尹奮平 烏蘭 吳尚 王霞

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅蘭州 730030）

淺談廢水處理中高分子絮凝劑的應(yīng)用

尹奮平 烏蘭 吳尚 王霞

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅蘭州 730030）

廢水處理過程中較多地使用了高分子絮凝劑，筆者在文中就四類復(fù)合型高分子絮凝劑進(jìn)行簡述，包括無機(jī)復(fù)合高分子絮凝劑、有機(jī)復(fù)合高分子絮凝劑、無機(jī)-有機(jī)復(fù)合高分子絮凝劑和復(fù)合微生物絮凝劑，并對各自廢水處理過程中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行闡述，隨后比較了這些復(fù)合型高分子絮凝劑具有的優(yōu)缺點(diǎn)。最后對復(fù)合型高分子絮凝劑在未來的研發(fā)領(lǐng)域進(jìn)行探討。

高分子絮凝劑；廢水處理；應(yīng)用

作為歷史最悠久的處理水方法，絮凝(混凝)法的成本較低，具有很強(qiáng)的操作性，現(xiàn)在已經(jīng)被國內(nèi)外廣泛地應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。絮凝法的核心就是絮凝劑，在未來處理水領(lǐng)域也將以絮凝劑為中心展開研究。由于全球的人口在不斷增長，工業(yè)和農(nóng)業(yè)在持續(xù)發(fā)展，不可避免地會造成生活污水和工業(yè)廢水越來越多，種類也更加復(fù)雜；人們的生活水平得到發(fā)展的同時開始對水環(huán)境提出了更高的要求，水處理技術(shù)面臨更新?lián)Q代。這種復(fù)合型高分子絮凝劑處理水的原理就是通過不同類型絮凝劑混合，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)絮凝的效果，更廣泛地應(yīng)用于水處理領(lǐng)域，能夠大大節(jié)約絮凝劑用量，產(chǎn)生更少的污泥，直接減少水處理成本。

1 復(fù)合型絮凝劑的分類

1.1 無機(jī)-無機(jī)復(fù)合型高分子絮凝劑

由于這種無機(jī)-無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑可以在處理水的過程中提供大量的多羥基絡(luò)合離子，具有較好的絮凝效果。這種高分子絮凝劑可以有效吸附污染物膠體微粒，主要通過黏附、架橋、交聯(lián)作用，實(shí)現(xiàn)膠體的凝聚過程。此外，在處理水的過程中還會出現(xiàn)物理變化，絮凝劑中的電子可以中和膠體微粒及懸浮物表面蓄積的電荷。讓膠體離子相互吸引到一起，從而讓膠體絮凝沉淀下來。

1.1.1 聚硅鋁鹽系列絮凝劑

第一代聚硅鋁鹽系列絮凝劑優(yōu)化了傳統(tǒng)絮凝劑殘鋁量多的問題，能夠在短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)沉降，對處理池的腐蝕性小，實(shí)際絮凝效果要比無機(jī)絮凝劑明顯，目前我國正在進(jìn)行這方面的研究。有國內(nèi)學(xué)者將聚硅氯化鋁應(yīng)用于廢水的處理，證明了聚硅氯化鋁具有更好的絮凝效果。

1.1.2 聚硅鐵鹽系列絮凝劑

這種絮凝劑含有的鐵離子能夠大大延長聚硅酸的膠凝時間，通過控制制備過程中各組分的適當(dāng)配比，能夠得到同時兼有電中和作用和吸附架橋能力的聚硅酸鐵。國內(nèi)學(xué)者楊園晶在實(shí)驗(yàn)室成功制備了聚合硅酸鐵，在混凝試驗(yàn)中得到了以下結(jié)果：經(jīng)測定，該混凝劑的pH為2～3，含有6%～7%的SiO2，控制實(shí)驗(yàn)溫度為25℃、硅和鐵的物質(zhì)的量比為1：1，經(jīng)反復(fù)實(shí)驗(yàn)得出要想得到最佳的混凝效果應(yīng)控制熟化時間為35min以上。將聚合硅酸鐵和聚合硫酸鐵與聚合氯化鋁進(jìn)行比較，前者在最佳投量上要少于后兩者，不過能夠得到更好的處理效果。要想獲得最佳的除濁效果，應(yīng)控制pH值為5～13，最終得到的水體能夠達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

1.1.3 聚硅鋁鐵系列絮凝劑

通過大量實(shí)驗(yàn)操作，可知鋁鹽絮凝劑具有形成絮體大、脫色作用良好的特點(diǎn)，不過形成的絮體過于松散，作用時間過長；但是含鐵鹽的絮凝劑形成的絮體更加密實(shí)，不過最終出水有較深的顏色。當(dāng)加入Fe與Al，就可以讓絮凝劑具有吸附架橋和電中和作用，同時還能集合鋁、鐵的優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)絮凝的效果。

1.2 無機(jī)-有機(jī)復(fù)合型高分子絮凝劑

無機(jī)絮凝劑在上個世紀(jì)60年代就開始了大量的研究，由于有機(jī)高分子絮凝劑同時得到了長足的發(fā)展和應(yīng)用。在有機(jī)高分子絮凝劑中含有-COO-，-NH-，-OH等親水基團(tuán)，在結(jié)構(gòu)上是鏈狀和環(huán)狀的形式。通過利用無機(jī)-有機(jī)復(fù)合制造工藝，能夠有效集合有機(jī)無機(jī)的優(yōu)勢。目前，研制無機(jī)-有機(jī)復(fù)合高分子絮凝劑一般就是對這兩種類型的高分子絮凝劑進(jìn)行復(fù)配，包括鋁系、鐵系、鐵鋁系、鎂系、聚硅酸鹽等。

1.3 有機(jī)-有機(jī)復(fù)合型高分子絮凝劑

有關(guān)有機(jī)-有機(jī)復(fù)合型高分子絮凝劑的研究尚且處于起步的階段。除了有機(jī)-有機(jī)復(fù)合型高分子絮凝劑，常見的還有復(fù)配型有機(jī)-有機(jī)高分子絮凝劑。這種復(fù)合型高分子絮凝劑是對合成有機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑和天然有機(jī)高分子改性絮凝劑的綜合應(yīng)用。目前已經(jīng)有大量的人工合成有機(jī)高分子絮凝劑被應(yīng)用到了水處理領(lǐng)域。丙烯酸的聚合物在人工合成的有機(jī)高分子絮凝劑中能夠制備成陽離子型、陰離子型、非離子型或兩性高分子絮凝劑，可以處理各種行業(yè)的廢水。國內(nèi)學(xué)者胡瑞等人在實(shí)驗(yàn)室制備了陽離子聚丙烯酰胺類絮凝劑，通過在污水廠進(jìn)行的廢水處理測試，得到了較好的結(jié)果，能夠去除高達(dá)80%的COD，去除95%的色度和濁度。由于其高效、安全的特性。因此得到了水處理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

1.4 復(fù)合型微生物絮凝劑

復(fù)合型微生物絮凝劑指的就是利用廉價底物在多菌株混合環(huán)境下通過充分發(fā)酵，得到的微生物絮凝劑。這種絮凝劑能夠簡單進(jìn)行分離，具有較高的沉降效率，方便降解，并且最終產(chǎn)物對環(huán)境無害，在使用過程中不會出現(xiàn)二次污染，具有較好的普適性，是一種綠色高效安全的絮凝劑，在業(yè)內(nèi)被廣泛使用，得到了業(yè)界的認(rèn)可，被稱為第二代絮凝劑。國內(nèi)也有部分學(xué)者提出了復(fù)合菌群的概念，用于產(chǎn)生高效微生物絮凝劑，主要處理的對象是靛藍(lán)印染廢水。通過對復(fù)合型微生物絮凝劑產(chǎn)生菌群進(jìn)行研究，得到了其生長曲線變化圖，包括了各項(xiàng)參數(shù)的變動。通過分析后可知：最終得到的絮凝效果和細(xì)胞生長之間存在正相關(guān)關(guān)系。通過鑒定菌種發(fā)現(xiàn)不止一種微生物可以充當(dāng)絮凝劑，不過在實(shí)際使用中還是沒有見到案例。

2 復(fù)合型高分子絮凝劑的優(yōu)缺點(diǎn)

由于無機(jī)復(fù)合型高分子絮凝劑在來源上非常廣，制備難度較低，對環(huán)境十分友好，成本較低，雖然由以上幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)，不過因?yàn)檫@種絮凝劑主要由陽離子和陰離子結(jié)合制備而成。若降低產(chǎn)品的電荷就會影響絮凝效果，為保證實(shí)際效果只能增加用量。使用無機(jī)復(fù)合型高分子絮凝劑進(jìn)行處理得到的水體中含有部分Al、Fe，應(yīng)當(dāng)考慮它們帶來的毒副作用，排放的時候應(yīng)注意是否會影響居民的生活水源。有機(jī)復(fù)合型高分子絮凝劑能夠用更少的量得到相同的絮凝效果，而且處理的時間也較短，不過通常會帶來較大的毒性，成本問題也不得不考慮，使其在廢水處理領(lǐng)域并沒有大規(guī)模推廣使用。而無機(jī)-有機(jī)復(fù)合型高分子絮凝劑則有效地結(jié)合了這兩者的優(yōu)點(diǎn)，能夠大大提高絮凝效果，控制水處理的成本。不過這種復(fù)合型絮凝劑也有可能會存在穩(wěn)定性和毒性方面的問題。正處于研究階段的復(fù)合微生物絮凝劑可以解決毒性的問題，最終降解的產(chǎn)物對環(huán)境友好，同時絮凝效果也比較良好，不過以目前所有的技術(shù)水平，很難尋找經(jīng)濟(jì)的微生物并進(jìn)行大規(guī)模培養(yǎng)和工業(yè)化。

3 結(jié)語

一直以來，努力開發(fā)出更加高效，具有廣泛適用范圍、環(huán)保無毒經(jīng)濟(jì)的絮凝劑是水處理領(lǐng)域的一大研究重點(diǎn)。正由于復(fù)合型高分子絮凝劑在諸多方面都要優(yōu)于傳統(tǒng)的單一絮凝劑，因此在最近幾年，絮凝劑市場逐漸被復(fù)合型高分子系列的絮凝劑占領(lǐng)。隨著工業(yè)的發(fā)展，水體中含有的物質(zhì)也越來越多，群眾對環(huán)境保護(hù)的呼聲也越來越高?，F(xiàn)在水處理領(lǐng)域正在廣泛使用的絮凝劑無法完全滿足要求。所以，我們還需要對復(fù)合型絮凝劑的理論與應(yīng)用進(jìn)行長久的研究。

[1]蔣文天.無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑聚硅硫酸鹽處理印鈔廢水研究[D].南昌大學(xué),2008.

[2]王艷.聚鐵類無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑的制備及在高濃度淀粉廢水處理中的應(yīng)用[D].西北師范大學(xué),2009.

[3]尹奮平.改性天然高分子絮凝劑的制備及在廢水處理中的應(yīng)用研究[D].西北師范大學(xué),2005.

[4]李佳鳳.高效綠色生物絮凝劑的微波合成及其在廢水處理中的應(yīng)用[D].西安工程大學(xué),2011.

[5]郭俊元.微生物絮凝與改性沸石吸附聯(lián)合處理豬場廢水的研究[D].湖南大學(xué),2013.

尹奮平（1975—），男，甘肅隴南，碩士，講師，研究方向：環(huán)境友好高分子材料。

西北民族大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（31920130062）。