无机-有机复合絮凝剂的研究进展

无机-有机复合絮凝剂的研究进展
摘要
本文就目前处于研究热点的无机-有机复合絮凝剂的作用机理、种类和展望进行了简要介绍。

概述了近年来国内研究人员对这类絮凝剂的研究成果和开发进展。

关键词: 无机-有机复合絮凝剂机理水处理
1 前言
絮凝作为废水处理的一种重要方法，在水处理工艺中有着广泛的应用。

面对当今废水排放量飞速增长的现实，对絮凝剂的开发和应用研究具有非常重要的现实意义。

絮凝剂一般分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和生物絮凝剂。

但传统的无机高分子絮凝剂用量大，受环境影响大，且由此引发的二次污染也制约其发展。

合成有机高分子絮凝剂虽具有用量小，絮凝能力强，产生浮渣少，效率高等优点，但难降解，废渣含水率高，处理水中残余离子浓度较大，影响水质；价格相对较贵等缺点；有些还具有一定毒副作用。

鉴于两类絮凝剂各自的优缺点以及两者在性能和成本上的互补性。

对无机-有机复合絮凝剂的研究逐渐成为热点。

复合絮凝剂能克服使用单一絮凝剂的许多不足, 在降低处理成本的同时提高絮凝性能。

本文对无机-有机复合絮凝剂的机理、分类和展望做了简要的概述。

2 机理
液体中原来分散均匀的固体颗粒结合成较大的颗粒，从液体中沉淀下来。

这种现象称为凝聚。

在凝结的程度上可分为凝结和絮凝，这种聚集程度不大，甚至通过简单的搅拌可以使固体颗粒重新分散的这种可逆性聚集被称为絮凝。

有机高分子的絮凝作用机理主要分为两种：一种为电中和作用，另一种为高分子吸附架桥作用。

理论上为了使已经分散的固体颗粒迅速凝聚，可以加入一些电解质，使固体颗粒颗粒表面形成的双电层有效厚度减小，从而使范德华力占优势而达到彼此吸引，最后达到凝聚。

也可加入带有不同电荷的固体颗粒，使不同电荷的粒子由于静电吸引而彼此吸引，最后达到凝聚。

当聚合物带有与粒子相反的电荷时，可以产生强烈的定量的吸附作用。

此时为电中和作用。

当然有的时候絮凝是架桥和电中和共同作用，一般同电荷以吸附架桥为主，异电荷以电中和为主。

高分子絮凝剂的碳碳单键在一般条件下是可以自由旋转的，所以在水介质中，主链并不是直线的，而是弯曲的或卷曲的。

有机高分子物质浓度较低时，吸附在颗粒表面上的高分子长链同时吸附在另一个颗粒的表面上，通过“架桥”方式将两个或更多的微粒联在一起，从
而导致絮凝。

架桥的必要条件是微粒上存在空白表面，倘若溶液中的高分子物质浓度很大，则絮凝效果不好。

因此最佳絮凝所需要的浓度都很低，往往小于1 mg/L A。

在复合絮凝剂的开发中, 一个很重要的问题就是研究复合絮凝剂中各组分之间的相互
作用, 有机部分对无机部分形态分布的影响, 无机部分对有机部分电荷的改善机理, 以及絮凝过程机理。

这对于研制开发高效的无机-有机复合絮凝剂具有非常重要的意义。

3 分类
3. 1 无机-合成有机复合絮凝剂
由于目前对无机絮凝剂和合成有机絮凝剂的生产、性能和使用研究得最为成熟, 而且两类絮凝剂在絮凝效果上都有良好的表现, 因此无机与合成有机絮凝剂复合是无机-有机复合絮凝剂中研究得最多的一类。

3．1．1 铝盐合成有机复合絮凝剂
铝盐中无机高分子聚合氯化铝( PAC) 是目前市场销量最大的无机高分子絮凝剂。

它具有许多明显的优点。

将其与合成有机絮凝剂进行复合可以改善絮凝剂稳定性，增大絮体密度。

铝与聚丙烯酰胺复合而成的絮凝剂在国内应用较多,是目前唯一的一种大量使用的无机有机复合混凝剂。

PAM具有非离子型的胺基，是一种水溶性高分子化合物，在水中具有广泛的分布。

但PAM中和悬浮胶体所带负电荷的能力不强。

PAC是一种无机高分子化合物，在水中发生水解聚合作用，生成具有高电荷的聚合羟基，具有多种形态，这些多核羟基络合物具有较强的中和悬浮颗粒所带负电荷的能力，促进其凝聚。

两者结合，具有增效作用。

张秀丽等[ 1] 研究了用PAC。

和聚丙烯酰胺( PAM) 复合絮凝剂处理造纸废水。

实验结果表明:pH 值在3-4之间时, 能够沉降废液中大部分悬浮物质, 使废液CODcr 明显降低。

高立新等[ 2] 以聚硅酸( PSA) 、硫酸铝( AS) 、非离子型聚丙烯酰胺( N-PAM) 为原料制备了复合絮凝剂PSCM。

该絮凝剂具有适用pH 范围宽, 絮体形成速度快且密实粗大,出水余浊低等优点。

杨菊萍[ 4] 用丙烯酰胺-二甲基二烯丙基氯化铵共聚物( PDA)与PAC复合成了交联型阳离子絮凝剂,具有良好的絮凝效果。

同时还发现, PDA 中-CONH2和PAC 中Al 的交联点越多，分子链越不容易降解，产品就越稳定。

另外，壳聚糖是一种天然的阳离子型高分子絮凝剂。

铝与壳聚糖等天然高分子絮凝剂的复合也得到了广泛的研究。

邵颖等B实验室制备壳聚糖复合絮凝剂,用于炼铜废水的处理,不但除浊效果良好,更对重金属的去除率高达97%以上。

铝盐-合成有机复合絮凝剂的确比单一的絮凝剂絮凝效果好。

它改善了铝盐低温除浊能
力差、易受盐类影响、絮体较轻而不易沉淀等缺点。

同时降低了有机絮凝剂使用的费用，提高了电荷密度，对CODcr、油类、浊度等都有良好的去除效果。

3. 1. 2 铁盐-合成有机复合絮凝剂
有机无机复合型净水剂的研究起始于二十世纪80年代，即带有PAM 的聚合氯化铝，这种复合混凝剂具有它们的双重优点，又避免了二者的不足，使净水效果得到高度发挥。

它没有毒性、絮体紧密稳定、沉淀速度快、絮体压缩和脱水性能好等。

一部分研究人员对此展开了广泛的研究。

陈立丰，李明俊等C为了给有机高分子絮凝剂和聚铁絮凝剂的选择及管式絮凝器的研制提供理论依据，研究了有机高分子絮凝剂PAM、CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）及它们的PAM+CTAB和聚铁絮凝剂及其和PAM复配使用处理高浊度原水的最佳实验条件、絮凝性能、效果和机理，认为这些絮凝剂处理高浓度原水效果都很好。

复合絮凝剂体系虽然对水力条件要求较高，但投药量少沉降时间短，絮凝效果更好，污泥湿基重量轻是较理想的絮凝剂。

陈仲清等[ 6] 利用钛白粉厂的副产品硫酸亚铁在回流温度为80-90 、产品pH 值为2-3、PAM 与铁的质量比为0。

005 的条件下, 与PAM 聚合成了PFAM 复合絮凝剂。

用于造纸废水处理, 其CODcr 去除率达到96% , 上清液透光率达到95% , 对色度去除效果好,出水质量达到行业排放标准。

与铝系絮凝剂相似，铁系絮凝剂也可与二甲基二烯丙基氯化铵均聚物复合。

该种复合絮凝剂不但处理高浊水效果良好，而且对低浊水有特效，这可能与铁系絮凝剂适合处理低浊水的性能有关。

另外也有关于铁与淀粉衍生物等天然改性高分子絮凝剂的复合的报道，其处理浊水效果更佳D，引起了国内外学着的广泛关注。

3．1．3 铝铁复合盐-合成有机复合絮凝剂
针对铝盐沉淀效果不理想、过量铝残存于水中对人体有害, 铁盐容易产生泛黄和变黑的不足等缺点, 铝铁复合高分子絮凝剂应运而生。

它兼具铝盐净水效果优良, 铁盐沉降速度快、水处理成本低之优点, 将铝铁复合盐与合成有机絮凝剂复合, 能显著改善无机絮凝剂的稳定性, 还能增强絮凝剂的吸附架桥能力, 保证絮凝效果。

刘明华等[ 7] 以铁盐和铝盐及有机胺等为原料,研制出一种两性复合絮凝剂F-1。

该絮凝剂在用量为300mg/ L 时, 对制药废水CODcr、SS、色度的去除率分别达到了69. 7%、96. 4%、87. 5% 。

性能明显优于PAM、PAC 等絮凝剂。

汤心虎等[ 8] 用无机高分子絮凝剂AF-GO 与阴离子PAM 复合后处理活性艳红K-2BP 废水, 当投加量为750mg/ L 时, 脱色率达99%,
上清液基本无色。

此外, 许小丰等[ 9]以聚合氯化铝铁( PAFC) 和PAM 为原料进行复合,通过
加入合适的助剂, 使絮凝剂达到1 年不分层, 对提高复合絮凝剂的稳定性研究很有价值。

总之, 无机-合成有机絮凝剂改善了单一絮凝剂的不足, 强化了电中和、吸附架桥等絮凝性能, 提高了絮凝效率。

通过无机部分和有机部分的改性, 进一步提高复合絮凝剂的稳定性, 减小其毒性, 提高生物可降解性能将是以后无机-合成有机复合絮凝剂的重要研究方向之一。

3. 2 无机-天然有机复合絮凝剂
天然有机絮凝剂具有基本无毒,易生化降解,不造成二次污染的特点。

天然有机絮凝剂与无机絮凝剂复合以后,能大大改善它电荷密度不足的缺点,提高其电中和特性。

王莉等E制备了PAG - CTS复合絮凝剂,将它用于城市废水处理,对废水的色度、浊度和CODcr的去除率分别达到了94%、9%和68%。

天然有机高分子结构多样,分子内活性基团多,对其进行改性后与无机高分子复合,也是制备高效絮凝剂的重要方法之。

赵树发等人F将聚硅酸硫酸铝( PSAS)与淀粉改性絮凝剂( FSM) ,复配使用处理含油废水。

实验结果表明:淀粉与丙烯酰胺单体最佳配比为1: 2, PSAS,淀粉改性高分子絮凝剂先后投加处理含油废水时絮凝效果最好,含油量去除率达94% ,达到回注水要求。

目前,天然絮凝剂的实验室研究表明,其絮凝效果好,无毒无污染,是一很有前景的环保型絮凝剂,但由于其电荷密度还是偏小,相对分子质量低,且易发生生物降解而失去絮凝活性。

其距离工业化应用还有一段较长的距离。

今后要从天然有机高分子阳离子化,同时简化改性工艺,提高合成率,降低成本入手使之早日实现工业化应用。

4 展望
近年来,对无机复合高分子絮凝剂的研究发展迅速,合成了一批新型、高效的复合絮凝剂。

一方面由单一与金属盐复合向着多方面交叉领域的发展,综合利用各种絮凝剂的独特优势。

另一方面向综合利用型方向发展,由单纯的组织生产向生产与废物综合利用的有机结合方向发展。

目前对无机一有机高分子复合絮凝剂的研究，大多处于实验室阶段，当前的工作重点是筛选有效组分的配比、优化生产路线和工艺参数。

因此应大力发展高生态安全，低健康风险的无机-天然有机复合絮凝剂，深入研究无机絮凝剂与天然高分子复合的可行性、复合影响因素及复合机理，同时还要考虑降低成本，尽可能减少二次污染。

近年来絮凝剂的研制开发主要包括两个方向：一是絮凝剂本身的开发，方向是复合型及无毒害生物型;二是通过基础理论及共絮凝作用机理研究，开发制备高效低毒的新型絮凝剂。

从国内外的情况看部分开发的复合高分子絮凝剂已商品化，并不断完善；天然高分子絮凝剂
的研究开发为天然资源的利用或生产无毒絮凝剂开辟了新途径。

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