當(dāng)前絮凝劑的發(fā)展趨勢及應(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(huì)導(dǎo)致二次污染;鐵離子本身有顏色，并對(duì)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)60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(jià)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80%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(duì)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(duì)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[1]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(duì)分子質(zhì)量、不同陽離子的共聚物，對(duì)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(duì)人體無毒，具有選擇性大、價(jià)、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60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(jí)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)[4]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(duì)水中的固體懸浮物(ＳＳ)有較好的絮凝作用外，還對(duì)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[5]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(duì)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(duì)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。NaKaura等[6]從霉菌、細(xì)菌、放線菌、酵母菌等菌株中篩選出19種具有絮凝能力的微生物。H。Takagi等[7]人研究了擬青素微生物生產(chǎn)的絮凝劑ＰＦ01，對(duì)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[8]，是目前發(fā)現(xiàn)的絮凝效果最好的微生物絮凝劑。K。toeda和K。URANE[9]從土壤中分離出革蘭氏陰性菌———產(chǎn)堿性菌，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[10]篩選出6株對(duì)水中染料有較好的絮凝作用的菌株(ＮＡＴ-1至ＮＡＴ-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γ-谷氨酸聚合物具有一定的絮凝作用[11]，如從ｂａｃｉｌｌｕｓｓｐ。ＰＹ-90中提取的聚γ-谷氨酸，在濃度為20mg/Ｌ時(shí)，對(duì)高嶺土懸濁液絮凝效果最好，當(dāng)加入Ｃａ2+、Ｍｇ2+、Ｆｅ2+時(shí)，可提高其絮凝效果;從Ｂ。ｓｕｂｔｉｌｌｉｓＩＦＯ3335和Ｂ。ｌｉｃｈｅｎｉｆｏｒｍｉｓＣＣＲＣ12826中提取的聚γ-谷氨酸，對(duì)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(gè)絮凝劑分子可同時(shí)與幾個(gè)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(duì)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(duì)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(duì)無機(jī)污水或污泥加陰離子型絮凝劑，對(duì)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[13]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(jià)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(shí)也可以減少對(duì)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(gè)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(jià)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(duì)微生物絮凝劑，目前的任務(wù)是:尋找價(jià)廉的培養(yǎng)基和控制絮凝劑發(fā)揮作用的最佳條件，對(duì)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(jià)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。
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