聚合物材料在废水处理中的应用

聚合物材料在废水处理中的应用

摘要:聚合物材料已广泛用于废水处理,尤其是深度处理过程中。本文按照聚合物的使用功能,分别介绍聚合物作为絮凝剂、滤膜、离子交换树脂在废水处理中的应用现状,产品类型等。

关键词:废水处理聚合物材料高分子絮凝剂聚合物滤膜离子交换树脂

本文将按照废水处理过程中聚合物的使用功能,介绍聚合物在废水处理中的应用。

1 有机高分子絮凝剂

高分子絮凝剂因为高效、低成本的特点逐渐取代了传统小分子絮凝剂的地位。而无机高分子絮凝剂在使用过程中需受到共存盐类、pH 值及温度的影响,并且生成污泥量较大,因此有机高分子絮凝剂因为相对限制较少具有更广阔的应用前景。根据所带的基团能否电离以及电离之后产生的离子的电荷性质,有机高分子絮凝剂通常又分为阳离子型、阴离子型、两性型、以及非离子型。

1.1 阳离子型高分子絮凝剂

阳离子型高分子絮凝剂主要有阳离子型聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化铵、二甲基二烯丙基氯化铵-丙烯酰胺共聚物、天然高分子改性阳离子型絮凝剂等,应用于城市生活废水、造纸业废水、食品

加工业废水、石油化工废水、冶金工业废水、染色工业废水、制糖工业废水和各种工业废水的处理,投加量少,能显著降低水中的总含碳量,是目前有机高分子絮凝剂品种发展的主要方向。

1.2 阴离子型高分子絮凝剂

阴离子型高分子絮凝剂应用最多的是阴离子型聚丙烯酰胺、用于采油、造纸、选矿、洗煤、冶金、建材、食品加工等行业的废水处理,由于这类絮凝剂带有负电荷,对于金属氢氧化物等带正电荷的胶体粒子具有很好的吸附交联,从而絮凝沉淀的作用。

1.3 两性高分子絮凝剂

两性高分子絮凝剂除了人工合成的两性聚丙烯酰胺以及一些共聚物,还有天然高分子人工改性的两性淀粉、两性壳聚糖等。由于两性高分子絮凝剂能同时离解出阴离子和阳离子,因此能适用于酸性和碱性的水溶液中,处理带不同电荷的污染物,表现出很好的协同作用。我国动植物资源丰富,为天然改性的两性高分子絮凝剂提供了丰富的来源,同时天然改性高分子无毒、成本低、易降解等特点也使得这类絮凝剂有广阔的应用前景。

1.4 非离子型高分子絮凝剂

非离子型高分子絮凝剂有非离子型聚丙烯酰胺、改性淀粉等。这类絮凝剂通过分子链将废水中的颗粒吸附后缠在一起,絮凝机理主要

是通过架桥作用。这类絮凝剂选择性高,常与铝盐配合使用,往往需要通过实验等确定最佳的用量,否则用量太低作用不明显,用量太高不仅不能起到絮凝沉淀的作用,反而起到分散稳定污染物微粒的作用。

2 聚合物滤膜

常用的滤膜根据微孔孔径的大小分为微滤膜(MF)、超滤膜(UF)、纳滤膜(NF)和反渗透膜(RO)四种形式,按照材质通常分为无机滤膜和高分子聚合物滤膜。聚合物滤膜由于良好的加工性能,材料来源广,使用过程中没有介质脱落,不会造成二次污染,具有比无机滤膜更大的优势。

2.1 微滤膜

微滤膜一般指过滤孔径在0.1～1μm之间的过滤膜。微滤膜过滤是世界上开发应用最早的膜技术,对微滤膜而言,其分离机理主要是筛分。微滤膜用于废水处理中能截留悬浮物,细菌,以及大分子量胶体等物质。聚合物微滤膜材料主要品种有聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯等。

2.2 超滤膜

超滤膜是指额定孔径范围为0.001～0.02μm的滤膜。超滤的机理主要是筛滤作用,利用溶液的压力为推动力,使溶剂分子通过薄膜,而细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子

有机物等不能通过,被截留在进液侧。微滤可以用于分离相对分子量在500～15000之间,直径为2.0～100 nm的微粒。聚合物微滤膜品种有醋酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚偏氟乙烯等等。根据膜形状的不同,可分为平板膜、管式膜、毛细管膜、中空纤维膜等,广泛应用于电泳漆废水、造纸废水、染料废水等工业废水的处理。

2.3 纳滤膜

纳滤膜的孔径在1 nm以上,一般1～ 2 nm。纳滤的机理介于超滤和反渗透之间,曾经将纳滤膜称为超低压反渗透膜。纳滤膜允许溶剂分子、某些低分子量溶质和低价离子透过,能截留分子量大约为150～500左右的有机物和高价离子。纳滤膜主要应用在在饮用水深度处理,苦咸水淡化,医药、食品、生活和工业污水的处理。目前纳滤膜中商业化程度最高的主要有聚酰胺、聚乙烯醇、磺化聚砜、磺化聚醚砜、醋酸纤维素等。

2.4 反渗透膜

反渗透即渗透的逆过程,是在压力的推动下,借助半透膜截留大于0.1 nm的微粒、所有溶解的盐分以及分子量大于100的有机物,迫使溶液中的溶剂与溶质分开的膜分离过程。目前反渗透膜已经广泛应用与海水淡化和城市污水的深度处理。我国目前最常用的反渗透膜材料主要有醋酸纤维素膜、芳香聚酰胺膜和壳聚糖膜三类。由于反渗透过程需要压力推动,因此反渗透技术往往需要较高能耗,这给反渗透技术

的推广带来了一定的限制。

3 离子交换树脂

离子交换树脂是带有能交换离子的活性基团、具有网状结构、不溶性的高分子化合物。离子交换树脂不仅能用于水的软化、纯水和高纯水的制备,还能在处理废水的过程中吸收富集贵重金属离子,再通过再生等过程释放出来,对增加可利用资源和改善环境质量具有十分重要的意义。根据合成离子交换树脂单体的不同,可分为苯乙烯系、丙烯酸系、环氧系、酚醛系及脲醛系等,目前生产数量最多、应用最为广泛的为苯乙烯系离子交换树脂。

4 展望

聚合物材料在废水处理、尤其是深度处理的过程中具有十分重要的作用。遗憾的是国内的生产水平,产品性能等与欧美等国还有一定差距。例如:2008年北京奥运会“鸟巢”70%的用水来自场馆周围的降水回用,经过前处理的水再用纳滤技术处理,已基本接近饮用水标准,所采用的纳滤膜是由通用电气公司供应。随着我国现代工业、农业的发展,水污染日益严重,因此努力提高国产废水处理材料合成技术和加工工艺,刻不容缓。

参考文献

[1] 佟瑞利,赵娜娜,刘成蹊,等.无机、有机高分子絮凝剂絮凝机