水处理絮凝剂的研究与发展趋势

水处理絮凝剂的研究与发展趋势讲解：张卫PPT制作：南斯维材料收集：王菊林目前,我国水环境的污染不断加剧,水体污染水源危机日趋严重。供水紧张和污水净化成为我国面临的主要难题之一。随着人们环保意识的增强和我国可持续发展战略的实施,防止污染和保护环境的工作已引起各级政府的高度重视。工业水处理和环境保护要求不断提高,水处理剂品种不断丰富,性能不断提高。废水处理的方法很多,有生化法、吸附法、化学氧化法、离子交换法、电渗析法、絮凝沉淀法等等。其中絮凝沉淀法作为一种物理、化学处理法,因工艺简单、效率高、费用较低等优点而应用最为广泛。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。絮凝剂一般作用机制压缩双电层，减少表面电荷高分子絮凝剂的桥联吸附电中和作用絮凝剂网罗卷带聚合氯化铝•性能与用途聚合氯化铝（PolyaluminiumChloride）简称PAC。通常也称作碱式氯化铝或混凝剂等，它是介于ALCL3和AL(OH)3之间的一种水溶性无机高分子聚合物，化学通式为[AL2(OH)NCL6-NLm]其中m代表聚合程度，N表示PAC产品的中性程度。颜色呈黄色或淡黄色、深褐色、深灰色树脂状固体。该产品有较强的架桥吸咐性能，在水解过程中，伴随发生凝聚，吸附和沉淀等物理化学过程。絮凝剂化学成分无机絮凝剂有机絮凝剂无机凝聚剂无机高分子絮凝剂合成有机高分子絮凝剂天然有机高分子絮凝剂微生物絮凝剂无机絮凝剂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。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、pH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。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。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。无机复合絮凝剂以品种多样和性能多元化占主导地位。作用机理主要与协同作用相关。无机高分子成分吸附杂质和悬浮微粒,使形成颗粒并逐渐增大;而有机高分子成分通过自身的桥联作用,利用吸附在有机高分子上的活性基团产生网捕作用,网捕其它杂质颗粒一同下沉。同时,无机盐的存在使污染物表面电荷中和,促进有机高分子的絮凝作用,大大提高絮凝效果。我国无机高分子絮凝剂的生产和应用已取得长足进展,最具有代表性的聚合氯化铝和聚合硫酸铁的研究,已居世界前列。有机絮凝剂有机絮凝剂主要分为合成高分子型和天然高分子型。其特点是用量少、絮凝速度快、受共存盐类、pH值及温度的影响小,生成的污泥量小,且带有多种带电基团,可为链状、环状、网状结构,利于污染物进入絮体,脱色性好。⑴合成高分子絮凝剂。合成有机高分子絮凝剂多为水溶性聚合物,具有分子量大、分子链官能团多的特点。按所带电荷不同分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性型絮凝剂(见表1),实践中使用较多的是阳离子、阴离子和非离子型聚合物。②阴离子型高分子絮凝剂阴离子型有机高分子絮凝剂研制开发较早,技术比较成熟,但因应用范围的限制,有关的新产品研究报道较少。常用的有聚丙烯酸钠、丙烯酰胺与丙烯酸钠共聚物,聚苯乙烯磺酸钠等。聚丙烯酰胺水解或者将丙烯酰胺与丙烯酸盐共聚,都能生成阴离子型聚丙烯酰胺,但容易受pH值和盐类的影响,在酸性介质中羧基解离受限,对某些矿物的吸附活性较低。若用强酸性的磺酸基代替弱酸性的羧基,则可得以改善.③非离子型高分子絮凝剂这类高分子絮凝剂是在合成中不引入带电基团的有机高分子聚合物,重要的有聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮,聚乙烯基甲基醚、聚烷基酚-环氧乙烷等。非离子型聚丙烯酰胺可通过水溶液、沉淀、反向悬浮、反向乳液、反向微乳液等聚合方法制备。④两性型高分子絮凝剂以上三种离子型高分子絮凝剂因受使用范围的限制有逐渐被水溶性两性高分子絮凝剂所代替的趋势。两性型絮凝剂高分子链节上同时含有正、负两种电性基团,适用于阴、阳离子共存的污水,絮凝和污泥脱水功效良好。pH值使用范围宽,抗盐性好,现已成为国内外研究的热点。与其它絮凝剂相比,两性高分子絮凝剂在以下几个方面表现出良好的应用前景:⑴污泥脱水。经过两性高分子絮凝剂处理的污泥,沉淀性能好,且泥饼含水量少。⑵去除金属离子。因其分子中阴、阳离子基团能与金属离子螯合,在等电点时又可释放,利用此性质可分离回收金属离子。⑶去除中、小分子有机物质。如色度物质、腐殖酸类天然有机物质以及表面活性剂等。目前国内外已有不少用于印染废水处理的报道。⑷去除可溶性分子量低的有机物质,两性新型高分子絮凝剂的阴、阳离子活性基团能与该物质产生络合(螯合)作用达到去除目的。⑵天然高分子絮凝剂天然高分子絮凝剂用量远小于合成高分子絮凝剂,原因是其电荷密度小,分子量低且易被生物降解而失去絮凝活性。天然高分子化合物含有各种活性基团,如羟基、酚羟基等,具有较活泼的化学性质。通过羟基的酯化、醚化、氧化、交联、接枝共聚等化学改性,使活性基团大大增加,聚合物呈枝状结构,分散了絮凝基团,对悬浮体系中颗粒物有更强的捕捉与促沉作用。①淀粉衍生物絮凝剂在众多改性天然高分子絮凝剂中,改性淀粉絮凝剂的研究、开发尤为引人注目。因为淀粉来源广、价格低廉,并且产物完全可被生物降解,在自然界中形成良好循环。淀粉是由许多脱水葡萄糖单元经糖甙键连接而成,每个脱水葡萄糖单元的2、3、6三个位置上各有一个醇羟基,因此淀粉分子中存在大量活性基团,其衍生物由分子中葡萄糖单元上羟基与某些化学试剂在一定条件下反应而制得。阳离子淀粉就是非常重要的淀粉衍生物之一,它是胺类化合物与淀粉分子的羟基在碱催化作用下反应生成的具有氨基的醚衍生物,使氮原子带正电荷。季铵型阳离子淀粉因具有阳离子性强,适应pH范围广等特点,成为各国学者研究的重点。②木质素衍生物絮凝剂木质素是存在于植物纤维中的一种芳香族高分子,利用木质素与低级脂肪醛聚合或氧化缩聚,可得到性能良好的絮凝剂。有文献报道木质素改性产品可用作含蛋白质废水的絮凝剂,而回收蛋白质的最好去处是用作饲料,所以不宜用有毒物质凝,Mckague报道了硫酸盐木质素Mannich反应,与二甲胺和甲醛作用,进行甲基化和氯甲基化后,生成的木质素季铵盐衍生物可用作硫酸盐浆厂漂白废水的絮凝剂,效果显著。③甲壳素衍生物絮凝剂甲壳素是仅次于纤维素的第二大天然有机高分子化合物,它是甲壳类(虾蟹)动物、昆虫的外骨骼的主要成分。对甲壳素分子进行改造,脱去乙酰基,得到性能良好的絮凝剂———壳聚糖。壳聚糖的游离氨基可接受质子或盐,在酸性水溶液中可溶解流失,使其应用受限。因此,人们对其进行不断改性以提高其性能,所得物质分子中均含有酰胺基及氨基、羟基,故具有絮凝吸附等功能。壳聚糖是一种线性聚胺,溶于酸性介质后,随着氨基的质子化,即表现出阳离子聚电解质的性质,不仅对重金属具有螯合吸附作用,还可有效吸附水中的负电性微粒。其优点是用量少、效率高、易再生。微生物絮凝剂微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到细胞外,具有絮凝活性的代谢产物,主要由具有两性多聚电解质特性的糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和DNA等生物高分子化合物,以及有絮凝活性的菌体等组成。因微生物絮凝剂无二次污染,具有使用安全、方便、絮凝效果良好以及独特的脱色效果,适用范围广、絮凝活性高、易于生物降解,属于绿色环保产品,被称为第三代絮凝剂,主要类型见表2。微生物絮凝剂被广泛用于给水或污水处理。通过其电荷性质和高分子特性在液体介质中起电荷中和、架桥、网捕、吸附等作用,使胶体脱稳、絮凝、沉淀、固液分离。黄民生等人从活性污泥中分离出能产生高絮凝活性物质的微生物,其产品的净水效果良好,并可使絮凝剂的总用量大大减少。邓述波等人利用含有糖醛酸、中性糖和氨基糖的多糖絮凝剂处理河水,比使用海藻酸钠、明胶等絮凝剂产生的絮团大、沉降快、上清液浊度低,且COD值小。尹华等人从石化厂活性污泥中筛选出J-25菌株,利用葡萄糖、味精废水母液等作为培养液,制备了微生物絮凝剂LMBF-25。该絮凝剂热稳定性良好,对石化废水有理想的处理效果,并能改善污泥的沉降性能。絮凝剂的发展趋势和研究方向近几十年来,絮凝剂的发展方向逐渐由无机向有机化、低分子向高分子化、单一型向复合型、合成型向天然微生物型转化,絮凝剂产品也逐渐多样化、专门化、环保化。但随着水处理的日益复杂和技术的日益更新,对絮凝剂的要求也越来越高。从目前国内外水处理剂的现状来看,在品种、性能、工艺方法以及成本等方面,都有待于进一步研究和发展。为此,今后的水处理研究开发工作必须从以下方面进行。增强环保意识,加强对无毒、新型天然改性高分子絮凝剂的研究随着国际环保意识的增强,对水处理剂无毒、无二次污染的呼声越来越高,人们的研究理念也逐渐由合成高分子絮凝剂向天然高分子絮凝剂转变。天然改性高分子絮凝剂来源广泛、价格低廉、无毒、无二次污染。因此,应扩大品种,研制多功能水处理剂,以满足各种废水处理的不同需求。研究与开发微生物絮凝剂微生物絮凝剂是一种新型可生物降解的水处理剂,其优良的絮凝沉降性能和绿色环保特点,为今后大规模应用打下良好基础。我们相信随着生物技术的发展,其成本将会大幅度下降,应用价值也必将逐年提高。THEEND谢谢观看！