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生活污水处理设备中絮凝剂的发展现状研究
作者:污水处理设备编辑 文章来源:千业环保设备 浏览: 发布日期:2019-03-04
生活污水处理设备中絮凝剂的发展现状研究
普通铝系无机盐絮凝剂,游离的铝离子含量高,会带来二次污染;铁系无机盐絮凝剂,因为铁离子的存在,处理后的污水带有颜色;并且普通无机盐絮凝剂存在加药量大、絮团松散、含有残渣等缺点,因此药剂在水处理市场中占有率一直在减少[8]。

1960 年之后,无机高分子絮凝剂快速发展,相对于普通无机盐絮凝剂,具有用量少、处理效果好的优点,是目前处理工业废水和生活污水的主要絮凝剂。20 世纪90 年代末,聚合氯化铝因其制备工艺成熟、价格低廉、絮凝性能稳定的特点,成为了污水处理中应用最广泛的无机高分子絮凝剂[9]。我国采用喷雾干燥法和盐酸热熔一步法生产聚铝的工艺达到了世界一流水平,并且价格上更有优势,在我国絮凝剂市场中占有一定份额。聚合氯化铝加入污水中,能够水解形成带较高正电荷和比表面积的多核络合物(等),多核络合物可以吸附水体中带负电的物质,中和表面负电荷,有效降低胶体颗粒表面的Zeta 电位,使颗粒脱稳、聚并,多核络合物继续水解先后能够形成十三核络合物、网状结构的[Al(OH)3]m (m≥13)、三维溶胶态Alc,具有较强的吸附桥连和卷扫能力,与水体中杂质颗粒相结合,凝结成大的絮团[10-11]。

但是,随着聚铝在污水体系中的应用,聚铝类絮凝剂带来的负面影响也逐渐受到人们的重视,聚铝处理之后的水体中存在铝离子,医学研究表明铝离子对神经系统的损害与老年痴呆症之间有一定的联系[12]。因此,聚铝类絮凝剂在饮用水中的应用方面受到一定限制[13]。

由于聚铝类絮凝剂在一些水体中的应用受到限制,聚铁类絮凝剂不仅拓宽了无机絮凝剂的应用范围,而且在污水除臭以及与其它絮凝剂复配使用方面更具有优势[14]。我国生产聚合硫酸铁的工艺已经达到了世界先进水平[15],产品在絮凝剂市场中占有重要份额。为进一步提高无机高分子的絮凝性能,广大科研工作者探究了复合型铁系无机高分子聚合物的絮凝性能,实验表明所合成的复合型聚合物往往比单一金属组分絮凝剂的分子量高、絮凝效果好,在工业废水中得到广泛应用[16]。

我国关于聚硅酸盐类絮凝剂的研究始于20 世纪80 年代,其中聚硅酸铝铁在水体中应用时减少了铝盐残留量,并且聚合物中的硅酸有利于桥连作用,药剂稳定性增加。近年来,开发残余单体含量少、性能稳定、高效的无机复合高分子絮凝剂是关于无机类净水剂的主要研究。

1.1.2.2 有机高分子絮凝剂
天然的有机高分子絮凝剂具有不受pH 限制、无毒环保、无二次污染、廉价易得等诸多优势,但可能是由于絮凝有效官能团含量少、不分散致使其处理污水的效果不佳,天然有机物经过化学改性之后,可以增加絮凝活性官能团,使其呈支化结构,对污水中的悬浮颗粒、胶粒、有机质等具有更强的絮凝作用[17]。

美国和日本十分重视改性天然絮凝剂的研究,进行了大量的实验探索,开发了多种天然改性有机高分子絮凝剂,目前天然改性有机高分子絮凝剂主要有改性壳聚糖、改性纤维素、淀粉衍生物、甲壳素和木质素衍生物等[18]。


人工合成有机高分子絮凝剂具有高效性、易处理、易合成等特点,已有报道显示此类聚合物絮凝效果非常出众,例如聚二甲基二烯丙基氯化铵、聚酰胺[19],是污水处理领域主要的絮凝剂[20]。有机高分子絮凝剂组成、结构、分子量、电荷类型以及电荷数量各不相同,对于离子型高分子絮凝剂来说,电荷种类是对其絮凝性能产生影响的重要参数,其次是分子量和电荷密度[21]。可以根据水质成分与理化性质选择单体,合成带有-COO-、-NH2、-SO3-、-OH 等活性官能团的有机高分子絮凝剂。

高效的有机絮凝剂分子量级别一般都在百万,需要很好的水溶性。聚丙烯酰胺分子链上的酰胺基团与水分子容易形成氢键并且高分子结构呈线性,易溶于水,是产量最大[22]并且在工业废水应用中最广泛的有机絮凝剂[23]。

1.1.2.3 微生物絮凝剂

微生物菌株起絮凝作用的部分主要是微生物细胞、细胞壁、新陈代谢产物,其中代谢产物中起絮凝作用的成分主要是蛋白质、多糖和脂类[24-25]。目前广大学者提出了多种微生物絮凝机理,桥连机理受到广泛认可。影响微生物絮凝性能的因素主要是碳源、氮源、碳氮比、pH 值、培养温度、培养时间、接种量、金属离子、离子强度、通气量等[26-27],为提高絮凝剂性能和产量,需要优化各条件[28]。

微生物絮凝剂应用具有普适性、无毒环保特点,国外已经成功研发出多种微生物絮凝剂,以粉状和液体产品为主,部分微生物絮凝剂已经应用到食品、医药领域[29-30]。Nakamuara [31-32]以曲霉菌AJ7002 为原料制备了AJ7002 絮凝剂,Salehizad-eh 等[33]将Bacillusfirmu 产生的絮凝剂应用在染料废水和酵母菌废水的处理中,取得了良好的絮凝效果。
近年来我国从事微生物絮凝剂开发的研究人员越来越多。

张本兰[34]将菌株Ralcaligenes 8724 产生的絮凝剂处理含有氯霉素的有色废水,废水脱色率高于98%,具有良好的脱色性能。李智良等[35]将六种微生物絮凝剂的发酵液用来处理多种不同类型的工业废水,污水的浊度、悬浮固体和色度的去除率均超过90%,COD 的去除率为55%~98%。
目前微生物絮凝剂的应用量相对较少,影响其普遍应用的主要因素是产量及原材料价格,研究者们以工业化为目的,在大力开发更优良的菌株和廉价的培养基,以降低微生物絮凝成本。

1.1.2.4 无机有机复合絮凝剂
絮凝剂的选择需要考虑污水处理效果、药剂成本、污水回用指标等方面,无机类与有机类絮凝各有利弊,加入单一药剂处理污水往往不能达到理想效果,复合絮凝剂的加入可以解决单一药剂处理污水成本高、效果差等问题,受到重视。
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无机-有机复合絮凝主要包括两类:一类是无机有机絮凝剂分批加入水体中或使用前混合均匀但之间不发生化学反应的复配型絮凝剂;一类是无机物和有机物之间通过化学反应形成的复合型絮凝剂。复合型絮凝剂中的无机盐多是铝盐和铁盐,有机成分多是聚丙烯酰胺和聚季铵盐,其中以聚合硫酸铁与聚二甲基二烯丙基氯化铵为原料合成的PDMDAAC-PFS 对多种污水具有高效絮凝作用,优于其组分中的无机、有机絮凝剂单独加入时的处理效果[39-40]。
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