独特之处还在于它能与多种氢键的化合物结合.这样,聚丙烯酰胺不仅具有一系列衍生物,而且具有多种宝贵的性能,如絮凝、增粘(稠)性、表面活性[2].
3.2 天然有机高分子改性絮凝剂天然有机高分子改性絮凝剂包括淀粉、纤维素、含胶植物、多糖类和蛋白质等类的衍生物.天然有机高分子改性絮凝剂由于原料来源广泛、价格优廉、无毒、易于生物降解等特点,显示了良好的应用前景.主要可分为三大类:碳水化合物类、多聚糖类、甲壳素类[3].
3.3 微生物絮凝剂微生物絮凝剂是指利用微生物技术,通过微生物的发酵,抽提,精制而得到的一类絮凝剂.它是一种无毒的生物高分子化合物,包括机能性蛋白质和机能性多糖类物质,其絮凝性主要由位于染色体上和染色体外的絮凝遗传基因决定,絮凝基因是由多个基因控制的,絮凝基因经过修饰和校正基因的修正后,絮凝基因方可有效表达絮凝素.微生物本身可以作为一种絮凝剂,还可以从细胞壁提取的象葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质等均可作为絮凝剂使用.能够分泌絮凝剂的微生物称为絮凝剂产生菌.目前研究比较透彻的有酱油曲霉、拟青霉素属微生物、红平红球菌等,也在开发混合菌株产生的絮凝剂.微生物絮凝剂的作用机理现在还不太清楚.还处于探讨完善阶段,目前比较接受的是架桥作用、电荷中和及卷扫作用,絮凝剂大分子借助离子键、氢键和范德华力同时吸附多个悬浮颗粒,在它们之间产生吸附架桥[9],絮凝剂带有电荷,当靠近悬浮颗粒时,会中和悬浮颗粒表面的一部分电荷,降低其表面的ξ电位,减少彼此之间的静电斥力,从而发生碰撞而凝聚,当微生物絮凝剂投量一定时,可以在重力作用下迅速网捕,卷扫水中悬浮颗粒而产生沉淀分离[10].
4 研究发展现在微生物絮凝剂用于处理高浊度有机废水及染料废水的脱色,处理高浓度无机悬浮废水及恢复活性污泥沉降能力都取得了良好的效果.生物絮凝剂易被微生物降解,克服了常规的无机絮凝剂和有机絮凝剂对人体有害和易产生二次污染等缺点,且具有高效、无毒、絮凝对象广泛、脱色效果独特等优点,因而具有广泛的应用前景[3].近些年来,随着人们对水处理认识的不断提到,絮凝法作为一种简便、高效、投资小的水处理方法,日益显示出****的魅力,得到越来越多的重视.虽然无机、有机高分子絮凝剂复配使用的效果要优于单一药液的使用效果,但无机、有机高分子絮凝剂联用时,工艺复杂,且难以控制,鉴于目前絮凝剂的发展方向有可能是无机、有机物进行共聚而生成一种新型高聚物,使它既具有中和电荷作用,又具有长链大分子强烈的拖拉、网捕作用而生成为新生代的高效混凝剂[7]. |
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