【摘要】混凝是對(duì)不溶態(tài)污染物的分離技術(shù)，指在混凝劑的作用下，使廢水中的膠體和細(xì)微懸浮物凝聚成絮凝體，然后予以分離除去的水處理法�；炷诮o水和廢水處理中的應(yīng)用是非常廣泛的，它既可以降低原水的濁度、色度等水質(zhì)的感觀指標(biāo)，又可以去除多種有毒有害污染物�；炷幚硇Ч鶝Q定著后續(xù)流程的運(yùn)行工況、處理費(fèi)用及最終出水水質(zhì)。本文主要對(duì)混凝劑的研究進(jìn)展進(jìn)行了評(píng)述，并對(duì)其今后的發(fā)展提出了展望。

【關(guān)鍵詞】水處理；無機(jī)混凝劑；有機(jī)混凝劑

混凝過程是給水和廢水處理眾多工藝流程中不可缺少的前置單元操作技術(shù),混凝處理效果往往決定著后續(xù)流程的運(yùn)行工況、處理費(fèi)用及最終出水水質(zhì)。隨著近年來水資源短缺及水體污染的日益嚴(yán)重, 如何進(jìn)一步強(qiáng)化混凝過程、擴(kuò)展處理范圍、提高效能、降低藥耗、縮短反應(yīng)時(shí)間、降低投資及運(yùn)行成本,從整體上改善現(xiàn)有傳統(tǒng)混凝工藝技術(shù)的質(zhì)量和效果,一直是水處理領(lǐng)域中研究的熱點(diǎn),尤其是新型、高效、安全、無毒混凝劑的研制[1]。

1．無機(jī)混凝劑

1.1鋁系混凝劑

鋁鹽是最傳統(tǒng)、應(yīng)用最廣泛的混凝劑。簡(jiǎn)單的鋁鹽,如硫酸鋁、氧化鋁和明礬等,其主要作用機(jī)理是通過對(duì)水中膠體顆粒的壓縮雙電層作用、吸附電中和作用、吸附架橋作用及沉淀物卷掃作用,從而使膠體顆粒脫穩(wěn)凝聚。盡管鋁鹽被廣泛使用,但鋁是低毒物質(zhì),經(jīng)各種渠道進(jìn)入人體后,會(huì)在一些機(jī)體組織中積蓄,并參與許多生物化學(xué)反應(yīng),能將體內(nèi)必需的營(yíng)養(yǎng)元素和微量元素置換流失或沉積,從而破壞各部位的生理功能,導(dǎo)致人體出現(xiàn)諸如鋁性腦病、鋁性貧血等中毒病癥。為解決鋁帶來的負(fù)面效應(yīng),傳統(tǒng)的鋁鹽有被其它無機(jī)鹽或鋁系高分子混凝劑取代的趨勢(shì)。聚合氯化鋁(PAC)是常用的鋁系高分子混凝劑,對(duì)高濁度、低濁度、高色度及低溫水都有較好的混凝效果,PAC的效能在許多方面優(yōu)于明礬等傳統(tǒng)鋁鹽,其投加量小,絮凝體形成速度快且顆粒大而重,易沉淀,反應(yīng)沉淀時(shí)間短,對(duì)原水水溫及pH值的適用范圍廣(5～9)。除PAC外,還有聚合硫酸鋁(PAS)、聚合磷酸鋁(PAP)等高分子鋁鹽,以及含鋁復(fù)合型混凝劑,如聚硫酸氯化鋁、聚磷酸氯化鋁等[2]。

1.2鐵系混凝劑

鹽是鋁鹽的主要替代品,采用鐵鹽作為混凝劑,不僅安全無毒, 避免二次污染,而且具有混凝能力強(qiáng)、礬花大、沉降快、水溫和pH值適用范圍廣、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)。尤其是在低溫條件下,鐵鹽的混凝效果明顯優(yōu)于鋁鹽。但其腐蝕性強(qiáng),對(duì)設(shè)備要求高,且鐵鹽混凝劑中的Fe3+與水中腐殖質(zhì)等有機(jī)物可形成水溶性污染物,使自來水帶色,故需慎重選取。簡(jiǎn)單的鐵鹽主要是氯化鐵、硫酸亞鐵等。與鋁鹽類似,鐵鹽也從簡(jiǎn)單的低分子混凝劑向高分子混凝劑方向發(fā)展。除PFS以外,還有聚磷酸鐵(PFP)、聚磷氯化鐵(PPFC)、聚硫酸氯化鐵(PASC)等復(fù)合型混凝劑[3]。

1.3聚硅酸類混凝劑

聚硅酸在20世紀(jì)30年代后期作為混凝劑在水處理中得到應(yīng)用。此類混凝劑在通常條件下組分帶負(fù)電荷,屬陰離子型高分子混凝劑,主要依靠表面羥基的氫鍵作用可以吸附許多其它分子,并且硅酸在聚合過程中,隨著分子量的不斷增大而交聯(lián)成網(wǎng)狀,吸附架橋能力增強(qiáng),從而聚合度增大,處理效果加強(qiáng),形成的絮粒大而易于沉降。聚硅酸在儲(chǔ)存時(shí)易發(fā)生自聚反應(yīng),析出硅膠而失去混凝功能,故只能現(xiàn)場(chǎng)制備,這也就限制了聚硅酸的應(yīng)用和推廣。聚硅酸可以作為助凝劑,與鋁鹽、鐵鹽或無機(jī)高分子混凝劑聚鋁、聚鐵等配合使用,或用聚硅酸和鋁鹽或鐵鹽制成含金屬離子的聚硅酸混凝劑應(yīng)用到水處理中,其中含金屬離子的聚硅酸混凝劑應(yīng)用較廣。在聚硅酸中加入少量金屬離子(Al3+,Fe3+ 等),可抑制硅酸聚合,延緩其凝膠,并能使絮凝體體積明顯增大,從而改善低溫混凝效果[4]。

2．有機(jī)混凝劑

有機(jī)高分子混凝劑與無機(jī)混凝劑相比,具有用量少、混凝速度快、受共存鹽類、pH值及溫度影響小、生成的污泥量少、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)。目前使用的有機(jī)高分子混凝劑主要有人工合成有機(jī)高分子混凝劑和天然高分子混凝劑兩種。此外,近幾年微生物高分子絮凝劑的研究也越來越受到關(guān)注[5]。

2.1人工合成有機(jī)高分子混凝劑

人工合成有機(jī)高分子混凝劑多為聚丙烯、聚乙烯物質(zhì),如聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺等。由于分子量大、分子官能團(tuán)多、用量小、品種多等特點(diǎn),在市場(chǎng)上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),尤以聚丙烯酰胺系列最為廣泛。人工合成有機(jī)高分子混凝劑的最大特點(diǎn)是可根據(jù)需要采用合成方法對(duì)碳鏈長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié),同時(shí)在碳鏈上引人不同性質(zhì)的官能團(tuán)。有機(jī)高分子混凝劑根據(jù)官能團(tuán)的性質(zhì),可分為陽離子型(如季銨鹽、陽離子型聚內(nèi)烯酰胺等)、陰離子型(如部分水解聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉及丙烯酰胺與丙烯酸等單體的共聚物)、非離子型(如聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚氧乙烯等)和兩性型(如兩性聚丙烯酰胺等)等類型。合成有機(jī)高分子混凝劑分子鏈上所帶的官能團(tuán)如-COOH、-CONH2、-OH、-NH2等,可以強(qiáng)烈吸附細(xì)微顆粒,在微粒與微粒之間形成架橋作用,這種結(jié)構(gòu)上的變化可構(gòu)成能滿足各種不同需要的產(chǎn)品,而且還可以針對(duì)不同處理對(duì)象合成單體含量不同和分子量不同的有機(jī)高分子混凝劑。但是目前,由于人工合成有機(jī)高分子混凝劑的價(jià)格不斷上漲,以及高分子混凝劑殘留單體毒性等問題,限制了它在食品加工、給水處理及發(fā)酵工業(yè)等方面的發(fā)展。而最令人擔(dān)心的是合成有機(jī)高分子混凝劑是否會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生長(zhǎng)期的影響,包括毒性、致癌性、致突變性等,至今尚未有定論。

2.2天然高分子混凝劑

天然高分子混凝劑在水處理中的應(yīng)用歷史可追溯到2000年前的古代中國(guó)和古埃及。在近代水處理中,通過化學(xué)改性的天然高分子化合物仍是一類重要的混凝劑,其特點(diǎn)是分子量分布廣,活性基團(tuán)點(diǎn)多, 結(jié)構(gòu)多樣化等,尤為突出的是它安全無毒,具有良好的“環(huán)境可接受性”。但此類混凝劑由于電荷密度較小,分子量較低,且易發(fā)生生物降解而失去絮凝活性等缺點(diǎn),其使用少于合成高分子混凝劑。

2.3微生物高分子絮凝劑

大量研究發(fā)現(xiàn),許多微生物能產(chǎn)生絮凝物質(zhì),主要包括:革蘭氏陽性菌,如紅平紅球菌、棒狀桿菌等;革蘭氏陰性菌,如協(xié)腹產(chǎn)堿桿菌等;其它微生物,如假單胞菌屬、土壤桿菌屬、擬青霉屬等。其中具有最強(qiáng)絮凝作用的是紅平紅球菌,在日本的旱田土壤中最常見,在沉降性能良好的活性污泥微生物中約占2%,用它開發(fā)的微生物絮凝劑被命名為 NOC-1。微生物絮凝劑可用于廢水懸浮顆粒的去除,廢水脫色,乳化液油水分離,污泥沉降性能的改善,畜牧場(chǎng)廢水的處理,污泥脫水等。

3．結(jié)語

縱觀混凝劑的發(fā)展歷史可以看出,水處理混凝劑經(jīng)歷了從最初的傳統(tǒng)混凝劑,到無機(jī)高分子混凝劑,再到有機(jī)高分子混凝劑;從簡(jiǎn)單的天然有機(jī)高分子混凝劑,到合成的有機(jī)高分子混凝劑,再到天然改性有機(jī)高分子混凝劑;從化學(xué)混凝劑,到具有生態(tài)安全性能的微生物混凝劑,即當(dāng)前混凝劑的發(fā)展趨勢(shì)是高分子化、復(fù)合化和多功能化。為了進(jìn)一步提高混凝劑使用的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益,今后研究的重點(diǎn)應(yīng)放在復(fù)合型高分子混凝劑的研制、天然高分子物質(zhì)及其改性產(chǎn)品的應(yīng)用、微生物混凝劑的開發(fā)及新產(chǎn)品和傳統(tǒng)混凝劑的結(jié)合應(yīng)用上。

【參考文獻(xiàn)】
［1］何慧琴,童仕唐.水處理中絮凝劑的研究進(jìn)展[J].應(yīng)用化工,2001,30(6):14-16.
［2］王敏,童芳華.鋁鹽混凝劑的研究進(jìn)展[J].江西化工,2005,(2):9-11.
［3］肖筱瑜,張靜.水處理絮凝劑研究進(jìn)展[J].礦產(chǎn)與地質(zhì),2003,17(1):90-95.
［4］崔子文,郝紅英.水處理中絮凝劑的研究應(yīng)用現(xiàn)狀[J].山西化工,1999,19(1):58- 61.
［5］張莉,李本高.水處理絮凝劑的研究進(jìn)展[J].工業(yè)用水與廢水,2001,32(3):5-7.
［6］康建雄,白云山.水處理絮凝劑的開發(fā)與應(yīng)用[J].華中科技大學(xué)學(xué)報(bào),2004,(2): 23-26.

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