絮凝剂在污水处理和污泥脱水中的应用
![絮凝剂在污水处理和污泥脱水中的应用](https://img.360docs.net/img5b/1ap1dkt1zona7dx3u6yurmqt431tidqc-b1.webp)
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
第23卷第4期2006年12月
吉林建筑工程学院学报
JoumalofJilinArchitectufalandCivilEngineeringInstitute
V01.23No.4
Dec.2006
新型絮凝剂在污水处理和污泥脱水中的应用
尹军1焦畅1霍玉丰1(1:吉林建筑工程学院市政与环境工程学院,长春130021;王雪峰1李林1赵可2
2:哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨150090)
摘要:根据污水和污泥处理中絮凝沉淀的作用机理与特点,针对实际工程应用中存在的问题,阐述了近年来新型絮凝剂在污水处理和污泥脱水中的应用状况,并与传统絮凝剂进行了比较;说明采用天然高分子物质(如淀粉、甲壳素、纤维素)通过改性,可制成高效、无毒、可生物降解、廉价的天然高分子絮凝剂,并与微生物絮凝剂共同逐步取代传统的无机和有机絮凝剂.
关键词:新型絮凝剂;污水处理;污泥脱水;展望
中圈分类号:X703文献标识码:A文章编号:1009—1288(2006)04—0013.04
O前言
絮凝沉淀能有效去除水中的重金属离子、悬浮物、有机物和氨氮等,使水质得到进一步净化,已广泛应用于水处理工艺流程中.目前,城市污水和废水的排放规模不断加大,种类不断增加,水中污染物的成分日趋复杂,对环境的危害日益加重.因此,水处理的难度进一步加大,特别是传统的絮凝剂已不能满足现有絮凝技术的需要.另外。城市污水生物处理过程中将产生大量的剩余污泥,剩余污泥经浓缩后,含水率为95%~97%左右.为了经济有效地进行生物污泥的干燥、焚烧、堆肥、填埋等进一步处置,必须充分的脱水而减量化.污泥是难脱水物质,需要通过投加絮凝剂来改善污泥的脱水性.无机絮凝剂投加量大,效果不佳,还会把金属带入污泥的最终产物之中,对环境造成危害;有机合成高分子絮凝剂生物难降解,残留单体有毒,会对环境造成二次污染.因此,新型絮凝剂的研究和开发已成为当今世界各国的重要研究课题之一.
1天然高分子絮凝剂
天然高分子絮凝剂及其改性制品种类很多,应用于污泥脱水的主要有改性淀粉类、甲壳素/壳聚糖类、纤维素类、木质素类等.
天然高分子絮凝剂与无机絮凝剂相比,用量少、絮凝速度快、产生的污泥易处理、受pH值等外界条件影响小….与有机合成高分子絮凝剂相比,其优点有口】:原料来源广且可再生;制备成本低、价格便宜,易于生物降解,不会造成二次污染;天然高分子种类多,可选择性大,易根据需要采用不同的制备方法进行改性.因此,天然高分子絮凝剂的应用前景广阔,受到国内外众多学者的重视和关注.
1.1淀粉及其衍生物
淀粉存在于许多植物中,是一种六元环状的天然高分子.淀粉及其衍生物都具有无毒、可生物降解、价廉等优点.淀粉中含有许多羟基,表现出较活泼的化学性质,通过羟基的酯化、醚化、氧化、交联、接枝共聚等化学改性,其活性基团大大增加,聚合物呈枝化结构,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[31.
淀粉接枝共聚物是由于在淀粉上接枝了具有絮凝功能的聚合物侧链,侧链基团与许多物质亲和、吸附,形成氢键或这种侧链与被絮凝物质形成物理交联状态,使被絮凝物质沉淀.聚合物应用的关键在于其分子形态、相对分子质量、离子度.当使用小分子絮凝剂时,絮凝物质被吸附在其周围,因絮凝物颗粒之间产生斥力
收稿日期:2006—06—23.
作者简介:尹军(1954~),男,吉林省吉林市人,教授,博士生导师
14吉林建筑工程学院学报第23卷
会影响絮凝效果,而接枝型淀粉是高分子絮凝剂,则克服了这一缺点[4].例如,淀粉与丙烯酰胺接枝共聚物是以淀粉亲水的刚性链为骨架,配以柔性的聚丙烯酰胺支链,构成刚柔相济的网状结构,其分子中的羟基和酰胺基团对废水具有絮凝效应.近来,马希晨等【5J又以淀粉一丙烯酰胺接枝共聚物为原料,通过Mannich反应和水解反应,合成了同时具有阴、阳离子基团的两性高分子絮凝剂,该絮凝剂具有稳定性好、耗药量低、可降解无二次污染等特点.以玉米淀粉为骨架,用环氧氯丙烷与之反应制成高交联淀粉(CCMS),将CCMS应用于含重金属离子的废水处理,取得了较好的效果L6J.玉琛等一J以3一氯一2一羟丙基三甲基氯化铵为阳离子醚化剂,天然高分子淀粉为原料,干法制得季铵型阳离子淀粉,不仅具有优异的絮凝效果,而且具有杀菌功能.杨波[8]利用辐照方法合成了淀粉一聚丙烯酰胺接枝共聚物,再加醛类和胺类反应,制得了yb一1型阳离子絮凝剂,用它对城市污水产生的活性污泥进行了脱水处理试验,试验表明效果良好.
1.2甲壳素和壳聚糖
甲壳素是由N一乙酰氨基葡萄糖通过B一(1,4)糖苷键缩合而成的直链多糖,大量存在于甲壳动物、昆虫和细菌中,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;壳聚糖是甲壳素脱去N一乙酰基的产物.甲壳素(壳聚糖)分子中含有羟基、氨基基团,这些基团可以有效地捕集或吸附溶液中的重金属离子,也可以凝聚溶液中带负电荷的悬浊液、有机物等,因此,它们是良好的阳离子絮凝剂,羧基及氨基基团是亲水基团,具有较强的吸湿性,同时,还可以用做污泥脱水剂旧J.
利用壳聚糖混凝剂来处理活性污泥,加入量的干重比约为0.8%~2.2%,然后与离心分离技术相结合,悬浮固体的分离量可达到96%以上;利用壳聚糖为助剂处理啤酒厂的活性污泥,可使悬浮固体较好地分离,从12000mg/L降至600mg/L,去除率为90%,所回收的活性污泥可用作动物饲料[10].张印堂等[11]自制的壳聚糖絮凝剂用于调理活性污泥,其效果接近阳离子聚丙烯酰胺,远远好于PAC.曾德芳等[12]通过试验成功地探索出了一套制壳聚糖的改进生产工艺,使壳聚糖的制备成本较传统工艺下降了49%,制备时间缩短了一半,而且,产品的主要性能指标均达到或超过美国Si鲫a公司的同类产品(Chitosan,C一3646)的指标.Jill
RuhsingPan等[13]在研究壳聚糖与聚合氯化铝(PAC)的复配中发现,壳聚糖单独使用的絮凝性能比PAC单独使用或二者复配使用要好;壳聚糖与PAC量比为1:1时,其最佳用量远小于PAC单独使用时的.对壳聚
糖进行的改性实验结果表明,当采用羧甲基壳聚糖作为絮凝剂对污泥进行脱水时,其形成的絮体强度大,不易破碎,对污泥脱水的效果明显好于普通絮凝剂.
1.3纤维素类
纤维素类物质中的羟基与胺类化合物发生醚化反应,由此可制得高分子絮凝剂.以羧甲基纤维为原料,在碱性条件下与3一氯一2一羟丙基三甲基氯化铵反应,可得到含有季铵盐基团的两性纤维素[14].纤维素与丙烯酰胺接枝共聚是研究较多、性能优良的一种絮凝剂.改性纤维素在除污水中重金属方面也有一定的应用.
1.4木质素及其衍生物
木质素是天然的芳香族化合物,是制浆造纸用植物原料的主要成分之一,目前,造纸黑液中的木质素尚未合理利用,因此,木质素的开发利用,不仅可以减少黑液排放,保护环境,而且,还可带来经济效益.潘碌亭等从草浆黑液中提取木质素,将木质素絮凝剂与聚合氯化铝、聚丙烯酰胺絮凝剂的处理效果进行了比较,证实了木质素絮凝剂在处理味精废液和印染废水中的优越性[6】.据报道,木质紊接枝共聚物絮凝剂不论在最小投量、残留浊度和絮体平均粒径变化方面,还是对pH值波动的适应能力等方面均优于其它改性木质素.例如,从造纸黑液中提取木质素为原料,使用强碱催化体系,与季胺盐单体进行接枝共聚反应,合成木素季胺盐絮凝剂,对丁酸染料废水色度去除率达90%[151.刘千钧等[16】人用造纸副产物一木质素磺酸钙,通过接枝共聚和曼尼希反应合成了两性木素絮凝剂Ls—DC,将该絮凝剂应用于生物活性污泥的脱水处理研究发现,LS—DC可使污泥的平均沉降速度提高到原污泥沉降速度的1.25倍,过滤比阻降低至原泥的40%左右.
2生物絮凝剂
微生物絮凝剂实际上也是天然高分子絮凝剂的一种,它是一类由微生物产生并分泌到细胞外具有絮凝