絮凝沉降(或浮上)進行固液分離的方法是目前水處理技術中重要的分離方法之一,采用水溶液高聚物為絮凝劑來處理工業廢水、生活廢水、工業給水、循環冷卻水、民用水時,具有促進水質澄清,加快沉降污泥的過濾速度,減少泥渣數量和濾餅便于處置等優點.絮凝劑按化學成分的不同,分為無機絮凝劑、有機絮凝劑[1].
1 絮凝原理絮凝劑的絮凝原理可分為化學絮凝和物理絮凝兩種.前者假設粒子以明確的化學結構凝集,并由于彼此的化學反應造成膠質粒子的不穩定狀態.后者則是由于存在雙電層及某些物理因素,當加入與膠體粒子具有不同電性的離子溶液時,會發生凝結作用.當發生凝結作用時,膠體粒子必失去穩定作用或發生電性中和,不穩定的膠體粒子再互相碰撞而形成較大的顆粒.當加入絮凝劑時,它會離子化,并與離子表面形成價鍵.為克服離子彼此間的排斥力,絮凝劑會由于攪拌及布朗運動而使得粒子間產生碰撞,當粒子逐漸接近時,氫鍵及范德華力促使粒子結成更大的顆粒.碰撞一旦開始,粒子便經由不同的物理化學作用而開始凝集,較大顆粒粒子從水中分離而沉降[2].
2 無機絮凝劑無機絮凝劑主要是依靠中和粒子上的電荷而凝聚,故常常被稱為凝聚劑[2].
2.1 無機低分子絮凝劑無機低分子絮凝劑有氯化鋁、硫酸亞鐵、氯化鐵,用于干法或濕法直接投入水處理設施中,其優點就是較經濟,但它們在水處理過程中存在較大的問題.其聚合速度慢,形成的絮狀物小,腐蝕性強,在某些場合凈水效果不理想,而逐漸被無機高分子絮凝劑所取代.
2.2 無機高分子絮凝劑無機高分子絮凝劑是一類新的水處理劑,它與傳統的絮凝劑比較效能更優異,且比有機高分子絮凝劑價格低廉,而被廣泛用于給水、工業廢水以及城市污水的各種流程,逐漸成為主流絮凝劑.
無機高分子絮凝劑能強烈吸引膠體微粒,通過黏附、架橋和交聯作用,促進膠體凝聚,同時還發生物理化學變化,中和膠體微粒及懸浮物表面的電荷,降低了ξ電位,從而使膠體離子發生互相吸引作用,破壞了膠團的穩定性.促進膠體微粒碰撞,形成了絮狀沉淀.無機高分子絮凝劑既有吸附脫穩作用,又可發揮橋聯和卷掃絮凝作用.無機高分子絮凝劑出現的品種很多,主要如表1所示.
2.2.1 聚合鋁基絮凝劑 高分子鋁鹽絮凝劑是一種高效水處理劑,它的絮凝效果均不同程度地超過傳統鋁鹽及單一的聚合鋁鹽[4],它具有絮體形成快,顆粒密度大,沉降速度快等優點,由于它對水處理及設備腐蝕小,因而應用廣泛,被用于高濁度,低溫低濁度,有色和工業污水.但它也有缺點,其生產受原料限制,成分復雜,生產過程長,條件難以控制,很難得??聚集能力、聚合度相同的產品,價格也較貴[5].
2.2.2 聚硅酸鹽類絮凝劑 聚硅酸鹽是一類新型無機高分子絮凝劑,是在聚硅酸即活化硅酸及傳統的鋁鹽、鐵鹽等絮凝劑的基礎上發展起來的復合產物[6],通過鐵離子和鋁離子被用做偶聯金屬離子,偶聯金屬離子與硅酸的摩爾比可隨不同的使用要求加以調整.發展該類產品的初衷是金屬離子的電中和能力和聚硅酸的吸附架橋能力結合在一起,從而使復合產物具有較強的電中和吸附架橋作用,達到更好的凈水效果[5].它們的絮凝脫穩性能遠遠超過聚硅酸和聚金屬離子,同聚硅酸相比,不但提高穩定性,且增加了電中和能力,同聚金屬離子相比,可增加黏結架橋性能,且易于制備,價格適宜,引起了水處理界的極大關注,成了國內外無機高分子絮凝劑研究的一個熱點[7].
2.2.3 硼泥復合型絮凝劑 硼泥復合型絮凝劑是一種含有水溶性的鎂、鐵、鋁等無機酸鹽高分子絮凝劑,硼泥的主要成分為含鎂、鐵、鋁、硅、硼、鈣的混合物,不含有對人體有害、有毒的成分,可以作為水處理劑的原料加以利用.硼泥復合絮凝劑的混凝機理是壓縮雙電層、吸附電中和、吸附和架橋、沉淀網捕等作用,在不同的范圍內均能發生有效的混凝作用,它是利用硼泥廢渣與硫酸或鹽酸反應制取鎂、鐵、鋁與無機酸鹽復合型污水凈水劑.該凈水劑對廢水有很好的處理效果[5].
3 有機絮凝劑有機絮凝劑主要依靠架橋作用使粒子沉降,故又把有機絮凝劑叫做絮凝劑或助凝劑[2].有機聚合物,也稱為聚電解質,相對電子量由數個至1000萬以上不等,它含有帶電的官能基或中性的官能基,能溶于水中而具有電解質的行為.有機物可分為三類:合成有機高分子絮凝劑、天然有機高分子改性絮凝劑、微生物絮凝劑.
3.1 合成有機高分子絮凝劑在合成有機高分子絮凝劑中聚丙烯酰胺(ＰＡＮ)的應用是*多的.聚丙烯酰胺是一種線性的水溶性聚合物,是水溶性聚合物中應用*為廣泛的品種之一.它是由丙烯酰胺聚合而成,因此在其分子的主鏈上帶有大量的側基———酰胺基.酰胺基的化學活性很大,可以和多種化合物反應而產生許多聚丙烯酰胺的衍生物.酰胺基的獨特之處還在于它能與多種氫鍵的化合物結合.這樣,聚丙烯酰胺不僅具有一系列衍生物,而且具有多種寶貴的性能,如絮凝、增粘(稠)性、表面活性[2].
3.2 天然有機高分子改性絮凝劑天然有機高分子改性絮凝劑包括淀粉、纖維素、含膠植物、多糖類和蛋白質等類的衍生物.天然有機高分子改性絮凝劑由于原料來源廣泛、價格優廉、無毒、易于生物降解等特點,顯示了良好的應用前景.主要可分為三大類:碳水化合物類、多聚糖類、甲殼素類[3].
3.3 微生物絮凝劑微生物絮凝劑是指利用微生物技術,通過微生物的發酵,抽提,精制而得到的一類絮凝劑.它是一種無毒的生物高分子化合物,包括機能性蛋白質和機能性多糖類物質,其絮凝性主要由位于染色體上和染色體外的絮凝遺傳基因決定,絮凝基因是由多個基因控制的,絮凝基因經過修飾和校正基因的修正后,絮凝基因方可有效表達絮凝素.微生物本身可以作為一種絮凝劑,還可以從細胞壁提取的象葡聚糖、甘露聚糖、蛋白質等均可作為絮凝劑使用.能夠分泌絮凝劑的微生物稱為絮凝劑產生菌.目前研究比較透徹的有醬油曲霉、擬青霉素屬微生物、紅平紅球菌等,也在開發混合菌株產生的絮凝劑.微生物絮凝劑的作用機理現在還不太清楚.還處于探討完善階段,目前比較接受的是架橋作用、電荷中和及卷掃作用,絮凝劑大分子借助離子鍵、氫鍵和范德華力同時吸附多個懸浮顆粒,在它們之間產生吸附架橋[9],絮凝劑帶有電荷,當靠近懸浮顆粒時,會中和懸浮顆粒表面的一部分電荷,降低其表面的ξ電位,減少彼此之間的靜電斥力,從而發生碰撞而凝聚,當微生物絮凝劑投量一定時,可以在重力作用下迅速網捕,卷掃水中懸浮顆粒而產生沉淀分離[10].
4 研究發展現在微生物絮凝劑用于處理高濁度有機廢水及染料廢水的脫色,處理高濃度無機懸浮廢水及恢復活性污泥沉降能力都取得了良好的效果.生物絮凝劑易被微生物降解,克服了常規的無機絮凝劑和有機絮凝劑對人體有害和易產生二次污染等缺點,且具有高效、無毒、絮凝對象廣泛、脫色效果獨特等優點,因而具有廣泛的應用前景[3].近些年來,隨著人們對水處理認識的不斷提到,絮凝法作為一種簡便、高效、投資小的水處理方法,日益顯示出****的魅力,得到越來越多的重視.雖然無機、有機高分子絮凝劑復配使用的效果要優于單一藥液的使用效果,但無機、有機高分子絮凝劑聯用時,工藝復雜,且難以控制,鑒于目前絮凝劑的發展方向有可能是無機、有機物進行共聚而生成一種新型高聚物,使它既具有中和電荷作用,又具有長鏈大分子強烈的拖拉、網捕作用而生成為新生代的高效混凝劑[7]. |
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