废水处理过程中絮凝剂的应用

α文章编号:100127445(2004)增20153203废水处理过程中絮凝剂的应用林桂炽,黄玲珍(广东省水产学校,广东广州510320)摘要:目前,随着工业废水排放量的迅速增加,废水处理问题的日益突出.混凝法是一种被广泛采用和成本低廉的处理方法,它能够极大地提高水处理的效率.其中一个关键问题是絮凝剂的选择,本文就无机、有机和复合絮凝剂在水处理中的应用和性能进行探讨,同时,就部分新型的絮凝剂进行介绍.关键词:絮凝剂;废水处理;应用;性能中图分类号: 文献标识码:A1　絮凝剂处理水的作用原理将不同絮凝剂按一定比例调成水混凝剂,定量均匀溶于废水中形成胶体溶液.经过絮凝作用废水中悬浮微粒形成矾花,在沉降过程中矾花互相碰撞,使絮状物颗粒变大逐渐沉淀于底部.上清液通过布水槽、溢流堰由上部进入多功能池.上清液胶体通过河沙、炉渣、石子等滤料形成动态膜.动态膜具有吸附分散颗粒,去除悬浮有机物微粒的能力.废水中悬浮有机物微粒通过沙层、炉渣层等滤料微孔,定时自流过滤除去废水中杂质.2　絮凝剂介绍211　有机高分子絮凝剂有机高分子絮凝剂有天然高分子和合成高分子两大类.常见的有聚二乙基二甲基氯化氨,聚胺,天然聚合物(改性淀粉、腐植酸等),聚丙烯酸钠,阳离子型、非离子型和阴离子型聚丙烯酰胺.有机高分子絮凝剂在水处理中投加量少,絮凝速度快,受共存盐类、介质及环境温度影响小,生成污泥量也少;而且有机高分子絮凝剂大分子中可带-COO -,-N H -,-SO 3-,-O H -等亲水集团,具有链状、环状等多种结构,利于污染物进入絮体,脱色性好.由于大多数有机高分子絮凝剂本身或其水解、降解产物有毒,而且合成价格较高,故开发和利用受到一定限制,单独应用实例较少.212　无机絮凝剂(1)无机低分子絮凝剂无机低分子絮凝剂包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等,其中硫酸铝最早是由美国开发的,迄今为止一直是重要的无机絮凝剂之一.但用于水处理时,低分子絮凝剂存在着成本高,腐蚀性大,在某些场合效果还不理想等缺点.(2)无机高分子絮凝剂无机高分子絮凝剂是60年代后在传统的铝盐、铁盐的基础上发展起来的一类新型的水处理剂,和传统药剂相比,它能成倍地提高效能,且价格相应较低,因而有逐步成为主流药剂的趋势.目前,在日本、俄罗斯、西欧以及我国,无机高分子絮凝剂都已有相当规模生产和应用,聚合类药剂生产占絮凝剂总产量的30%～60%[1].第29卷增刊2004年9月广西大学学报(自然科学版)Jou rnal of Guangx i U n iversity (N at Sci Ed )V o l .29,Sup.　Sep t .,2004　α收稿日期:20030520;修订日期:20040528作者简介:林桂炽(1977),男,广东省水产学校助理讲师.451广西大学学报(自然科学版)第29卷　1)简单的无机聚合物絮凝剂这类无机聚合物絮凝剂主要是铝盐和铁盐的聚合物,如聚合氯化铝、聚合硫酸铝(二者简称聚铝),聚合氯化铁、聚合硫酸铁(二者简称聚铁).无机聚合物絮凝剂之所以比其他无机絮凝剂能力高、絮凝效果好,其根本原因就在于它能提供大量的络合离子,能够强烈吸附胶体微粒,通过粘附、架桥和交联作用,从而促使胶体凝聚.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Φ电位,使胶体粒子由原来的相斥变成相吸,破坏了胶团的稳定性,促使胶体微粒相互碰撞,从而形成絮状混凝沉淀,而且沉淀的表面积可达(200～1000)m2 g,极具吸附能力.2)改性的单阳离子无机聚合絮凝剂除常用的聚铝、聚铁外,还有聚活性硅胶及其改性品,如聚硅铝(铁)、聚磷铝(铁).改性通过引入某些高电荷离子以提高电荷的中和能力,引入羟基、磷酸根等以增加配位络合能力,从而改变絮凝效果,其可能的原因是[2]:某些阴离子或阳离子可以改变聚合物的形态结构及分布,或者是两种以上聚合物之间具有协同增效作用.PA SS的化学名称为:碱式硅硫酸铝,是一种碱式多核羟基硅硫酸铝复合物.对含铝离子的聚硅酸絮凝剂(PSAA)的研究[3]表明PSAA对油田稠油采出水的处理中,具有比PA CS(含硫酸根的改性聚合氯化铝)更强的除油能力,处理煤矿矿井废水时COD除去率可达98.2%,悬浮固体(SS)除去率可达99.4%,PSAA的制备方法简便,原料来源广泛,成本低,具有极大的开发价值及广泛的应用前景.对聚硅酸硫酸铁(PFSS)絮凝剂[4]的研究发现高度聚合的硅酸与金属离子一起可产生良好的混凝效果,有可能在水处理中部分取代有机合成高分子絮凝剂,以消除毒性.而且可以根据不同的处理对象,通过改变Fe Si O2摩尔比调整PFSS的配方来取得良好的絮凝效果.低温低浊水的混凝处理是净水处理中的一个难题,应用活化硅酸作助凝剂有利于解决这一难题,但活化硅酸需现场配制,限制了它的使用.聚硅酸铁[5](PSF)不仅能很好地处理低温低浊水,而且比硫酸铁的絮凝效果有明显的优越性,如用量少,投料范围宽,矾花形成时间短且形态粗大易于沉降,可缩短水样在处理系统中的停留时间等,提高了系统处理能力,对处理水的pH值基本无影响.3)多阳离子无机聚合絮凝剂聚铝铁复合絮凝剂是含有多核聚铁及聚铝与氯根和硫酸根配位的复合型无机高分子絮凝剂,因兼有聚铝和聚铁的优良性能而日益受人关注.聚合硫酸氯化铁铝[6](PA FCS)是其中之一,其有效铁铝含量(A l2O3+Fe2O3)大于22%,产品吸湿性小.研究表明:在聚合氯化铝PA C的有效铝含量大于PA FCS有效铝铁含量的情况下,PA FCS在饮用水及污水处理中,有着比明矾更好的效果;在含油废水及印染废水中PA FCS比PA C的效果均优,且脱色能力也优;絮凝物比重大,絮凝速度快,易过滤,出水率高;其原料均来源于工业废渣,成本较低,适合工业水处理.铝铁共聚复合絮凝剂也属这类产品,它的生产原料氯化铝和氯化铁均是廉价的传统无机絮凝剂,来源广,生产工艺简单,有利于开发应用.铝盐和铁盐的共聚物不同于两种盐的混合物,它是一种更有效地综合了PA C和FeC l3的优点,增强了去浊效果的絮凝剂.铝铁共聚复合絮凝剂中铁含量及形态分布对絮凝性能的影响[7]有待进一步研究.共聚物的pH值由PA C和FeC l3溶液的水解能力决定,对应溶液的pH值在其两种母液之间,视其中铝盐或铁盐含量的多少而定.(3)无机-有机高分子复合絮凝剂虽然无机高分子絮凝剂对各种复杂成分的水处理适用性强,但生成的絮体却不及有机高分子絮凝剂生成的絮体大,且投加量大.有机高分子絮凝剂正好可以弥补这一缺点,因此若把二者结合起来,形成无机-有机高分子复合絮凝剂,两种絮凝剂复合使用,则效果更明显.文献[8]表明:无机絮凝剂加PAM,处理高浊度水,悬浮物除去率大于99%,剩余浊度5～6;丹宁与三氯化铁和聚丙烯酰胺一起使用,处理钻井废水,COD去除率为91.6%;硫酸铝碱式氯化铝加石灰再加聚丙烯酸胺处理油田助剂厂废水,色度去除率大于98%.3　新型的絮凝剂311　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、铝、铁、硅、硼、钙的混合物,不含有对人体有毒的化学成分,可以作为水处理剂的原料加以利用.以硼泥和酸洗废液为原料,既可减少废渣、废液的排放,又可利用废渣、废液,达到变害为利的目的.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.它综合了镁、铝、铁、活性固体组分等有效成分,从而在混凝过程中发挥了它们的协同作用,在不同的pH 范围内,均能发生有效的混凝作用.据资料介绍[9],现已投入批量生产的YJ -1807#复合型水处理剂,就是以硼泥和酸洗废液为原料合成的絮凝剂.该絮凝剂具有破乳絮凝,去除悬浮物;脱色、去除COD 、去除多种毒物等功能.312　淀粉衍生物絮凝剂淀粉分子中有大量醇羟基,可与化学试剂在一定条件下反应而制得阳离子型絮凝剂.在催化剂存在下,乙烯基单体与淀粉的接枝共聚物[10],可用于污水处理厂污水的二级处理;将淀粉采用乙酰化交联,再进行黄原酸化,就可制得不溶性交联淀粉黄原酸酯,主要用于处理金属废水.这些类型的淀粉衍生物中,最值得注意的是淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物,其研究有一定的进展[11].这种共聚物以半刚性的淀粉主链与柔性的聚丙烯酰胺支链以化学键紧密结合形成了体积庞大、刚柔相济的网状大分子,因此它与聚丙烯酰胺支链相比,有较好的分子稳定性,絮凝能力强,投药量小,产污泥少,适用范围广,价格低,具有良好的应用前景.313　纤维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.造纸废液中含有大量木质素,它的排放不仅污染环境,而且造成了物质资源的极大浪费.R acho r 和D illing 分别以木质素为原料,合成了季铵盐型阳离子表面活性剂,用其处理污染废水获得了良好的絮凝效果.我国吴冰艳等人合成的木质素季铵盐絮凝剂[12],具有良好的絮凝能力,处理高浓度、高色度的酸污染废水具有良好的脱色效果.木质素改性产品还可以作含蛋白质废水的凝聚剂.因为它的无毒性,回收的蛋白质可用作饲料.314　多聚糖类絮凝剂对甲壳素进行适当的分子改造,脱除其乙酰基,得到的壳聚糖是一种很好的阳离子絮凝剂.这类絮凝剂具有很好的操作稳定性,适于酸性和中性废水的处理,可用于回收工业废水中的蛋白质、染料及重金属离子.例如,将壳聚糖经醚化反应制得的羧甲基壳聚糖,具有极好的水溶性,絮凝性得到显著提高,用于毛巾厂印染废水处理,其脱色、去除COD 效果尤为突出.315　生物絮凝剂国外微生物絮凝剂的商业化生产始于90年代,因不存在二次污染,使用方便,应用前景诱人.如红平红球菌及由此制成的NO C -1是目前发现的最佳微生物絮凝剂,具有很强的絮凝活性,广泛用于畜产废水、膨化污泥、有色废水的处理.参考文献:[1]　汤鸿霄.无机高分子絮凝剂的基础研究[J ].环境化学,1990,9(3):1.[2]　卢素焕.新型混凝剂聚磷氯化铁的制备及性能研究[J ].工业水处理,1998,18(4):24.[3]　高玉宝.含铝离子的聚硅酸絮凝剂的性能及应用[J 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llege of E lectrical and Info rm ati on,Tongji U n iversity,Shanghai200092,Ch ina)Abstract:T h is p ap er design s a tw o2fuzzy in terlligen t traffic con tro l system of iso lated in tersecti on,T he first goes on the p hase op ti m izing and regu lating,T he second goes on the con tro l of ex ternal ti m e.T he si m u lati on is carried in a environm en t of half2hardw are and the resu lts in a better p erfo rm ance.Key words:em bedded p c 104;in telligen t traffic;fuzzy con tro l;p hase regu lating(责任编辑　张晓云)(上接第155页)Appl ica tion of coagulan t i n wa stewa ter trea t m en tL I N Gu i2ch i,HU AN G L ing2zhen(Guangdong fisheries science schoo l,Guangzhou510320,ch ina)Abstract:A t p resen t,w ith the rap id increasing drainage of the indu strial w astew ater,the p rob lem of w astew ater treatm en t becom es m o re u rgen t.Coagu lati on,w h ich can greatly i m p rove the efficiency of the w ater treatm en t,is the m o st pop u lar and the least exp en sive w ay.O ne of the i m po rtan t th ings is how to select the coagu lan t.T he m ain concern of the article is to discu ss the app licati on s and p rop erties of the ino rgan ic coagu lan t,o rgan ic coagu lan t and com po site coagu lan t.A t the cam e ti m e it also recomm ends som e of the new-m odel coagu lan t.Key word:coagu lan t;w astew ater treatm en t;app licati on s;p rop erties(责任编辑　张晓云)。