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无机高分子絮凝剂处理废水的研究

发布时间:2013-08-15 新闻来源:

  我司聚丙烯酰胺生产厂家呼吁:水污染治理已成为刻不容缓的首要问题。水资源的再生利用对现实社会具有深远意义。
  混凝过程是给水和废水处理众多工艺流程中不可缺少的前置单元操作技术,而絮凝剂又是决定絮凝效果的关键因素之一。絮凝剂按化学成分分为无机和有机两大类。有机絮凝剂品种很多,均为巨大的线性高分子,但因其可能的毒性在水处理中用得较少;无机混凝剂品种较少,但在水处理中用得很多,目前以铁盐和铝盐及其水解聚合物为主,包括传统低分子混凝剂和无机高分子混凝剂(又称第二代无机混凝剂)。由于铁盐类混凝剂易腐蚀设备,因而铝盐类混凝剂应用较广。
1、无机高分子絮凝剂的种类
  无机高分子絮凝剂是在传统铁、铝絮凝剂的基础上发展起来的,一般指铝、铁盐水解沉淀动力学中间产物,即羟基聚合离子。其他一些品种,如钙、镁和聚硅酸等主要作为中和剂和助凝剂使用。随着研究向开发各种新型无机高分子絮凝剂的发展,复合型絮凝剂应运而生,研制和应用聚合铝、铁与硅复合型絮凝剂成为热点,无机高分子絮凝剂的品种已逐渐形成系列,主要分为阳离子型、阴离子型、无机复合型、有机复合型、无机有机复合型等类型,详见表1。

无机高分子絮凝剂的种类

1.1、聚合铝
  聚合铝包括PAC和PAS。聚合铝的混凝作用机理是:以其水解产物对水中颗粒或胶体污染物进行电中和及脱稳、吸附架桥或粘附卷扫而生成粗颗粒絮凝体再加以分离去除。对混凝过程起主要作用的是药剂投加量、pH值、颗粒表面积、浓度等。
  PAC是一种优良的无机高分子絮凝剂。PAC较硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铁等净水剂具有用量少、效率高、絮凝体大、沉降快、净水性能好等优点,PAC处理前后水的pH值变化小,对水处理设备腐蚀小,因而适用范围广。将聚合铝用于高浊度水、低温低浊度水、有色水和工业污水,都能取得较好的絮凝效果。PAC的缺点是其生产受原料限制,成分复杂,生产过程长,反应条件不易控制,很难得到聚合度相同的产品,价格也较贵。
1.2、铁系絮凝剂
  聚合硫酸铁(PFS)可有效去除水中的悬浮物、有机物、硫化物、亚硝酸盐、胶体及金属离子。PFS具有除臭、破乳及污泥脱水等功能,对浮游微生物也有较好的去除作用。PFS处理含油污水的效果远比硫酸亚铁显著,且对金属设备的腐蚀性较小。缺点是产生的污泥量较多、出水带色。
  PFS是目前已在工业废水、城市污水处理中得到广泛应用的一种高效水处理剂。其应用pH值范围广、腐蚀性小、残留铁离子少、絮凝颗粒密度大、沉降迅速。但与PAC类似,PFS的相对分子质量以及絮凝架桥能力仍比有机絮凝剂差很多,而且还存在处理后的水颜色较深等问题。
2、无机高分子絮凝剂的发展历程
  20世纪60~70年代,聚合氯化铝和聚合硫酸铁生产工艺技术,在我国得到迅速发展,其中聚合氯化铝是当前产量最多、应用范围最广泛的品种,并衍生出多种系列复合型无机高分子絮凝剂。如在聚合铝/铁中引入不同金属离子或阴离子,或将有机高分子絮凝剂分别制成聚合铝铁、聚合铝硅、聚合铁硅、聚硫氯化铝、聚磷氯化铝、有机复合型聚合铝等。
  近年来,为适合各类水质净化处理需求,复合型絮凝剂的研制已成为热点,我国先后研制开发了聚合铝铁、铝硅、硅铝、硅铁以及聚合铝/铁与活性致浊物质和有机高分子絮凝剂等系列复合絮凝剂。同时为了节省投资,增强生产厂家的市场竞争力,开发了聚合氯化铁和聚合氯化铝絮凝剂联合生产工艺技术,即采用一套主生产设备及相关附属设备,通过调整反应温度和压力以及不同配料比,生产聚合氯化铁或聚合氯化铝。并在聚合铝/铁的生产基础上,通过复配工艺,生产聚合铝硅和聚合铝铁等多品种复合型无机高分子絮凝剂。综上所述,高效复合型无机高分子絮凝剂的研制和开发是当前混凝剂研究中的热点、重点所在。
3、无机高分子絮凝剂的研究内容
3.1、铝、铁在溶液中的形态分布和溶液化学
  无机高分子絮凝剂实际上都是铝盐和铁盐水解过程的中间产物与不同阴离子的络合物。研究铝盐和铁盐的溶液化学及形态分布对无机高分子絮凝剂的深入开发和应用具有极其重要的理论指导意义。深入研究铝、铁水解聚合形态的直接分析法有核磁共振(NMR),目前只应用于Al形态分析;间接法有电导法、光散射法、小角衍射法、超离心法、离子交换法、渗析技术和分光光度法等。
3.2、无机高分子絮凝剂的絮凝条件和机理
  聚铝、聚铁等无机高分子絮凝剂的絮凝性能与传统的无机盐絮凝剂相比有成倍的提高,pH作用范围也较宽,因此,单用传统絮凝剂的机理来解释肯定是不够的,应对各种絮凝剂的适用对象、最佳剂量、pH值、水利条件等进行研究,并用理论解释。利用各种现代分析技术,研究各种复合絮凝剂的分子结构,水解絮凝形态及絮凝剂性能表征,进而评价、探索和指导各种合成方法。
3.3、新型无机高分子絮凝剂的开发和应用
  无机高分子絮凝剂虽然在形态、聚合度及相应的絮凝效果方面比传统的无机盐絮凝剂要好,但是比有机絮凝剂则要差些,而且还存在对进一步水解反应的不稳定性问题。这些主要弱点促使研究和开发向各种复合型无机高分子絮凝剂发展。复合絮凝剂包含各种成分,其主要原料是铝盐,铁盐和硅酸盐,在复合絮凝剂中各组分的适当配比和制备时的最佳工艺是研究的重要方面,制备过程中和最终产品内各组分的化学形态转化及其综合结果是研究和应用时的关键问题。
4、无机絮凝剂的发展趋势
  针对不同的悬浮物与溶解物种类,不同的化学耗氧量,以及水体不同的pH值范围,都应有最适宜的絮凝剂。无机高分子絮凝剂以其原料来源广泛,生产工艺简单,价格低廉以及优良的混凝效果一直受到水处理界的关注。从其发展趋势来看,无机高分子絮凝剂应向多功能絮凝剂方向发展,使它不仅具有优良的混凝性能,还要具备缓蚀、杀菌消毒、阻垢等多种功能。无机高分子絮凝剂与其他的絮凝剂(如微生物絮凝剂、有机絮凝剂)配合优化使用,在废水处理后回收利用,以取得最佳的经济效益,这也是一个发展方向。而多功能无机高分子絮凝剂的发展与应用,必将对混凝沉降法的发展有着重大的推动作用。
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