水处理混凝剂

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水处理混凝剂

随着经济的发展和人民生活水平的提高,人们对用水水质的要求显著提高。在水处理过程中,通过向水中投加混凝剂或絮凝剂以破坏溶胶的稳定性,使水中的胶体和悬浮物颗粒絮凝成较大的絮凝体而从水中分离出来,以达到水质净化的目的,这种方法称之为混凝沉淀法。

几千年前人类就会利用向水中投加一种或几种物质使水净化的方法。早在公元前2000年印度人就采用某些植物的汁液来澄清水;公元前16世纪,古埃及人采用甜扁桃汁作混凝剂,中国云南的民间也有用仙人掌汁净水的历史。明矾是较早而又广泛地应用于净水的无机混凝剂,公元1597年明代王士性所著的《广志绎》中已有用明矾净水的记载;欧洲人在1827年第一次用硫酸铝作净水试验;我国上海杨树浦水厂早在1883年就已采用硫酸铝进行混凝处理城市用水;1884年美国人海亚特取得了用硫酸铝进行混凝处理水的专利权。20世纪60、70年代以色列在城市污水处理中就进行过使用石灰和氯化铁作混凝剂进行污水强化混凝处理的研究,分析后发现其大大减轻了后续处理的负荷,BOD、COD以及SS 的去除率都得到显著提髙;埃及曾使用硫酸铝、氯化铁和石灰等作混凝剂;我国台湾省:也用过硫酸铝、聚合氯化铝作为城市污水排海前的十级强化处理的混凝剂等,都取得了较理想的效果。

20世纪以来,随着工业用水和废水处理规模的迅猛发展,对混凝的质量和品种需求也越来越大,人们也不断地研究和开发新的能够满足卫业技术和文明进步要求的混凝剂;同时混凝技术应用的技术要求也越来越高,混凝技术日益革新。

1.1混凝剂的定义与分类

在混凝处理中,主要通过压缩双电层机理起作用的低分子电解质添加剂常称为凝聚剂;主要通过吸附桥联机理起作用的高分子药剂则称为絮凝剂。同时兼有以上功能的统称为混凝剂。但在大多情况下,絮凝剂也称为混凝剂。当用混凝剂不能取得良好效果时,可投加某类辅助药剂来提高混凝效果,这种辅助药剂称为助凝剂。

混凝剂种类很多,据目前所知,不少于200〜300种。按照所加药剂在混凝过程中所起的作用,混凝剂可分为凝聚剂和絮凝剂两类,分别起胶粒脱稳和结成絮体的作用。硫酸铝、三氯化铁等传统混凝剂,实际上属于凝聚剂,采用这类凝聚剂时,在混凝的絮凝阶段往往自动出现尺寸足够大、容易沉淀的絮体,因而不需另加絮凝剂。有些混凝剂,特别是合成聚合物,它们往往不只起絮凝剂的作用,而是起凝聚剂和絮凝剂的双重作用。

根据混凝剂的化学成分与性质,混凝剂还可分为无机混凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂三大类。微生物絮凝剂是现代生物学与水处理技术相结合的产物,是当前混凝剂研究发展的一个重要方向。

混凝剂的分类如表1-1所列。

1.1.1无机混凝剂

无机混凝剂主要是利用其中的强水解基团水解形成的微絮体使脱粒脱稳,从”世纪末美国最先将硫酸铝用于给水处理并取得专利后,无机混凝剂以其无毒(或低毒)、价格低廉、原料易得等优点得以大量运用。

点。无机高分子絮凝剂(IPF)是20世纪60年代以来发展起来的又一类新型水处理药剂。它比传统絮凝剂性能更优异,又比有机高分子絮凝剂(ODF)价格低廉,尤其在当前水源污染日趋加剧的情况下,发挥了重要作用,因而被称为第二代无机絮凝剂。目前IPF的生产和应用在全世界都得到了迅速发展,已成为主流絮凝剂。在我国絮凝剂市场上,传统絮凝剂的用量仅占20%,而无机高分子絮凝剂(主要聚合氯化铝PAC和聚合硫酸铁PFS的用量占80%以上,其中PAC占65%-70%,PFS占7%-8%,在实验室制备了聚合硫酸铝铁(PAFS)和聚合硫酸铁(PFS),并与传统的无机混凝剂硫酸铁(FS)进行了对比,结果表明:无机高分子聚合物对藻类、有机物及浊度的去除率远远优于传统混凝剂。提出了用湿式氧化法制备高铁酸盐,结果表明:该法不仅提髙了药剂的产量,而且还加强了它的稳定性。

近年来,为适合各类水质净化处理需求,复合型无机高分子混凝剂(IPC)的研制已逐步成为热点。其开发的复合品种很多,如阴离子复合型〔向PAC中引入SO42- ,PFS中引入氯根等〕、阳离子复合型〈向PAC中引入Fe3+等〉、多种离子复合型(铁、硫酸根、氯根的复合)无机/有机复合型(PAC与聚丙烯酰胺复合)等,此外近年来,研制和应用聚合铝、铁、硅及各种复合型混凝剂成为热点。复合型无机高分子混凝剂与传统的无机混凝拥相比有许多特点:处理效果比传统无机混凝剂更优,而价格较有机高分子混凝剂更便宜,并有成功的应用实例,有成为主流混凝剂的趋势。目前日本、俄罗斯、西欧生产已达到工业化和规模化,流程控制自动化,产品质量稳定,聚合类混凝剂的生产已经占混凝剂总产量的30%〜60%,我国无机高分子混凝剂的开发成绩也很显著,陆续研发出了多种原料和工艺制造方法,结合我国的条件,建立起独具特色的工艺路线和生产体系,满足了我国用水和废水处理的发展需要。

1.1.2有机絮凝剂

有机絮凝剂分为天然高分子改性絮凝剂与合成高分子絮凝剂。天然高分子改性混凝剂是人类使用较早的絮凝剂,不过其用量远少于合成高分子絮凝剂,其原因在于天然高分子改性絮凝剂电荷密度较小,相对分子质量较低,且易发生生物降解而失去絮凝活性,合成有机离分子絮凝剂都是水溶性聚合物,重复单元中常包含带电基团,因而也被称为聚电解质.包含带正电基团的为阳离子型聚电解质,包含带负电基团的为阴离子型聚电解质,既包含带正电基团又包含带负电基团的为两性型聚电解质,有些人工合成有机高分子絮凝剂在艄备中并汝有人为地引进带电基团,称为非离子型聚电解质。水及废水处理中,使用较多的是闻离子型、阴离子型和非禽子型聚电解质,表1-2是水和废水处理中常用的聚电解质。

在合成的有机高分子絮凝剂中,聚丙烯酰胺(PAM)的应用最多,在美国、

日本其市场占有率达80%以上。我国从20世纪60年代开始,先后开发出了水解聚丙烯酰胺,亚甲基聚丙酰胺、磺化聚丙烯酰胺、水溶液状阳离子聚丙烯酰胺、粉末状阳离子聚丙烯酰胺及淀粉改性的阳离子聚丙烯酰胺等改性聚丙烯酰胺或丙烯酰胺共聚物。

已将其广泛用于采油、工业给水和废水处理、制糖、洗煤、选矿、造纸等工业部门,取得了很好的效果。虽然合成有机高分子混凝剂在许多方面比无机混凝剂优越,但它仍有不可避免的缺陷,主要体现在以下几个方面:a、对胶体表现出很大程度的选择性;b、絮凝后的上清液清澈程度较差,本身不易被生物降解而影响后处理:c、储存期短;d、单体含量偏高或相对分子质量不够理想;e、是否会对人体健康产生长期的影响(包括长期毒性、致癌性、致突变性等),尚未有定论.

名称离子型说明

聚丙烯酰胺(PAM)非离子型主要非离子絮凝剂品种

聚氧化乙烯非离子型对某些情况很有效

聚乙烯吡咯銅非离子型专用絮凝剂

部分水解聚丙烯酰胺

(HPAM)

阴离子型主要阴离子絮凝剂品种,均聚物

聚乙烯磺酸盐(PSS)阴离子型从为金属离子,负电性强,电荷对值不敏感,均聚物

聚乙烯胺阴离子型均聚物,电荷与PH值有关聚羟基丙基-甲基氯化铵阳离子型均聚物,电荷与PH值有关

聚二甲基二烯丙基氯化铵阳离子型均聚物,正电性强,电荷对PH不敏感,主要阳离子絮凝剂品种

聚羟基丙基二甲基氯化铵阳离子型均聚物,正电性强,电荷对PH值不敏感

聚二甲基铵甲基丙烯酰胺阳离子型主要阳离子絮凝剂品种,电荷与PH值有关

聚二甲基丙基甲基丙烯酰

阳离子型水解为阳离子丙烯酰胺衍生物近年来,有机髙分子混凝剂--甲基二烯丙基氯化铵的聚合物(HCA)一直是研究的热点问题。由于只HCA具有正电荷密度髙、水溶性好、分子质量易控制、高效无毒、价格低廉等优点,被用于饮用水的处理中。

1.1.3微生物絮凝剂

除无机髙分子混凝剂和有机髙分子絮凝剂两种主流混凝剂外,微生物絮凝剂近年来受到研究者极大关注。它是利用生物技术,从微生物体或其分泌物中提取、纯化而获得的一种安全、髙效,且能自然降解的新型水处理絮凝剂。可以克服无机高分子和合成有机髙分子絮凝剂本身固有的安全与环境污染方面的缺陷,易于生物降解,无二次污染。目前,已应用于纸浆废水、染料废水处理及污泥脱水、发酵菌体去|除等领域,取得了良好的絮凝效果。― 生物絮凝剂虽都由微生物产生,但由于不同的菌产生的方式不同,有不同的分类。根据生物混凝剂在生物培养液中的分布可将生物絮凝剂分为以下3类。

①直接利用微生物细菌的絮凝剂。活性污泥中的细菌、霉菌、酵母菌、放线菌大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中。

②利用微生物细胞液提取生物絮凝剂。如酵母细胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质和N-乙酰葡萄糖胺等成分均可用作絮凝剂。混凝酵母的絮凝机理在于细胞外

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