|
當(dāng)前絮凝劑的發(fā)展趨勢和應(yīng)用研究
當(dāng)前絮凝劑的發(fā)展趨勢和應(yīng)用研究 我國城市污水處理廠常用活性污泥法工藝,其中絮凝劑在廢水處理中具有很重要的作用,它可以用來 降低原水的濁度、色度等感觀指標(biāo),去除多種高分子有機(jī)物,某些重金屬和放射性物質(zhì),它可以自成獨(dú)立的 處理系統(tǒng),又可以與其它處理單元過程進(jìn)行組合,作為預(yù)處理、中間處理和最終處理過程,而且還常用于污 泥脫水前的濃縮過程,以改善污泥的脫水性能.經(jīng)過絮凝劑無害處理后的水可以回用.當(dāng)前國內(nèi)每年工業(yè)用 水、城市給水、污水處理需求絮凝劑百萬噸,因此研究絮凝劑具有很重要的意義.
1 單一絮凝劑
1.1 無機(jī)絮凝劑
無機(jī)鹽類絮凝劑主要分為鋁鹽和鐵鹽,它們存在很大的缺點(diǎn):殘留在水中的鋁離子會導(dǎo)致二次污染;鐵 離子本身有顏色,并對設(shè)備有腐蝕作用,提高成本;投加量大,產(chǎn)泥量高,運(yùn)行費(fèi)用高.為克服二次污染及腐 蝕設(shè)備問題,從20世紀(jì)6o年代開始無機(jī)鹽聚合物的研究.使用無機(jī)鹽聚合物類絮凝劑效果好,殘留在水中 的鋁、鐵離子少,而且易生產(chǎn)、價廉、使用范圍廣,在我國實(shí)際用量占絮凝劑總量的80%以上.
1.2 高分子絮凝劑
1.2.1 有機(jī)合成高分子絮凝劑
合成高分子絮凝劑投加量少,一般在2%以下,效果好,形成的絮體大,而且 強(qiáng)度大,不易破碎,不增加泥量,降低熱值,無腐蝕性.它分非離子型、陽離子型、陰離子型和兩性四種.常用 有機(jī)絮凝劑有:聚丙烯酰胺(PAM)、聚丙烯酸鈉、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸鹽等,其中聚丙烯酰胺的應(yīng) 用最多,占合成高分子絮凝劑的8o%左右.然而這一類絮凝劑由于存在著一定量的殘余單體丙烯酰胺,不可 避免的帶來毒性,所以限制了它的應(yīng)用.高分子量(106以上)聚丙烯酸鈉屬陰離子型絮凝劑,有強(qiáng)烈的絮凝 作用而且無毒;對懸浮于水中的細(xì)微粒產(chǎn)生非離子性吸附,使粒子之間產(chǎn)生交聯(lián);對具有金屬氫氧化物這類 正電荷的膠體粒子更顯示出其優(yōu)良性能.陸興章等研制出二甲基二丙烯丙基氯化銨均聚物和一系列不同 相對分子質(zhì)量、不同陽離子的共聚物,對硅藻土或高嶺土均有優(yōu)良的絮凝效果.高華星等把以聚二甲基二 烯丙基氯化銨為主體鍵節(jié)的陽離子高分子絮凝劑用于印刷油墨廢水處理,試驗(yàn)結(jié)果表明處理后廢水油污去 除率高,沉渣少,廢水的回用效果好
1.2.2 天然高分子絮凝劑
天然高分子絮凝劑易生物降解,本身或中間降解產(chǎn)物對人體無毒,具有選擇性大、 價廉、產(chǎn)泥量少等優(yōu)點(diǎn).淀粉衍生物作為工業(yè)絮凝劑的研究始于6o年代.乙烯基單體與淀粉的接枝共聚反應(yīng) 是淀粉改性制備可生物降解的高分子材料的重要途徑之一,其關(guān)鍵問題在于引發(fā)劑的篩選.曹炳明 將木薯 粉、催化劑、烯類單體反應(yīng),再加醛類和醇類反應(yīng)制得一種網(wǎng)狀的高分子物質(zhì),其分子鏈中所帶的官能團(tuán)多, 吸附活性點(diǎn)多,可用于污水處理廠二級污水處理;若在生化系統(tǒng)中投加該類絮凝劑,可為城市污水處理后的 回用提供符合要求的水質(zhì).另外淀粉磷酸酯和淀粉黃原酸脂也是良好的絮凝劑. 殼聚糖、甲殼素類絮凝劑作為水處理劑在工業(yè)上已大量應(yīng)用,美國主要用于給水及飲用水處理;日本主 要用于水處理及污水處理,其中用于水處理的殼聚糖每年達(dá)500噸之多;目前清華大學(xué) 著手殼聚糖作絮凝 劑的中試生產(chǎn)研究,獲得了一套適合我國國情的工業(yè)化生產(chǎn)的最佳工藝路線,其主要性能指標(biāo)均達(dá)到了或 超過國內(nèi)外同類產(chǎn)品的水平.殼聚糖除了對水中的固體懸浮物(ss)有較好的絮凝作用外,還對水中的COD、 色度和重金屬離子等有較好的去除效果.由于該類聚合物具有無毒無味、抗菌、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)使其被大 量應(yīng)用于食品工業(yè)廢水處理中,殼聚糖可使各種食品加工廢水的固形物減少70% ~98%.杜予民等總結(jié) 了殼聚糖及其衍生物作為吸附劑、絮凝劑在印染廢水中的應(yīng)用,闡明小粒徑、高脫乙酰度及珠狀殼聚糖及其 衍生物在低溫、低pH值下對染料的吸附效果較好;脫乙酰度大的水溶性殼聚糖及其衍生物對染料的絮凝效 果較好,其絮凝機(jī)理主要是電荷中和以及分子架橋作用.
1.3 微生物絮凝劑
微生物絮凝劑是一類由微生物或其分泌物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物,它是利用微生物技術(shù),通過細(xì)菌、真菌等微 生物發(fā)酵、提取、精制而得的,是具有生物分解性和安全性的高效、無毒、無二次污染的水處理劑.它主要由 微生物代謝產(chǎn)生的各種多聚糖類、蛋白質(zhì),或是蛋白質(zhì)和糖類參與形成的高分子化合物,能產(chǎn)生微生物絮凝 劑的微生物種類很多,它們大量存在于土壤、活性污泥和沉積物中. J.Nak~m,ra等從霉菌、細(xì)菌、放線菌、酵母菌等菌株中篩選出l9種具有絮凝能力的微生物.H.Takagi 等n 人研究了擬青素微生物生產(chǎn)的絮凝劑PF01,對活性污泥、啤酒酵母等許多物質(zhì)具有良好的絮凝效果.紅 平紅球菌生產(chǎn)的絮凝劑NOC-1,是目前發(fā)現(xiàn)絮凝效果最好的微生物絮凝劑.K.toeda和K.UraneL9 從土壤中分離出革蘭氏陰性菌——產(chǎn)堿性菌Alcaligenecupidus A1 201,它在含有蔗糖的培養(yǎng)基中生長并分泌絮凝物質(zhì).我國也已涉及這方面的研究,但起步較晚.南開大學(xué)莊源益?zhèn)兒Y選出6株對水中染料有較好的絮凝作 用的菌株(NAT一1至NAT一6),用NAT型生物絮凝劑處理直接黑染料生產(chǎn)廢水,其脫色率可達(dá)60%.從微生 物組織中提取的7一谷氨酸聚合物具有一定的絮凝作用n ,如從bacillus sp.PY一90中提取的聚7一谷氨酸, 在濃度為20nv,/L時,對高嶺土懸濁液絮凝效果最好,當(dāng)加入c 、M 、Fd 時,可提高其絮凝效果;從B. subtillis IFO 3335和B.1icheniformis CCRC 12826中提取的聚7一谷氨酸,對不同的無機(jī)和有機(jī)懸濁液均具有 較好的絮凝作用. 絮凝劑通過離子鍵、氫鍵的作用與懸浮顆粒結(jié)合,由于絮凝劑的分子量很大,一個絮凝劑分子可同時與 幾個懸浮顆粒結(jié)合,在適宜條件下迅速形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而沉積,從而表現(xiàn)出很強(qiáng)的絮凝能力.微生物絮凝性與 分子結(jié)構(gòu)、分子量、活性基團(tuán)等多種內(nèi)部環(huán)境因素有關(guān),另外,外界環(huán)境因素如pH值、溫度、離子種類、離子 強(qiáng)度等對微生物絮凝劑的活性也有影響.微生物絮凝劑廣泛應(yīng)用于畜產(chǎn)廢水處理、染料廢水的脫色、高濃度 無機(jī)物懸浮液廢水的處理、活性污泥的沉降性能的改善、污泥脫水、浮化液的油水分離等方面.然而目前微 生物絮凝劑的研究還處于菌種篩選的實(shí)驗(yàn)室研究階段,所用成本較高,一些工藝條件不太成熟,離工業(yè)化生 產(chǎn)還有一定的距離.
2 復(fù)合絮凝劑
復(fù)合型絮凝劑是近年才開始研制的新型絮凝劑,能克服使用單一絮凝劑的許多不足,適應(yīng)范圍廣,對低 濃度或高濃度水質(zhì)、有色廢水、多種工業(yè)廢水都有良好的凈水效果,脫污泥性好,pH使用范圍大.然而復(fù)合在 有機(jī)合成制備上手續(xù)復(fù)雜,成本較高,并有可能存在二次污染.目前還未見復(fù)合絮凝劑有工業(yè)化生產(chǎn)和使用 的報(bào)道. 污水或活性污泥中,有機(jī)固體顆粒帶負(fù)電荷,無機(jī)固體顆粒帶正電荷,混合固體顆粒呈電中性。所以有 機(jī)污水或污泥加陽離子型絮凝劑,對無機(jī)污水或污泥加陰離子型絮凝劑,對混合污水或污泥加非離子型絮 凝劑.趙立志等用含單寧45%的落葉松膠與甲醛、二甲胺在弱酸性條件下進(jìn)行曼尼希反應(yīng),使單寧胺甲基 化,制成的絮凝劑與無機(jī)、聚丙烯酰胺聯(lián)用,可提高絮凝效果. 帶有PAM的聚合氯化鋁、聚合氯化鐵,為無機(jī)有機(jī)高分子聚合物,它們具有無機(jī)、有機(jī)的雙重優(yōu)點(diǎn),又避 免了兩者的不足,還具有某些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),使凈水效果得到高度發(fā)揮.無機(jī)離子使懸浮顆粒發(fā)生絮凝并沉 淀,高分子有機(jī)陽離子的高度架橋又促進(jìn)了絮凝吸附速度,故能達(dá)到快速凈水的目的.江霜英等以天然高 分子物質(zhì)甲殼素制備殼聚糖,并用殼聚糖、聚合鋁和三氯化鐵制成了高效復(fù)合型絮凝劑CAF,其凈水效果優(yōu) 于無機(jī)絮凝劑聚合鋁和三氯化鐵,成本更低.
3 結(jié)束語
絮凝劑在廢水處理中具有舉足輕重的地位,它正向著高效、無毒、價廉、復(fù)合、多功能、適合工業(yè)化生產(chǎn) 的方向發(fā)展.大力發(fā)展無機(jī)鹽聚合物絮凝劑以替代無機(jī)鹽絮凝劑,可以降低二次污染,同時也可以減少對設(shè) 備的腐蝕程度.目前我國有機(jī)高分子絮凝劑已商品化的僅有PAM、聚丙烯酰胺和羧甲基纖維素等幾個品種, 研究高效無毒的有機(jī)合成高分子絮凝劑(如烷基烯丙基鹵化銨的均聚和共聚物類等),優(yōu)化其合成工藝,降 低成本.利用天然高分子化合物無毒、無污染、價廉、選擇性大等優(yōu)點(diǎn),解決其電荷密度小、分子量低、不穩(wěn) 定、溶解性不好等問題,發(fā)展性能更優(yōu)的絮凝劑。對微生物絮凝劑,目前的任務(wù)是:尋找價廉的培養(yǎng)基和控制 絮凝劑發(fā)揮作用的最佳條件,對絮凝劑合成的條件及影響起絮凝活性的因素進(jìn)行深入研究,以符合工業(yè)化 生產(chǎn)要求.復(fù)合型絮凝劑以其高效價廉的優(yōu)勢必將迅速發(fā)展,簡化有機(jī)合成制備過程,降低生產(chǎn)成本,盡可能減少可能存在的二次污染問題.
|