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1、水处理絮凝剂的研究 与发展趋势 讲解 张卫 PPT制作 南斯维 材料收集 王菊林 目前 我国水环境的污染不断加剧 水体污染水 源危机日趋严重 供水紧张和污水净化成为我国 面临的主要难题之一 随着人们环保意识的增强 和我国可持续发展战略的实施 防止污染和保护环 境的工作已引起各级政府的高度重视 工业水处 理和环境保护要求不断提高 水处理剂品种不断丰 富 性能不断提高 废水处理的方法很多 有生化法 吸附法 化学氧化法 离子交换法 电渗析法 絮凝沉淀法等等 其中絮凝沉淀法作为一种物 理 化学处理法 因工艺简单 效率高 费用较低 等优点而应用最为广泛 絮凝剂的絮凝在用水与废水处理中占重要 地位 首先
2、絮凝作用能有效脱除80 95 的悬浮物质 65 95 的胶体物质和 降低水中COD 其次 絮凝作用去除水中细 菌和病毒的效果稳定 通过絮凝净化 一般能 使水中90 以上的微生物与病菌一并转入 污泥 使处理水易于进一步消毒 杀菌 最后 对水体富营养化 废水脱色等问题 采用絮 凝沉淀法比生物法除磷 脱色效果更好 絮凝剂一般作用机制絮凝剂一般作用机制 压缩双电层 减少表面电荷 高分子絮凝剂的桥联 吸附电中和作用 絮凝剂网罗卷带 聚合氯化铝 性能与用途 聚合氯化铝 Polyaluminium Chloride 简称PAC 通 常也称作碱式氯化铝或混凝剂等 它是介于ALCL3 和 AL OH 3 之间的
3、一种水溶性无机高分子聚合物 化学 通式为 AL2 OH NCL6 NLm 其中m代表聚合程度 N表示 PAC产品的中性程度 颜色呈黄色或淡黄色 深褐色 深灰色树脂状固体 该产品有较强的架桥吸咐性能 在水解过程中 伴随发生凝聚 吸附和沉淀等物理 化学过程 絮凝剂 化学 成分 无机絮凝剂 有机絮凝剂 无机凝聚剂 无机高分子絮凝剂 合成有机高分 子絮凝剂 天然有机高分 子絮凝剂 微生物絮凝剂 无机絮凝剂 按其分子量的大小可分为低分子絮凝剂和 高分子絮凝剂两大类 低分子絮凝剂价格低 货源充足 运输存 储方便 目前在工业水处理中占一定比例 但 因其用量大 残渣多 效果差 故无机絮凝剂 的发展已经基本上完
4、成了低分子向高分子的 转变 现常用的无机高分子絮凝剂有聚合铝类絮 凝剂 聚合铁类絮凝剂和活性硅酸类絮凝剂 以及复合絮凝剂四大类 聚合铝类絮凝剂 聚合铝水解产生高 价离子 形成各种类型的 羟基多核络合物 它们 通过羰基式桥联作用 处 于亚稳定状态 而OH 与Al3 的比值 一般称 盐基度或碱基度 对絮 凝效果影响很大 通常 盐基度越高 絮凝效果越 强 但过高则本身易生成 难溶的氢氧化铝沉淀 导 致絮凝效果降低 值得注意的是铝 尤 其是活性铝 毒性较大 同 时聚合铝制备方法不完 善 致使较多水解铝的微 细颗粒存在于溶液中 这 在一定程度上限制了聚 合铝的使用 通过改善 混凝反应条件 延长慢速 混凝
5、时间 能有效降低水 中铝的含量 聚合铁类絮凝剂 聚合铁是另一新型无机絮凝剂 絮凝机理与 聚合铝类似 其主要类型有聚硫酸铁 聚氯 化铁 聚氯化硫酸铁等等 聚氯化硫酸铁除 具有铝盐类无机高分子絮凝剂特点外 还具 有价格低 p H 值适用范围宽等特点 但是 总体来说 聚合铁需要较低的盐基度 一般须 将OH Fe3 比值控制在8 15 超出此范围 铁水解反应突变 从高价聚合态 羟基络离子转化成低价聚合态胶凝产物 活性硅酸类絮凝剂 活性硅酸也是一种重要的无 机高分子絮凝剂 它来源广 价格 低廉 无毒 且絮凝 助凝效果 好 尤其对于低温低浊水的混凝处 理这一净水处理中的难题有着显 著的特性 在国内外引起足
6、够重 视 究其机理 大都是在活性硅酸中加入一定量高价金 属离子 使其组分带正电荷 控制其聚合度 电荷密 度 保证其同时具有电中和作用和吸附架桥作用 从 而克服活性硅酸自身弱点 大大提高絮凝效果 复合絮凝剂 近年来 复合絮凝剂的研制 成为热点 复合絮凝剂按化学 成分分为无机复合型 有机复 合型 有机无机复合型三大类 无机复合絮凝剂成分较多 主 要原料有铝盐 铁盐和硅酸盐 国外先后研制开发出聚合铝 铁 铝硅 硅铝 硅铁以及聚 合铝 铁与活性致混物质等复 合絮凝剂 无机复合絮凝剂以品种多样和性能多元化占 主导地位 作用机理主要与协同作用相关 无机 高分子成分吸附杂质和悬浮微粒 使形成颗粒并逐 渐增大
7、 而有机高分子成分通过自身的桥联作用 利用吸附在有机高分子上的活性基团产生网捕作 用 网捕其它杂质颗粒一同下沉 同时 无机盐的存 在使污染物表面电荷中和 促进有机高分子的絮凝 作用 大大提高絮凝效果 我国无机高分子絮凝剂 的生产和应用已取得长足进展 最具有代表性的聚 合氯化铝和聚合硫酸铁的研究 已居世界前列 有机絮凝剂 有机絮凝剂主要分为合成高分子型和天然高 分子型 其特点是用量少 絮凝速度快 受共 存盐类 p H 值及温度的影响小 生成的污泥量 小 且带有多种带电基团 可为链状 环状 网状 结构 利于污染物进入絮体 脱色性好 合成高分子絮凝剂 合成有机高分子絮凝剂多为水溶性聚合 物 具有分子
8、量大 分子链官能团多的特点 按所带电荷不同分为阳离子型 阴离子 型 非离子型和两性型絮凝剂 见表1 实 践中使用较多的是阳离子 阴离子和非离 子型聚合物 阴离子型高分子絮凝剂 阴离子型有机高分子絮凝剂研制开发较早 技术 比较成熟 但因应用范围的限制 有关的新产品研究 报道较少 常用的有聚丙烯酸钠 丙烯酰胺与丙烯 酸钠共聚物 聚苯乙烯磺酸钠等 聚丙烯酰胺水解或 者将丙烯酰胺与丙烯酸盐共聚 都能生成阴离子型聚 丙烯酰胺 但容易受p H 值和盐类的影响 在酸性介 质中羧基解离受限 对某些矿物的吸附活性较低 若 用强酸性的磺酸基代替弱酸性的羧基 则可得以改善 非离子型高分子絮凝剂 这类高分子絮凝剂是在
9、合成中不引入带 电基团的有机高分子聚合物 重要的有聚丙 烯酰胺 聚氧化乙烯 聚乙烯醇 聚乙烯 吡咯烷酮 聚乙烯基甲基醚 聚烷基酚 环 氧乙烷等 非离子型聚丙烯酰胺可通过水 溶液 沉淀 反向悬浮 反向乳液 反向 微乳液等聚合方法制备 两性型高分子絮凝剂 以上三种离子型高分子絮凝剂因受使用 范围的限制有逐渐被水溶性两性高分子絮凝 剂所代替的趋势 两性型絮凝剂高分子链节上同时含有正 负 两种电性基团 适用于阴 阳离子共存的污 水 絮凝和污泥脱水功效良好 p H 值使用范围宽 抗盐性好 现已成为国内 外研究的热点 与其它絮凝剂相比 两性高分子絮凝剂在以下几 个方面表现出良好的应用前景 污泥脱水 经过两
10、性高分子絮凝剂处理的污泥 沉 淀性能好 且泥饼含水量少 去除金属离子 因其分子中阴 阳离子基团能与 金属离子螯合 在等电点时又可释放 利用此性质可分 离回收金属离子 去除中 小分子有机物质 如色度物质 腐殖酸 类天然有机物质以及表面活性剂等 目前国内外已 有不少用于印染废水处理的报道 去除可溶性分子量低的有机物质 两性新型高分子 絮凝剂的阴 阳离子活性基团能与该物质产生络合 螯合 作用达到去除目的 天然高分子絮凝剂 天然高分子絮凝 剂用量远小于合成高 分子絮凝剂 原因是其 电荷密度小 分子量低 且易被生物降解而失 去絮凝活性 天然高 分子化合物含有各种 活性基团 如羟基 酚 羟基等 具有较活泼
11、的 化学性质 通过羟基的酯化 醚化 氧化 交联 接枝共聚等化学改 性 使活性基团大大增 加 聚合物呈枝状结构 分散了絮凝基团 对 悬浮体系中颗粒物有 更强的捕捉与促沉作 用 淀粉衍生物絮凝剂 在众多改性天然高分子絮凝剂中 改性淀粉絮凝剂 的研究 开发尤为引人注目 因为淀粉来源广 价格 低廉 并且产物完全可被生物降解 在自然界中形成良 好循环 淀粉是由许多脱水葡萄糖单元经糖甙键连接 而成 每个脱水葡萄糖单元的2 3 6 三个位置上各 有一个醇羟基 因此淀粉分子中存在大量活性基团 其 衍生物由分子中葡萄糖单元上羟基与某些化学试剂在 一定条件下反应而制得 阳离子淀粉就是非常重要的 淀粉衍生物之一 它
12、是胺类化合物与淀粉分子的羟基 在碱催化作用下反应生成的具有氨基的醚衍生物 使 氮原子带正电荷 季铵型阳离子淀粉因具有阳离子性 强 适应p H 范围广等特点 成为各国学者研究的重点 木质素衍生物絮凝剂 木质素是存在于植物纤维中的一种芳香族高分 子 利用木质素与低级脂肪醛聚合或氧化缩聚 可 得到性能良好的絮凝剂 有文献报道木质素改性 产品可用作含蛋白质废水的絮凝剂 而回收蛋白质 的最好去处是用作饲料 所以不宜用有毒物质凝 Mckague 报道了硫酸盐木质素Mannich 反应 与 二甲胺和甲醛作用 进行甲基化和氯甲基化后 生 成的木质素季铵盐衍生物可用作硫酸盐浆厂漂白 废水的絮凝剂 效果显著 甲壳
13、素衍生物絮凝剂 甲壳素是仅次于纤维素的第二大天然有机高分子化 合物 它是甲壳类 虾蟹 动物 昆虫的外骨骼的主要成分 对甲壳素分子进行改造 脱去乙酰基 得到性能良好的 絮凝剂 壳聚糖 壳聚糖的游离氨基可接受质子或 盐 在酸性水溶液中可溶解流失 使其应用受限 因此 人 们对其进行不断改性以提高其性能 所得物质分子中均含 有酰胺基及氨基 羟基 故具有絮凝吸附等功能 壳聚糖 是一种线性聚胺 溶于酸性介质后 随着氨基的质子化 即 表现出阳离子聚电解质的性质 不仅对重金属具有螯合吸 附作用 还可有效吸附水中的负电性微粒 其优点是用量 少 效率高 易再生 微生物絮凝剂 微生物絮凝剂是一类由微生物产生并分泌到
14、 细胞外 具有絮凝活性的代谢产物 主要由具有两 性多聚电解质特性的糖蛋白 多糖 蛋白质 纤维素和DNA 等生物高分子化合物 以及有絮凝 活性的菌体等组成 因微生物絮凝剂无二次污 染 具有使用安全 方便 絮凝效果良好以及独 特的脱色效果 适用范围广 絮凝活性高 易于 生物降解 属于绿色环保产品 被称为第三代絮凝 剂 主要类型见表2 微生物絮凝剂被广泛用于给水或污水处理 通过其 电荷性质和高分子特性在液体介质中起电荷中和 架 桥 网捕 吸附等作用 使胶体脱稳 絮凝 沉淀 固 液分离 黄民生等人从活性污泥中分离出能产生高絮 凝活性物质的微生物 其产品的净水效果良好 并可使絮 凝剂的总用量大大减少 邓
15、述波等人利用含有糖醛酸 中性糖和氨基糖的多糖絮凝剂处理河水 比使用海藻 酸钠 明胶等絮凝剂产生的絮团大 沉降快 上清液 浊度低 且COD 值小 尹华等人 从石化厂活性污泥中 筛选出J 25 菌株 利用葡萄糖 味精废水母液等作为 培养液 制备了微生物絮凝剂LMBF 25 该絮凝剂热 稳定性良好 对石化废水有理想的处理效果 并能改善污 泥的沉降性能 絮凝剂的发展趋势和研究方向 近几十年来 絮凝剂的发展方向逐渐由无机 向有机化 低分子向高分子化 单一型向复合 型 合成型向天然微生物型转化 絮凝剂产品 也逐渐多样化 专门化 环保化 但随着水处 理的日益复杂和技术的日益更新 对絮凝剂的 要求也越来越高
16、从目前国内外水处理剂的现 状来看 在品种 性能 工艺方法以及成本等 方面 都有待于进一步研究和发展 为此 今后 的水处理研究开发工作必须从以下方面进行 增强环保意识 加强对无毒 新型天然改 性高分子絮凝剂的研究 随着国际环保意识的增强 对水处理剂 无毒 无二次污染的呼声越来越高 人们的 研究理念也逐渐由合成高分子絮凝剂向天然 高分子絮凝剂转变 天然改性高分子絮凝剂 来源广泛 价格低廉 无毒 无二次污染 因此 应扩大品种 研制多功能水处理剂 以满 足各种废水处理的不同需求 研究与开发微生物絮凝剂 微生物絮凝剂是一种新型可生 物降解的水处理剂 其优良的絮凝 沉降性能和绿色环保特点 为今后 大规模应用打下良好基础 我们相 信随着生物技术的发展 其成本将 会大幅度下降 应用价值也必将逐 年提高 THE END 谢谢观看
