无机高分子絮凝剂研究进展

无机高分子絮凝剂研究进展

孔爱平　王九思　刘　剑　姜艳玲　夏德强

(兰州交通大学化学与生物工程学院,兰州730070)

摘　要　无机高分子絮凝剂在水处理中得到广泛应用,主要包括阳离子型、阴离子型及复合型3类,其中,复合型无机高分子絮凝剂的发展尤为迅速,并逐步成为絮凝剂中主流药剂。主要对无机高分子絮凝剂的发展现状、原料来源、制备方法及应用前景进行了探讨。

关键词　无机高分子絮凝剂　复合型无机高分子絮凝剂　制备　应用

收稿日期:2007212220。

作者简介:孔爱平,兰州交通大学硕士研究生,研究方向为絮凝剂的制备及应用。

随着我国工业的迅速发展,水用量不断增加,地下水的开采已远远不能满足要求,因此地表水和污水处理利用日益重要,污水处理剂用量也日益增加。因为水中含有的腐植质、纤维质、浮尘及藻类杂质与水形成溶胶状态的胶体颗粒,具有沉降稳定性和聚合稳定性,需要添加一定的絮凝剂破坏凝胶颗粒的稳定性。

无机高分子絮凝剂以其高效、适应性强、无毒、低廉等特点在各种污水和废水处理中得到广泛应用。近年来,无机高分子絮凝剂的研究、利用发展迅速,目前广泛使用的无机高分子絮凝剂是在传统的铝盐、铁盐絮凝剂基础上发展起来,可分为阳离子型、阴离子型和复合型3大类。笔者将这3大类无机高分子絮凝剂的简要制备方法及特点综述如下。

1　阳离子型无机高分子絮凝剂1.1　铁盐系列

1.1.1　聚合硫酸铁(PFS)

聚合硫酸铁是以硫酸亚铁、硫酸铁及钢铁酸洗废液为原料,在一定条件下,经氧化、水解、聚合等步骤制得。工业上采用催化氧化法制备聚合硫

酸铁。张良俭等〔1〕以绿矾为原料,次氯酸钾(K ClO )为氧化剂,制取固体聚合硫酸铁。工艺流

程分两步:一是反应物的氧化;二是液体产物的固化。聚合硫酸铁具有絮体形成速度快、沉降性能好、使用水条件广、除C OD 和脱色能力强、腐蚀性小等优点。

1.1.2　聚合氯化铁(PFC)

在三氯化铁溶液中逐滴加入NaOH 溶液,控制碱化度,可制得较纯净的聚合氯化铁。工业上采用盐酸处理废钢渣,浸出液在H NO 3作催化剂

的条件下,通氧气氧化,可制得聚合氯化铁。实

验结果表明〔2〕

,PFC 具有用量少、使用方便、沉降快、效能优异等特点,其腐蚀性较小,不同碱化度对腐蚀特性的影响不同,与氯化铁相比,PFC 可有效降低铁盐的腐蚀能力;可有效抑制铁离子的氧化溶解作用,降低腐蚀性;随着碱化度的升高PFC 的腐蚀性降低。

1.1.3　聚合磷酸硫酸铁(PFPS)

聚合磷酸硫酸铁(PFPS )是在聚合硫酸铁(PFS )基础上合成的新型无机高分子净水剂。刘

峙嵘等〔3〕

报道了以生产钛白粉的副产品七水硫酸亚铁为原料生产PFPS 。聚合磷酸硫酸铁对C OD 、

S 2-、色度和浊度均有较高的去除率。1.1.4　聚硅酸铁(PSF )

在聚硅酸溶液中加入一定量的硫酸铁,经陈

化2h 后可制得聚硅酸铁。付英等〔4〕

以水玻璃、硫酸亚铁及氯酸钠为原料,用共聚法制备聚硅酸铁混凝剂(PSF )。实验表明,在较宽的pH 范围内,PSF 的混凝效果明显优于PFS 。PSF 在纯水中的

水解可以代表在地表水中的水解过程,在不同pH 范围内具有不同的水解形态分布,导致混凝机理差异很大。

1.1.5　聚硅硫酸铁(PSPFS)

聚硅硫酸铁是一种新型的无机高分子混凝剂,是硅酸与铁盐的复合共聚产物,具有良好的电性中和作用及吸附架桥作用,是混凝剂的开发热点〔5〕。聂丽君等〔6〕在研究聚合硫酸铁(PFS )工艺基础上,向硅酸溶胶中加入铁、铝金属离子,设计出一步法合成无机高分子混凝剂———聚硅硫酸铁

(PSPFS)和聚硅硫酸铝铁(PS AFS)的方法。

1.1.6　聚磷氯化铁(PPFC)

在干法制备聚合氯化铁(PFC)的过程中,引入适量的磷酸盐,得到新型混凝剂聚磷氯化铁(PPFC)。用PPFC对造纸脱墨水、打浆水和印染废水进行处理,C OD Cr去除率明显高于PFC〔7〕。1.2　铝盐系列

1.2.1　聚合氯化铝(PAC)

目前广泛使用铝酸钙、盐酸酸溶一步法和铝矾土与铝酸钙结合酸溶两步法合成聚合氯化铝。何锡辉等〔8〕利用电解法制备聚合氯化铝,克服了化学法制备过程中产生Al(OH)4-相斥不易聚合成Al b形态的缺点。PAC与硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁等净水剂相比,具有用量少、效率高、絮体大、沉降快、净水性能好等优点,其缺点是PAC的生产受到原料的限制,成分复杂,生产过程长,条件难以控制,很难得到聚合度相同的产品,价格也较贵。

1.2.2　聚合硫酸铝(PAS)

制备聚合硫酸铝传统的生产方法主要是酸法,即以铝土矿或高岭土为原料,用过量硫酸分解,滤液经熟化、水解、聚合而得液体聚合硫酸铝。

pH过低,造成聚合硫酸铝中羟基数目较小,盐基度不高,直接影响了混凝效果。张开仕等〔9〕用纯碱副产品石灰和铝质易拉罐废料为原料制备了聚合硫酸铝,并对其工艺过程和应用进行了研究,结果表明,用其处理高浊度工业废水效果好,矾花形成快,颗粒大,沉淀性能好。

1.2.3　聚合硫酸氯化铝(PACS)

PACS为含有硫酸根配位基的聚合氯化铝,在PAC结构中引入S O42-后,其絮凝效果优于PAC和PAS,而且稳定性比PAS高。PACS架桥能力的增大可能是S O42-的增聚作用所致,即S O42-通过氢键把PAC分子连接起来增大了PACS 的相对分子质量〔10〕。其制备方法是在硫酸铝和氯化铝混合溶液中,加入Na2C O3碱化,控制适当的碱化度即可制得适用的PACS。

1.2.4　聚硅酸铝(PSA)

聚硅酸铝(PS A)是一种新型无机高分子絮凝剂,是在聚硅酸及传统的铝盐、铁盐等絮凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与金属盐的复合产物。它综合了聚硅酸粘结聚集、吸附架桥效能和铝盐絮凝剂絮体大、脱色性能好,以及铁盐絮凝剂絮体密实、沉降速度快等特点,同时该絮凝剂还具有电中和及吸附架桥作用,因此絮凝效果好。目前常用的制备方法是向聚硅酸中加入铝盐合成聚硅酸铝〔11〕。

2　阴离子型无机高分子絮凝剂

通常条件下,聚硅酸(PSi)带负电荷,属于阴离子无机高分子物质,而水中的胶体粒子表面一般带负电荷,所以聚硅酸对水中胶粒不具有电中和作用,而是通过吸附架桥使胶粒发生絮凝。其制备方法是将水玻璃稀释至一定的浓度后加酸活化,通过控制pH使之生成具有一定聚合度的聚硅酸。聚硅酸一般与其他絮凝剂复配使用,或作助凝剂。聚硅酸稳定性差,它的聚合反应十分强烈,不能长期储存而必须在现场制备,这是该絮凝剂的主要缺点〔12〕。但它具有原料易得、价廉,对人体健康安全无害的优点。

3　复合型无机高分子絮凝剂

3.1　聚合氯化铝铁(PAFC)

PAFC的制备原料主要有硫铁矿烧渣、煤矸石、高铁铝土矿、铝酸钙粉等。胡俊虎等〔13〕用高岭石为原料,将其在高温下活化,进行酸浸反应,加氧化钙助剂合成了棕黄色的固体PAFC,对黄河水进行絮凝试验,去除率达到99%以上。还可以采用廉价的氯化铝和氯化铁为原料,通过调整碱化度合成PAFC。聚合氯化铝铁具有絮体大、密实、沉降速度快等特点,其除浊效果和絮体的沉降性能优于聚合氯化铝,其贮存稳定性优于聚合硫酸铁;对制革、印染、造纸、高浊度废水等具有良好的去除效果。由于聚合氯化铝铁制造工艺简单,原料来源广,生产成本低等优点,使其得到广泛和更有效的应用,在我国具有广阔的市场。

3.2　聚合硫酸铝铁(PAFS)

秦美洁等〔14〕以硫酸亚铁、硫酸、铝盐为原料,在H2S O4介质中以MnO2为催化剂,经空气氧化、水解、聚合,即得聚合度为35%以上聚合硫酸铝铁(PAFS),并借助红外光谱测定和化学分析对其结构进行了鉴定。刘峙嵘等〔15〕探索出制备聚合硫酸铝铁的最佳工艺条件,在酸性条件下,七水硫酸亚铁被双氧水氧化,形成的硫酸铁与添加的浓硫酸、硫酸铝水解络合生成聚合硫酸铝铁。实验结果表明,聚合硫酸铝铁是一种全新高效的絮凝