絮凝劑
絮凝劑
理論基礎(chǔ)是;“聚并”理論，絮凝劑主要是帶有正電（負(fù))性的基團(tuán)中和一些水中帶有負(fù)(正）電性難于分離的一些粒子或者叫顆粒，降低其電勢(shì)，使其處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并利用其聚合性質(zhì)使得這些顆粒，集中，并通過(guò)物理或者化學(xué)方法分離出來(lái)。
一般為達(dá)到這種目的而使用的藥劑，稱之為絮凝劑。
主要分為兩大類別：鐵制劑系列和鋁制劑系列，當(dāng)然也包括其叢生的高聚物系列。絮凝劑有不少品種，其共通特點(diǎn)是能夠?qū)⑷芤褐械膽腋∥⒘＞奂?lián)結(jié)形成粗大的絮狀團(tuán)粒或團(tuán)塊。
絮凝劑簡(jiǎn)述如下：
無(wú)機(jī)絮凝劑
1.1 無(wú)機(jī)絮凝劑的分類和性質(zhì)
無(wú)機(jī)絮凝劑按金屬鹽可分為鋁鹽系及鐵鹽系兩大類；鋁鹽以硫酸鋁、氯化鋁為主，鐵鹽以硫酸鐵、氯化鐵為主。后來(lái)在傳統(tǒng)的鋁鹽和鐵鹽的基礎(chǔ)上發(fā)展合成出聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵等新型的水處理劑，它的出現(xiàn)不僅降低了處理成本，而且提高了功效。這類絮凝劑中存在多羥基絡(luò)離子，以O(shè)H-為架橋形成多核絡(luò)離子，從而變成了巨大的無(wú)機(jī)高分子化合物，相對(duì)分子質(zhì)量高達(dá)1×105。無(wú)機(jī)聚合物絮凝劑之所以比其他無(wú)機(jī)絮凝劑能力高、絮凝效果好，其根本原因就在于它能提供大量的如上所述的絡(luò)合離子，能夠強(qiáng)烈吸附膠體微粒，通過(guò)粘附、架橋和交聯(lián)作用，從而促使膠體凝聚。同時(shí)還發(fā)生物理化學(xué)變化，中和膠體微粒及懸浮物表面的電荷，降低了Zeta電位，使膠體粒子由原來(lái)的相斥變成相吸，破壞了膠團(tuán)的穩(wěn)定性，促使膠體微粒相互碰撞，從而形成絮狀混凝沉淀，而且沉淀的表面積可達(dá)(200-1000)m2/g，極具吸附能力。也就是說(shuō)，聚合物既有吸附脫穩(wěn)作用，又可發(fā)揮黏附、橋聯(lián)以及卷掃絮凝作用。
1.2 改性的單陽(yáng)離子無(wú)機(jī)絮凝劑
除常用的聚鋁、聚鐵外，還有聚活性硅膠及其改性品，如聚硅鋁(鐵)、聚磷鋁(鐵)。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、磷酸根等以增加配位絡(luò)合能力，從而改變絮凝效果，其可能的原因是：某些陰離子或陽(yáng)離子可以改變聚合物的形態(tài)結(jié)構(gòu)及分布，或者是兩種以上聚合物之間具有協(xié)同增效作用。
近年來(lái)國(guó)內(nèi)相繼研制出復(fù)合型無(wú)機(jī)絮凝劑和復(fù)合型無(wú)機(jī)高分子絮凝劑。聚硅酸絮凝劑(PSAA)由于制備方法簡(jiǎn)便，原料來(lái)源廣泛，成本低，是一種新型的無(wú)機(jī)高分子絮凝劑，對(duì)油田稠油采出水的處理具有更強(qiáng)的除油能力，故具有極大的開發(fā)價(jià)值及廣泛的應(yīng)用前景。聚硅酸硫酸鐵(PFSS)絮凝劑，發(fā)現(xiàn)高度聚合的硅酸與金屬離子一起可產(chǎn)生良好的混凝效果。將金屬離子引到聚硅酸中，得到的混凝劑其平均分子質(zhì)量高達(dá)2×105，有可能在水處理中部分取代有機(jī)合成高分子絮凝劑。聚磷氯化鐵(PPFC)中PO43-高價(jià)陰離子與Fe3+有較強(qiáng)的親和力，對(duì)Fe3+的水解溶液有較大的影響，能夠參與Fe3+的絡(luò)合反應(yīng)并能在鐵原子之間架橋，形成多核絡(luò)合物；對(duì)水中帶負(fù)電的硅藻土膠體的電中和吸附架橋作用增強(qiáng)，同時(shí)由于PO43-的參與使礬花的體積、密度增加，絮凝效果提高。聚磷氯化鋁(PPAC)也是基于磷酸根對(duì)聚合鋁(PAC)的強(qiáng)增聚作用，在聚合鋁中引入適量的磷酸鹽，通過(guò)磷酸根的增聚作用，使得PPAC產(chǎn)生了新一類高電荷的帶磷酸根的多核中間絡(luò)合物。聚硅酸鐵(PSF)它不僅能很好地處理低溫低濁水，而且比硫酸鐵的絮凝效果有明顯的優(yōu)越性，如用量少，投料范圍寬，礬花形成時(shí)間短且形態(tài)粗大易于沉降，可縮短水樣在處理系統(tǒng)中的停留時(shí)間等，因而提高了系統(tǒng)的處理能力，對(duì)處理水的pH值基本無(wú)影響。
1.3 改性的多陽(yáng)離子無(wú)機(jī)絮凝劑
聚合硫酸氯化鐵鋁(PAFCS)在飲用水及污水處理中，有著比明礬更好的效果；在含油廢水及印染廢水中PAFCS比PAC的效果均優(yōu)，且脫色能力也優(yōu)；絮凝物比重大，絮凝速度快，易過(guò)濾，出水率高；其原料均來(lái)源于工業(yè)廢渣，成本較低，適合工業(yè)水處理。鋁鐵共聚復(fù)合絮凝劑也屬這類產(chǎn)品，它的生產(chǎn)原料氯化鋁和氯化鐵均是廉價(jià)的傳統(tǒng)無(wú)機(jī)絮凝劑，來(lái)源廣，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，有利于開發(fā)應(yīng)用。鋁鹽和鐵鹽的共聚物不同于兩種鹽的混合物，它是一種更有效地綜合了PAC和FeCl3的優(yōu)點(diǎn)，增強(qiáng)了去濁效果的絮凝劑。
隨著人們對(duì)水處理認(rèn)識(shí)的不斷提高，殘留鋁對(duì)生物體產(chǎn)生的毒害作用倍受人們的關(guān)注，如何減少二次污染的問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越引起重視。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)方法制得的飲用水中鋁含量比原水一般高1-2倍。飲用水中殘留鋁等含量高，原因可能是絮凝過(guò)程不完善，導(dǎo)致部分鋁以氫氧化鋁的微細(xì)顆粒存在于水中。采用強(qiáng)化絮凝凈化法，改善絮凝反應(yīng)條件，延長(zhǎng)慢速絮凝時(shí)間等可有效地降低鋁等含量。考慮到無(wú)機(jī)絮凝劑具有一定的腐蝕性和毒性對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生不利影響，人們研制開發(fā)出了有機(jī)高分子絮凝劑。
有機(jī)高分子絮凝劑
有機(jī)高分子絮凝劑出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，它們應(yīng)用前途廣闊，發(fā)展非常迅速。已用于給水凈化，水/油體系破乳，含油廢水處理，廢水再資源化及污泥脫水等方面；還可用作油田開發(fā)過(guò)程的泥漿處理劑，選擇性堵水劑，注水增稠劑，紡織印染過(guò)程的柔軟劑，靜電防止劑及通用的殺菌、消毒劑等。
2.1 有機(jī)高分子絮凝劑種類和性質(zhì)
有機(jī)高分子絮凝劑有天然高分子和合成高分子兩大類。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上可以分為以下3種類型：(1)聚胺型-低分子量陽(yáng)離子型電解質(zhì)；(2)季銨型-分子量變化范圍大，并具有較高的陽(yáng)離子性；(3)丙烯酰胺的共聚物-分子量較高，可以幾十萬(wàn)到幾百萬(wàn)、幾千萬(wàn)，均以乳狀或粉狀的劑型出售，使用上較不方便，但絮凝性能好。根據(jù)含有不同的官能團(tuán)離解后粒子的帶電情況可以分為陽(yáng)離子型、陰離子型、非離子型3大類。有機(jī)高分子絮凝劑大分子中可以帶-COO-、-NH-、-SO3、-OH等親水基團(tuán)，具有鏈狀、環(huán)狀等多種結(jié)構(gòu)。因其活性基團(tuán)多，分子量高，具有用量少，浮渣產(chǎn)量少，絮凝能力強(qiáng)，絮體容易分離，除油及除懸浮物效果好等特點(diǎn)，在處理煉油廢水，其它工業(yè)廢水，高懸浮物廢水及固液分離中陽(yáng)離子型絮凝劑有著廣泛的用途。特別是丙烯酰胺系列有機(jī)高分子絮凝劑以其分子量高，絮凝架橋能力強(qiáng)而顯示出在水處理中的優(yōu)越性。
2.2 非離子型有機(jī)高分子絮凝劑
非離子型有機(jī)高分子絮凝劑主要是聚丙烯酰胺。它由丙烯酰胺聚合而得。
2.3 陰離子型有機(jī)高分子絮凝劑
(1)陰離子型有機(jī)高分子絮凝劑主要有聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鈣以及聚丙烯酰胺的加堿水解物等聚合物。
(2)丙烯酰胺和苯乙烯磺酸鹽、木質(zhì)磺酸鹽、丙烯酸、甲基丙烯酸等共聚物。
2.4 陽(yáng)離子型有機(jī)高分子絮凝劑
2.4.1 季銨化的聚丙烯酰胺
季銨化的聚丙烯酰胺陽(yáng)離子均是將-NH2經(jīng)過(guò)羥甲基化和季銨化而得，可以分為聚丙烯酰胺陽(yáng)離子化和陽(yáng)離子化丙烯酰胺聚合。
(1)由聚丙烯酰胺季銨化
聚丙烯酰胺(PAM)先與甲醛水溶液反應(yīng)，酰胺基部分羥甲基化，其次與仲胺反應(yīng)進(jìn)行烷胺基化，然后與鹽酸或胺基化試劑反應(yīng)使叔胺季銨化。
(2)由季銨化的丙烯酰胺聚合
在堿性條件下，先由丙烯酰胺與甲醛水溶液反應(yīng)，然后與二甲胺反應(yīng)，冷卻后加鹽酸季銨化。產(chǎn)物經(jīng)蒸發(fā)濃縮、過(guò)濾，得季銨化丙烯酰胺單體。
2.4.2 聚丙烯酰胺的陽(yáng)離子衍生物
這類產(chǎn)品多是由丙烯酰胺與陽(yáng)離子單體共聚合得到的。
2.5 兩性聚丙烯酰胺聚合物
以部分水解聚丙烯酰胺加入適量甲醛和二甲胺，通過(guò)曼尼茲反應(yīng)合成出具有羧基和胺甲基的兩性型聚丙烯酰胺絮凝劑。
2.6 丙烯酰胺接枝共聚物
因?yàn)榈矸蹆r(jià)廉來(lái)源豐富，其本身也是高分子化合物，它具有親水的剛性鏈，以這種剛性鏈為骨架，接上柔性的聚丙烯酰胺支鏈，這種剛?cè)嵯酀?jì)的網(wǎng)狀大分子除了保持原聚丙烯酰胺的功能之外，還具有某些更為優(yōu)異的性能。
由于大多數(shù)有機(jī)高分子絮凝劑本身或其水解、降解產(chǎn)物有毒，且合成用丙烯酰胺單體有毒，能麻醉人的中樞神經(jīng)，應(yīng)用領(lǐng)域受到一定限制，迫使絮凝劑向廉價(jià)實(shí)用、無(wú)毒高效的方向發(fā)展。
微生物絮凝劑
3.1 微生物絮凝劑概述
國(guó)外微生物絮凝劑的商業(yè)化生產(chǎn)始于20世紀(jì)90年代，因不存在二次污染，使用方便，應(yīng)用前景誘人。如紅平紅球菌及由此制成的NOC-1是目前發(fā)現(xiàn)的最佳微生物絮凝劑，具有很強(qiáng)的絮凝活性，廣泛用于畜產(chǎn)廢水、膨化污泥、有色廢水的處理。我國(guó)微生物絮凝劑的制品尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。
微生物絮凝劑主要包括利用微生物細(xì)胞壁提取物的絮凝劑，利用微生物細(xì)胞壁代謝產(chǎn)物的絮凝劑、直接利用微生物細(xì)胞的絮凝劑和克隆技術(shù)所獲得的絮凝劑。微生物產(chǎn)生的絮凝劑物質(zhì)為糖蛋白、粘多糖、蛋白質(zhì)、纖維素、DNA等高分子化合物，相對(duì)分子質(zhì)量在105以上。
微生物絮凝劑是利用生物技術(shù)，從微生物體或其分泌物提取、純化而獲得的一種安全、高效，且能自然降解的新型水處理劑。由于微生物絮凝劑可以克服無(wú)機(jī)高分子和合成有機(jī)高分子絮凝劑本身固有的缺陷，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)污染排放，因此微生物絮凝劑的研究正成為當(dāng)今世界絮凝劑方面研究的重要課題。
3.2 微生物絮凝劑的種類和性質(zhì)
微生物絮凝劑的研究者早就發(fā)現(xiàn)，一些微生物如酵母、細(xì)菌等有細(xì)胞絮凝現(xiàn)象，但一直未對(duì)其產(chǎn)生重視，僅是作為細(xì)胞富集的一種方法。近十幾年來(lái)，細(xì)胞絮凝技術(shù)才作為一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的生物產(chǎn)品分離技術(shù)在連續(xù)發(fā)酵及產(chǎn)品分離中得到廣泛的應(yīng)用。微生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生的具有絮凝功能的高分子有機(jī)物。主要有糖蛋白、粘多糖、纖維素和核酸等。從其來(lái)源看，也屬于天然有機(jī)高分子絮凝劑，因此它具有天然有機(jī)高分子絮凝劑的一切優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，微生物絮凝劑的研究工作已由提純、改性進(jìn)入到利用生物技術(shù)培育、篩選優(yōu)良的菌種，以較低的成本獲得高效的絮凝劑的研究，因此其研究范圍已超越了傳統(tǒng)的天然有機(jī)高分子絮凝劑的研究范疇。具有分泌絮凝劑能力的微生物稱為絮凝劑產(chǎn)生菌。最早的絮凝劑產(chǎn)生菌是Butterfield從活性污泥中篩選得到。1976年，Nakamura j.等人從霉菌、細(xì)菌、放線菌、酵母菌等菌種中，篩選出19種具有絮凝能力的微生物，其中以醬油曲霉(Aspergillus souae)AJ7002產(chǎn)生的絮凝劑效果最好。1985年，Takagi H等人研究了擬青霉素(Paecilomyces sp.l-1)微生物產(chǎn)生的絮凝劑PF101。PF101對(duì)枯草桿菌、大腸桿菌、啤灑酵母、血紅細(xì)胞、活性污泥、纖維素粉、活性炭、硅藻土、氧化鋁等有良好的絮凝效果。1986年，Kurane等人利用紅平紅球菌 (Rhodococcuserythropolis)研制成功息生物絮凝劑NOC-1，對(duì)大腸桿菌、酵母、泥漿水、河水、粉煤灰水、活性碳粉水、膨脹污泥、紙漿廢水等均有極好的絮凝和脫色效果，是目前發(fā)現(xiàn)的最好的微生物絮凝劑。
絮凝劑的分子質(zhì)量、分子結(jié)構(gòu)與形狀及其所帶基團(tuán)對(duì)絮凝劑的活性都有影響。一般來(lái)講，分子量越大，絮凝活性越高；線性分子絮凝活性高，分子帶支鏈或交聯(lián)越多，絮凝性越差；絮凝劑產(chǎn)生菌處于培養(yǎng)后期，細(xì)胞表面蔬水性增強(qiáng)，產(chǎn)生的絮凝劑活性也越高。處理水體中膠體離子的表面結(jié)構(gòu)與電荷對(duì)絮凝效果也有影響。一些報(bào)道指出，水體中的陽(yáng)離子，特別是Ca2+、Mg2+的存在能有效降低膠體表面負(fù)電荷，促進(jìn)“架橋”形成。另外，高濃度Ca2+的存在還能保護(hù)絮凝劑不受降解酶的作用。微生物絮凝劑絮凝范圍廣、絮凝活性高，而且作用條件粗放，大多不受離子強(qiáng)度、pH值及溫度的影響，因此可以廣泛應(yīng)用于污水和工業(yè)廢水處理中。微生物絮凝劑高效、安全、不污染環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)藥、食品加工、生物產(chǎn)品分離等領(lǐng)域也有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。
結(jié) 語(yǔ)
縱觀絮凝劑的現(xiàn)狀可以看出，絮凝劑的品種繁多，從低分子到高分子，從單一型到復(fù)合型，總的趨勢(shì)是向廉價(jià)實(shí)用、無(wú)毒高效的方向發(fā)展。無(wú)機(jī)絮凝劑價(jià)格便宜，但對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生不利影響；有機(jī)高分子絮凝劑雖然用量少，浮渣產(chǎn)量少，絮凝能力強(qiáng)，絮體容易分離，除油及除懸浮物效果好，但這類高聚物的殘余單體具有“三致”效應(yīng)(致崎、致癌、致突變)，因而使其應(yīng)用范圍受到限制；微生物絮凝劑因不存在二次污染，使用方便，應(yīng)用前景誘人。微生物絮凝劑將可能在未來(lái)取代或部分取代傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)高分子和合成有機(jī)高分子絮凝劑。微生物絮凝劑的研制和應(yīng)用方興未艾，其特性和優(yōu)勢(shì)為水處理技術(shù)的發(fā)展展示了一個(gè)廣闊的前景。

標(biāo)簽：絮凝什么