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                          絮凝劑定義和分類

                          時間:2021/05/24 點擊:

                          絮凝劑定義和分類

                          絮凝劑也稱混凝劑,是一種能使水溶液中的溶質、膠體或懸浮物顆粒脫穩而產生絮狀物或絮狀沉淀物的藥劑。按照絮凝劑的化合物類型,絮凝劑可分為無機絮凝劑、有機絮凝劑、微生物絮凝劑和礦物類助凝劑四大類。其中,無機絮凝劑包括無機低分子絮凝劑和無機高分子絮凝劑;有機絮凝劑包括人工合成有機高分子絮凝劑和天然有機高分子絮凝劑。

                          1、無機絮凝劑

                          無機絮凝劑是水處理中用量較大的品種。在100多年的工業發展階段,無機絮凝劑除了產量的高速增長外,技術上也有了明顯的進步和提高。我國在基礎理論研究、新產品及其應用工藝的開發、工業產品標準化的制定、衛生和毒理學研究等方面,形成了比較完善的無機絮凝劑的研究開發體系。

                          (1)無機低分子絮凝劑

                          無機低分子絮凝劑主要包括鋁、鐵等無機鹽類絮凝劑。目前常用的有明礬、三氯化鐵、硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵等品種。由于它們的價格便宜、對多種水質條件下懸浮顆粒的絮凝沉淀效果顯著,特別是在廢污水處理中可以沉淀去除重金屬、硫化物,生成的絮體礬花又可以吸附去除水中難降解的油類和聚合物,并能有效降低磷含量,因此應用相當廣泛。但是,它們也存在如下主要缺點:殘留在水中的鋁離子會導致二次污染;鐵離子本身有顏色,并對設備有腐蝕作用;聚集速度慢,形成的絮狀物較小,投加量大,產泥量高,運行費用高。

                          (2)無機高分子絮凝劑

                          為了克服二次污染及設備腐蝕等問題,從20世紀60年代起人們在傳統鋁鹽、鐵鹽的基礎上開始了對無機高分子絮凝劑的研究。無機高分子絮凝劑(Inorganic PolymerFlocculant,IPF)(又被稱為二代絮凝劑)可分為聚合鋁、聚合鐵、聚合硅酸以及復合型無機高分子絮凝劑四大類,但按照水中膠粒所帶電荷種類也可以將其分為陽離子型、陰離子型和若干復合系列。最近十幾年來,無機高分子絮凝劑的品種已逐漸形成系列,專利也有幾十種,有些還在少量生產。

                          無機高分子絮凝劑的研制與開發大致經歷了以下4個階段:

                          (1)聚合鋁、聚合鐵或聚硅酸;

                          (2)在聚合鋁、聚合鐵或聚硅酸中引入單種金屬離子Al或Fe;

                          (3)在聚合鋁、聚合鐵或聚硅酸中同時引入兩種金屬離子Al和Fe;

                          (4)在聚合鋁、聚合鐵或聚硅酸中引入多種金屬離子Al、Fe、Mn、Ca等。

                          改性的目的是引入某些高電荷離子以提高電荷的中和能力,引入羥基、磷酸根等以增強配位絡合能力,從而達到改善其絮凝效果的目的。如在聚鐵中加入少量的改性劑,使羥基更容易插入硫酸鐵的網狀結構中,就可制得改性的聚鐵,其鹽基度和聚合度更高,絮凝效果也大大優于普通的聚鐵和聚鋁。

                          陽離子型無機高分子絮凝劑是鋁鹽或鐵鹽水解過程的中間產物和溶液中的不同陰離子及帶負電荷溶膠粒的結合體,即各種類型的羥基多核絡合物或無機高分子化合物。無機復合型高分子絮凝劑中由于引入其它離子,尤其是高電荷離子,其聚合度和電荷中和能力大大加強,絮凝性能遠優于聚硅酸或單獨的聚金屬離子。

                          與其它傳統絮凝劑相比,無機高分子絮凝劑具有絮凝效果好,殘留在水中的鋁、鐵離子少,易生產、價格價廉、使用范圍廣等特點?,F在它已經成功地應用在給水、工業廢水以及城市污水的各種流程(包括前處理、中間處理和深度處理)中,并逐漸成為主流絮凝劑。

                          當前,在美國、日本、西歐、俄羅斯,IPF都有相當規模的生產和應用,IPF的生產已超過了絮凝劑總量的50%,生產達到了工業化、規?;妥詣踊?,產品質量相當穩定。在我國絮凝劑市場上,傳統絮凝劑的用量僅占20%,而無機高分子絮凝劑的用量則占80%以上,我國無機高分子絮凝劑的生產占混凝劑總量的30%-60%。近年來,這類絮凝劑的研制和應用正成為熱點,專利產品也有逐年增加的趨勢。

                          我國對無機絮凝劑的開發應用較好,除個別品牌的絮凝劑未開發外,基本具備了生產無機高分子絮凝劑的技術水平。但同時也存在著缺少系列化、規?;a,廠家多,規模小,產品單一,生產工藝設備落后,生產出的絮凝劑質量不夠穩定,對藥劑所含重金屬等毒害性物質缺少必要的統一控制與管理,水不溶物與雜質含量較高等問題。

                          今后,無機高分子絮凝劑的主要發展趨勢和研究方向總體可歸納為以下幾個方面:

                          (1)深入開展絮凝劑基礎理論的研究,建立定量化的數學模型系統;

                          (2)針對不同的水質,開展新型多功能、復合型絮凝劑的研究;

                          (3)進一步開展無機高分子混凝劑的應用條件研究;

                          (4)引進或開發先進的工藝設備,提高水處理劑產業的競爭力。

                          2、有機絮凝劑

                          有機高分子絮凝劑,也稱有機聚合物或聚電解質,相對分子量由數千至上萬不等。它含有帶電的官能團或中性的官能團,溶于水中而具有電解質的行為。因此,按照它們的來源,有機高分子絮凝劑可分為天然有機高分子絮凝劑和人工合成有機高分子絮凝劑兩類。

                          天然有機高分子絮凝劑主要有淀粉類、半乳甘露聚糖類、纖維素衍生物類、微生物多糖類及動物骨膠類等五大類。它大多與其它帶有特殊官能團的化合物接枝共聚后,再用于處理廢水。因為天然高分子絮凝劑來源有限,性質不穩定,所以水處理上應用較少。

                          人工合成有機高分子絮凝劑常用的有:聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸鹽等,其中聚丙烯酰胺應用較多,占合成高分子絮凝劑的80%左右。但這一類絮凝劑價格偏高,且存在著一定量的殘余單體丙烯酰胺,毒性較大,所以限制了它在水處理方面的應用。

                          我國對有機高分子絮凝劑的研制、生產和應用,尚處于開發階段,仍屬薄弱環節。與國外發達國家相比還存在很大的差距。主要表現在以下幾個方面:

                          (1)系列化水平低,專用種類少,商品化的產品僅有聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鹽兩大類。

                          (2)產量低,未形成規模經營,某些國外已工業化的品種至今我國仍不過關。

                          (3)天然與改性陽離子有機高分子絮凝劑相對國外而言品種較少。

                          (4)工業設備和單體生產落后,整體質量水平不高。

                          3、微生物絮凝劑

                          微生物絮凝劑是一類出微生物或其分泌物產生的具有絮凝活性的有機物質,其形式可以是微生物細胞,也可以是細胞的結構物質或是代謝產物,主要成分是糖蛋白、多糖、蛋白質、纖維素、核酸等大分子物質,因其特定結構和組合而形成了良好的絮凝沉淀性能。

                          雖然它們性質各異,但均能快速絮凝各種顆粒物質,在廢水脫色和食品工業廢水的再生利用等方面具有獨特的效果。尤其是其具有可生物降解性,克服了鋁鹽、丙烯酸胺等毒性問題,對環境無二次污染,故受到國內外研究者的廣泛關注,成為絮凝劑研究和發展的重要方向之一。

                          微生物絮凝劑的絮凝活性不但與分子結構、分子量、活性基團等多種內部環境因素有關,而且與pH值、溫度、離子種類、離子強度等外界環境因素有關。

                          微生物絮凝劑主要包括三類:

                          (1)直接利用微生物細胞的絮凝劑,如某些細菌、霉菌、放線菌和酵母,它們大量存在于土壤、活性污泥和沉積物中;

                          (2)利用微生物細胞壁提取物的絮凝劑,如酵母細胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白質和N-乙酰葡萄糖胺等成分均可用作絮凝劑;

                          (3)利用微生物細胞代謝產物的絮凝劑,微生物細胞分泌到細胞外的代謝產物主要是細菌的莢膜和黏液質,除水分外,其主要成分為多糖及少量的多肽、蛋白質、脂類及其復合物,其中多糖在某種程度上可用作絮凝劑。

                          微生物絮凝劑的主要優點是絮凝效果好,使用量少,無毒無害,不會影響應用水體的質量,且沉降的污泥較易降解。

                          1960年,進行用微生物作為佛羅里達磷灰石粘土礦絮凝劑的研究,20世紀80年代許多研究者用其它的細菌、菌藻等作為磷灰石粘土礦以外各種礦物懸浮液的絮凝劑。近期的研究包括用小母念珠菌及其衍生物對細粒赤鐵礦、方解石和高嶺土的懸浮液進行絮凝處理。目前,工作已經擴大到用草分支桿菌全細胞和細胞碎片作為含黃鐵礦和灰分煤的選擇性絮凝研究。但是,微生物絮凝劑的研究還處于菌種篩選的實驗室研究階段,所用成本較高,一些工藝條件不太成熟,離工業化生產還有一定的距離。

                          4、助凝劑

                          在絮凝處理中,有時使用單一的絮凝劑不能取得良好的效果,往往需要投加輔助藥劑以提高絮凝效果,這種輔助藥劑稱為助凝劑。

                          助凝劑本身不起凝聚作用,因為它不能降低膠粒的ζ電位或起吸附架橋作用。助凝劑的作用只是提高絮凝體的強度,增加其重量,促進沉降,且使產生的污泥有較好的脫水性能:或者用于調整pH值,破壞對絮凝作用有干擾的物質。

                          常用的助凝劑有兩類:

                          (1)調節或改善絮凝條件的助凝劑,如CaO、Ca(OH)2、Na2CO3、NaHCO3等堿性物質,用來調整pH,以達到絮凝劑使用的較佳pH值。

                          (2)提高凝聚性、加強絮凝和沉降效果的助凝劑,如活性炭、膨潤土、活化硅藻土、粉煤灰及各種黏土等。

                          在各類絮凝劑中,無機高分子凝劑聚合氯化鋁PAC因為價格便宜、混凝效果好、適用性強、絮體形成快等優點而現已得到廣泛的應用,并逐漸替代硫酸鋁成為當前產量較大、應用范圍較為廣泛的絮凝劑。

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