无机高分子絮凝剂及其应用XXXXXXX 某某混凝剂是混凝技术之中最重要的关键之所在,主要分为无机混凝剂和有机混凝剂两大类。
而由于具有毒性较低,价格较为便宜,原料容易获取,容易贮存等很多优点无机混凝剂因而在混凝技术中占据着极其重要的位置。
无机混凝剂的种类较少,主要分为铝和铁的盐类及其水解聚合产物,已经发展很完善成熟并且已经具有公认的产品代表,其中传统的小分子混凝剂如硫酸铝、氯化铁等由于投量大、处理成本高已逐渐被新型的无机高分子混凝剂所代替[1]。
无机高分子混凝剂(Inorganic Polymer Flocculation,IPF)以其投药量少、无毒或低毒、价廉和处理效果好等优点,越来越受到人们的重视,逐渐成为给水、工业废水和城市污水处理的主流混凝剂,被称为第二代混凝剂。
目前应用比较多的还是聚铝、聚铁两大系列,如PAC、PFC等,但是新型的聚硅、聚磷和聚硫也不断面世,并显现出不凡的混凝效果,如聚硅酸铝、聚磷酸铁等。
因此,无机高分子混凝剂呈现多品种、多组份和多功能的发展趋势。
1.1 常规绿铁系类(1)聚合氯化铝(PAC)聚合氯化铝自60年代日本问世以来,发展迅速,成为国际公认的一种优良净水剂。
它具有混凝效果好、用量少、絮体沉降快、使用范围广等优点。
试验证明,用混凝法处理石油化工废水时,聚合氯化铝较之传统的混凝剂如硫酸铝、甚至聚铁其絮凝性能好,所需药剂投放量少,有利于后处理,而且去除率高,对原水pH值影响小,可作为石化污水回收处理的混凝剂。
潘碌亭[2]等人对PAC在印染废水中的应用进行了研究,当其投加量700-900mg/L时,pH控制在5.4-6.6时,脱色率可达93%,且较其它絮凝剂产生的矾花大,沉降速度快。
(2)聚合硫酸铝铁(PAFS)骆丽君[3]研究了PAFS和PAM 组合对造纸废水的混凝处理,表明在溶液pH 值为5,PAFS投加量为1000mg/L,PAM 的用量为2.5mg/L,温度为20℃,搅拌时间20min 时,COD的去除率可达80%左右。
李玉红[4]等利用电场粉煤灰为主要原料研制了PAFS,并用它对济南炼油厂含油废水处理,发现聚硅酸铝铁的混凝速度快,形成矾花大,易于水渣分离。
油及S2-的去除率都超过95%,混凝处理效果明显优于聚合氯化铝及聚合硫酸铁。
用于污泥脱水,具有投加量少,滤饼含水率低、滤液澄清度高的特点。
(3)聚合氯化铝铁(PAFC)田宝珍[5]在试验室用氯化铝和氯化铁作原料制成的PAFC对自制的高岭土悬浊液进行了处理。
结果表明,该复合混凝剂相对于FeCl3和PAC来说,其初凝时间、矾花大小及沉降速度优于聚合铝,而出水色度比FeCl3好。
另据报道,PAFC 兼有铝盐和铁盐混凝剂的特性,具有沉降快、形成絮体大等特点,且出水色度比FeCl3好,在pH=7.0-8.0范围内除浊效果最佳,用它处理长江原水,其水质符合《生活饮用水水质标准》。
用其处理印染废水有较好的除色、除味、除臭和消毒效果。
用PAFC 处理电子管厂废水、电镀废水,洗涤剂废水等,均比用PAC, PFS和PFSC的处理效果要好。
(4)聚合硫酸铁(PFS)聚合硫酸铁(PFS)是一种多价聚合电解质混凝剂。
可视为Fe2(SO3)3和Fe(OH)3的中间水解产物,通过OH桥联接成为多核配合物,然后大量增加而形成无机高分子聚合体。
为考察聚合硫酸铁处理含油废水的能力,屈雪如等进行了4t/h左右规模的石油炼油厂污水处理中试试验。
结果表明,经聚合硫酸铁处理后污水含油量降到8.16mg/L以下,COD去除率比聚合氯化铝高5.28%,达到排放标准。
1.2.2 聚硅类(1)聚硅酸铝铁(PSAF)聚硅酸铝铁(PAFS)是一种性能优良的新型复合混凝剂,用于废水处理的同时兼有电中和、压缩双电层和吸附架桥等多重作用。
隋智慧,刘安军[6] 用煤矸石和硫铁矿烧渣作原料制备一种无机高分子混凝剂聚硅酸铝铁(PSAF),用来处理印染废水。
实验结果是当pH值为6-9 范围内, PSAF对印染废水有很好的处理效果;在常温,pH值为7.2 ,PSAF混凝剂投加量为75 mg/L 时,印染废水的SS、色度及COD Cr的去除率分别为94.1%、88.6%和81.2%。
PSAF混凝剂具有混凝沉降速度快,污泥体积小,处理后水中残余量低,处理费用低等特点。
刘伟[7]利用粉煤灰制备的聚硅酸铝铁,进行油田注水处理实验,结果表明,当PSAF用量为75mg/L,PSAF在pH为5-9时,除油率达95%,除浊率和COD 的去除率分别在94%与87%以上。
(2)聚合硅酸铝(PSAA)聚合硅酸铝(PSAA)[8]是一种复合型无机阳离子高分子混凝剂,它是在聚硅酸的(APS)的基础上引入氧化铝或硫酸铝而形成的。
它在对胶体的混凝过程中可同时发生静电中和、吸附架桥及网捕三种功能。
高宝玉等通过比较不同混凝剂净化辽河油田稠油采出水的效果发现,聚合硅酸铝(PSAA)的除油效果最好,PSAA在pH=5时除油效果最好,此时的PSAA 水解产物所带正点荷最高,具有最强的吸附、电中和及压缩双电层的能力。
污水处理后含油量降低到3.0mg/L,油去除率达97.3%。
(3)聚硅硫酸铁(PSPFS)聂丽君,史博[9]自行研制的聚硅硫酸铁,采用正交实验法对印染废水进行实验处理,最终确定在投加量为30mg/L,最佳pH为6.5-7.5时,脱色率最高。
处理印染废水的效果比PAC更加优异。
(4)聚合硅酸硫酸铁(PFSS)和聚合硫酸铁(PFS)曹百川,高宝玉,岳钦艳等[10]用聚合硅酸硫酸铁(PFSS)和聚合硫酸铁(PFS)两种无机高分子混凝剂处理黄河水,考察了两种混凝剂对浊度和UV254的去除效果.通过激光粒度仪在线观察混凝过程中絮体的生长情况,发现PFSS比PFS 生成的絮体生长速度快,尺寸大.对形成的絮体施加不同强度的剪切力,通过观察絮体粒径的变化来比较絮体的强度,发现PFSS生成的絮体强度较大.研究了在不同剪切强度扣不同剪切时间下絮体的破碎程度和絮体的恢复能力。
发现PFSS生成絮体的的抗剪切能力较强,而PFS生成的絮体具有更强的再生能力。
1.2.3聚磷类(1)聚磷硫酸铁(PPFS)朱虹[11] 等人用聚磷硫酸铁处理活性及分散染料废水,通过COD和色度去除率的测试,找出了其最佳使用浓度和pH,并与常用的絮凝剂聚合硫酸铁进行了对比,证明它是一种更为有效的活性染料废水处理絮凝剂。
(2)聚磷氯化铝(PPAC)聚磷氯化铝(PPAC)是基于磷酸根对聚合氯化铝的增聚作用,在聚合氯化铝中引入了适量的磷酸盐,通过磷酸根的增聚作用,使得PPAC中产生了新一类高电荷带磷酸根的多核中间络合物。
吴早春[12]等人用自制的聚磷氯化铝(PPAC)对重型机械厂含油废水混凝进行了试验研究。
在混凝过程中发现:当PPAC投药量在1-5mg/L时,矾花形成快,大而结实,沉降性能好。
但当投药量超过5mg/L 是会出现复稳现象,在投药量小时,只有聚磷氯化铝能达到理想的除浊、除COD、除油效果,浊度和油分的去除率在90%以上,COD去除率在80%以上,这是聚合氯化铝所无法比拟的。
1.2.4 复配类(1)硅铝复合无机高分子混凝剂翟丕沐,岳钦艳,高宝玉[13]比较研究了铝硅复合无机高分子(CAS)混凝剂与聚合氯化铝(PAC)混凝剂处理模拟水、低浊高藻含量的水库水、高浊度的黄河水及含油废水的混凝效果。
研究结果表明,CAS作为一种新型高效无机高分子水处理剂,其除浊、脱色和除油效果都优于PAC。
(2)复配絮凝剂P(AM- DMC-MPMS) / PFS尚宏周,郑玉斌[14] 利用新型絮凝剂聚(丙烯酰胺- 甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷) [ P(AM- DMC-MPMS) ]与聚合硫酸铁(PFS)为原料,制备出复配絮凝剂,并研究了其对染料和印染废水的絮凝效果。
结果表明当投加量为55.68 mg/L时,达到最高脱色率82.57 %。
(3)复合絮凝剂(PAC-CTS)田鹏, 王莉,邓红霞[15] 等制备了无机- 有机天然高分子复合絮凝剂PAC-CTS,并探讨了其组成、投加量以及废水pH 对制药废水絮凝效果的影响。
结果表明,当废水pH 为6,复合絮凝剂组成中C为1/ 10,投加量为40 mg/ L 时, 废水的色度和COD Cr 的去除率分别达到76. 3%和47%。
优于无机高分子絮凝剂PAC。
可见,复合絮凝剂PAC-CTS兼有无机和有机絮凝剂的优点,是一种使用范围较广的新型絮凝剂。
(4)复合混凝剂(PAFM)李玉江,刘宝等[16] 以黄铁矿烧渣和食盐电解含镁废渣为主要原料研制了一种复合脱色混凝剂。
试验了它对染料废水的脱色效果, 并对其混凝脱色机理进行了探讨。
实验结果表明:PAFM具有良好的混凝除浊能力,用于多种料色废水处理,在pH值为5.0-13.0时,在PAFM 60mg/L的加量下, 废水脱色率达96%以上, 甚至高达98.8%;活性染料在PAFM 120mg/ L下,脱色率也在96%以上。
(5)复合絮凝剂邓书平[17] 采用聚二甲基二烯丙基氯化铵、阳离子型聚季铵盐和粉煤灰自制新型混凝剂,并考察了药剂投量、pH值、吸附时间对处理效果的影响。
结果表明:复合混凝剂投加量为12g/L、吸附时间为55min、pH值=9、反应温度为20℃时,印染废水的脱色率可达97.9%以上。
(6)硼聚硅酸硫酸铁(PFSSB)于瑞莲,胡恭任[18]制备的含硼聚硅酸硫酸铁(PFSSB)混凝剂具有高效、适用范围广、无毒、适用件强等特点。
用水玻璃、硫酸铁和硼砂为原料,SiO2浓度在3.0%,活化pH=2和活化时间lh等工艺条件下制取含硼聚硅酸硫酸铁(PFSSB)混凝剂。
制备PFSSB混凝剂的优化条件为Fe3+及SiO2和B的摩尔比为1:2:0.3,最佳碱化度为0.2。
含硼聚硅酸硫酸铁(PFSSB)混凝剂处理微污染水源水的最佳投药量为2mL,混凝时问为40min,pH范围为6-8。
总之,目前混凝剂正向着高分子化、复合化、系列化、专用化的方向发展。
一方面完善无机高分子混凝剂产品的实用化研究,同时加强无机混凝剂与有机高分子混凝剂复合剂型的制造和应用。
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