絮凝剂的发展现状和发展前景

絮凝剂的发展现状和发展前景

1.絮凝剂在水处理中的重要作用

絮凝剂的絮凝在用水与废水处理中占重要地位。首先,絮凝作用能有效脱除80 % - 95 %的悬浮物质、65 % - 95 %的胶体物质和降低水中COD ;其次,絮凝作用去除水中细菌和病毒的效果稳定,通过絮凝净化,一般能使水中90 %以上的微生物与病菌一并转入污泥,使处理水易于进一步消毒、杀菌;最后,对水体富营养化、废水脱色等问题,采用絮凝沉淀法比生物法除磷、脱色效果更好。城镇用水以及工业废水水处理中，絮凝过程是应用最普遍的关键环节之一，因此研制高效无毒的絮凝剂成为目前环境科学与工程领域的重要内容。絮凝剂是一类可以使液体中不易沉淀的悬浮颗粒凝聚和沉淀的物质。目前应用广泛的絮凝剂按其分子组成，可以分为无机絮凝剂和有机絮凝剂；根据分子量的高低又可以进一步分为高分子、低分子、阳离子型、阴离子型、和非离子型。目前而言用于水处理中的絮凝剂应该满足一下几个要求：絮凝效果良好，对人体健康无害，价廉易得，使用方便。无机盐类絮凝剂主要应用最广的是铝盐和铁盐。高分子絮凝剂分为无机和有机两类，就目前我国的使用情况来看无机聚合混凝剂的用量已经占80%以上基本上代替了传统观的絮凝剂。所以我想简单介绍一下无机絮凝剂的种类以及应用。

2.无机絮凝剂的分类

无机低分子絮凝剂主要包括：硫酸铝、硫酸亚铁和三氯化铁等。按其分子量的大小可分为低分子絮凝剂和高分子絮凝剂两大类。低分子絮凝剂价格低、货源充足、运输存储方便,目前在工业水处理中占一定比例。但因其用量大、残渣多、效果差,故无机絮凝剂的发展已经基本上完成了低分子向高分子的转变。现常用的无机高分子絮凝剂有聚合铝类絮凝剂、聚合铁类絮凝剂和活性硅酸类絮凝剂以及复合絮凝剂四大类。⑴聚合铝类絮凝剂聚合铝水解产生高价离子,形成各种类型的羟基多核络合物。它们通过羰基式桥联作用,处于亚稳定状态。而OH- 与Al3 + 的比值(一般称盐基度或碱基度) 对絮凝效果影响很大。通常盐基度越高,絮凝效果越强,但过高则本身易生成难溶的氢氧化铝沉淀,导致絮凝效果降低。研究表明,盐基度在75 % - 85 %时最佳,此时絮凝体产生快,颗粒大而重,沉淀性能好。聚合铝具有投药量少、沉降速度快、颗粒密实、除浊、除色效果明显等特点。在工业水处理中得到广泛的应用。值得注意的是铝,尤其是活性铝,毒性较大,同时聚合铝制备方法不完善,致使较多水解铝的微细颗粒存在于溶液中,这在一定程度上限制了聚合铝的使用。通过改善混凝反应条件,延长慢速混凝时间,能有效降低水中铝的含量。⑵聚合铁类絮凝剂聚合铁是另一新型无机絮凝剂,絮凝机理

与聚合铝类似。其主要类型有聚硫酸铁、聚氯化铁、聚氯化硫酸铁等等。聚氯化硫酸铁除具有铝盐类无机高分子絮凝剂特点外,还具有价格低、p H 值适用范围宽等特点。但是总体来说,聚合铁需要较低的盐基度,一般须将OH- / Fe3 + 比值控制在8 %～15 %。超出此范围,铁水解反应突变,从高价聚合态羟基络离子转化成低价聚合态胶凝产物。且聚合铁产品稳定性差,聚合几个小时至一周内即转向沉淀,絮凝效果降低,故其用量远不及聚合铝。⑶活性硅酸类絮凝剂活性硅酸也是一种重要的无机高分子絮凝剂,它来源广、价格低廉、无毒、且絮凝、助凝效果好,尤其对于低温低浊水的混凝处理这一净水处理中的难题有着显著的特性,在国内外引起足够重视。但由于易自行缩聚析出凝胶而失活只能现用现配;另外,在生产中很难精确控制其聚合度,难以达到最佳絮凝效果,限制了其应用。所以应用效果较好的多为改性产品, 诸如改性活化硅酸、聚硅酸硫酸铝(PSAA) ,PSAM 等等。究其机理,大都是在活性硅酸中加入一定量高价金属离子,使其组分带正电荷,控制其聚合度、电荷密度,保证其同时具有电中和作用和吸附架桥作用,从而克服活性硅酸自身弱点,大大提高絮凝效果。⑷复合絮凝剂近年来,复合絮凝剂的研制成为热点。复合絮凝剂按化学成分分为无机复合型、有机复合型、有机无机复合型三大类。无机复合絮凝剂成分较多,主要原料有铝盐、铁盐和硅酸盐。国外先后研制开发出聚合铝铁、铝硅、硅铝、硅铁以及聚合铝/ 铁与活性致混物质等复合絮凝剂。

3.无机高分子絮凝剂介绍

目前而言无机高分子絮凝剂是应用比较多的絮凝剂，就来主要介绍一下。无机高分子絮凝剂是一类新型的水处理药剂。目前，主要品中国有聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝（PAS）、聚合硫酸铁（PFS）和聚合氯化铁（PFC）。无机高分子絮凝剂( Ino rgan ic Po lym erF loccu lan t, IPF) 是20 世纪60 年代以来在传统的铝盐、铁盐絮凝剂基础上发展起来的一类新型水处理药剂。它比原有传统的絮凝剂可成倍地提高混凝效能, 价格又相应较低。因此无机高分子絮凝剂的研究、生产和应用已成为一门迅速发展的科学与技术。我国1983 年研制了聚合硫酸铁并用于电厂水处理。在我国絮凝剂市场上, 无机高分子絮凝剂己占一定的比例。具有代表性的两类无机高分子絮凝剂: 聚合氯化铝(PAC) 和聚合硫酸铁(PFS) , 它们的配方和制备工艺虽然多种多样, 但其结果都是应用含有杂质的原料, 用物理、化学的方法向原料中添加适当比例的成份, 从而改进自身的性能。在聚合铝(PAC) 的生产工艺中, 添加稳定剂(无机盐或有机高分子) 以提高PAC 的稳定性, 同时增加絮凝能力, 也有通过采用锻烧法、原电池法新工艺形成高质量的PAC 产品。此外由于硫酸和磷酸当量数高于盐酸,而且使用后能提高铝矿石的铝溶出率。因此, 在对PAC 改性产品的生产工艺中引入适量的硫酸和磷酸, 不仅可以减

少酸用量, 还能提高产品的聚合度和稳定性。聚合氯化铝铁(PA FC) 是在PAC 和PFS 生产的基础上研制成功的新型高效混凝剂, 产品兼具PAC 稳定性高、盐基度高和PFS 效果好、絮体大、沉降快的特点, 且pH 适用范围广。我国无机高分子絮凝剂目前有以下发展趋势:

①向高分子聚合铝、聚合铁方向发展。

②聚合铝(铁) 的主要形态向高电荷多核络合物的方向发展。

③对聚合铝铁、聚铝(铁) 硅酸盐絮凝剂的开发。

④以矿物、矿渣废料为原料开发复合絮凝剂。

4.絮凝剂发展的方向

查阅很多文献可以得出一些结论，絮凝剂是从低分子到高分子、由无机到有机及由单一型到复合型的发展。追求高效、廉价、环保是絮凝剂研制者们的目标; 开发低残留铝的无机絮凝剂是当前的一个重要发展方向; 降低生产成本是开发新型合成有机高分子絮凝剂的当务之急。复合型絮凝剂以其高效廉价的优势迅速发展。天然高分子絮凝剂则具有高效、无毒、可消除二次污染、絮凝广泛等独特的优点。另外,多功能复合型絮凝剂的开发也具有广阔的前景。下面介绍一些比较有发展潜力的絮凝剂：

（1）天然改性高分子絮凝剂

在应用上具有的无毒,价廉, 易于生物降解等特点。天然高分子改性絮凝剂包括淀粉、纤维素、含胶植物、多糖和蛋白质等类别的衍生物, 目前产量约占高分子絮凝剂总量的20 %。天然改性类与化学合成类高分子絮凝剂相比, 具有以下优点:( 1) 原料属可再生资源, 来源丰富, 制备成本低, 价格便宜。(2) 这类絮凝剂基本无毒, 且易生物降解, 不造成二次污染。(3) 天然高分子种类很多, 分子内活性基团多,可选择性大, 易根据需要采用不同的制备方法进行改性。(4) 兼具合成类高分子絮凝剂和天然高分子的特点, 弥补了天然高分子的不足, 增强了絮凝效果。但其电荷密度小、分子量低、易生物降解而失去活性, 因而, 其使用远小于合成高分子絮凝剂。

（2）微生物絮凝剂

生物絮凝剂是20 世纪80 年代后期开发出来的第三代絮凝剂。该类絮凝剂是利用生物技术, 通过微生物发酵抽提、精致而得到的一种新型、高效、价廉的水处理药剂。作为一类新型絮凝剂, 微生物絮凝剂以其广泛的絮凝活性和生物降解性及应用安全性显示了它在水处理、食品加工和发酵工业等方面的应用前景。根据已有资料表明, 微生物絮凝剂主要应用于废水脱色、畜产废水的处理、含高悬浮物的废水处理、乳浊液的处理和活性污泥的处理等方面。但目前对微生物絮凝剂的研究大部分还处在实验室研究阶段, 大规模的工业化应用还