絮凝剂在污水处理和污泥脱水中的应用

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