淺談絮凝劑在污水處理中的應(yīng)用

朱 進(jìn)

(山西潞安焦化有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 047599)

引 言

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，需水量不斷增加，為保證水資源的可持續(xù)利用，解決水環(huán)境污染問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)了多種水處理工藝，其中絮凝沉淀法因其簡(jiǎn)單高效、投資省等優(yōu)勢(shì)，在廢水一級(jí)處理中占有重要地位。絮凝劑是一種能將懸浮液中的細(xì)小顆粒凝聚成較大的懸浮顆粒并沉降，從而達(dá)到凈化水質(zhì)目的的藥劑，廣泛應(yīng)用于給水和污水處理等領(lǐng)域，其發(fā)展經(jīng)歷了從無(wú)機(jī)絮凝劑到有機(jī)絮凝劑，再到微生物絮凝劑的過(guò)程。

絮凝沉淀是污水處理最普遍的操作單元之一，也是一種較為有效且成本較低的預(yù)處理方法。絮凝劑的品質(zhì)直接影響著污水的處理效果。絮凝劑種類(lèi)繁多，按化學(xué)成分不同主要分為無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑和微生物絮凝劑。

1 無(wú)機(jī)絮凝劑

無(wú)機(jī)絮凝劑因其成本低而廣泛應(yīng)用，按照相對(duì)分子質(zhì)量的不同可將無(wú)機(jī)絮凝劑分為高分子系和低分子系兩大類(lèi)，如，氯化鋁、氯化鐵、硫酸鋁和硫酸鐵等屬于低分子絮凝劑，其絮凝速度慢，絮狀物小，腐蝕性強(qiáng)，在污水處理應(yīng)用中效果不理想；如，鋁鹽、鐵鹽的水解產(chǎn)生聚合氯化鋁和聚合硫酸鐵等屬于高分子絮凝劑，現(xiàn)在市場(chǎng)上無(wú)機(jī)高分子類(lèi)絮凝劑銷(xiāo)售份額約占80%以上，其中，聚合氯化鋁約占60%～70%，聚合硫酸鐵約占6%～8%，其他活化硅酸、鈣鹽、鎂鹽等約占2%～5%[1-2]。

其中，聚合氯化鋁，又稱(chēng)PAC，相較于傳統(tǒng)無(wú)機(jī)低分子混凝劑，它具有更多的高電荷，所以具有強(qiáng)烈的吸附能力和更強(qiáng)的中和能力，在污水處理中顯示出卓越的絮凝效果。除此之外，PAC具有用量少、除濁率高、產(chǎn)生污泥少、對(duì)出水pH影響小等優(yōu)勢(shì)。劉丹等[3]以聚合氯化鋁為混凝劑，采用混凝法處理高濃度滌綸廢水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PAC可有效降低廢水的懸浮物、有機(jī)物含量和生物毒性，其對(duì)濁度、COD、BOD5和生物毒性的最高去除率分別為99.9%、92.8%、91.2%和99.2%。此外，PAC在一定程度上可提高廢水的可生化性。Yang等[4]采用不同的初始pH條件和混凝劑用量，研究了AlCl3和PAC在黃河水處理過(guò)程中的混凝性能，并研究了殘余鋁的形態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PAC顯示出優(yōu)于AlCl3的絮凝效果，并且在堿性條件下略微改變了初始pH。PAC處理產(chǎn)生的殘留Al的濃度低于AlCl3。

2 有機(jī)絮凝劑

有機(jī)絮凝劑因其分子上的鏈節(jié)與水中膠體微粒有極強(qiáng)的吸附作用，絮凝架橋能力較強(qiáng)，因此絮凝性能優(yōu)異。有機(jī)高分子絮凝劑大致分為天然改性類(lèi)有機(jī)高分子絮凝劑和人工合成類(lèi)有機(jī)高分子絮凝劑。天然改性類(lèi)有機(jī)高分子絮凝劑目前研究最多的是淀粉衍生物、木質(zhì)素衍生物、天然膠衍生物等化學(xué)天然改性類(lèi)高分子絮凝劑，而人工合成類(lèi)有機(jī)高分子絮凝劑目前研究的有陰離子型，包括聚丙烯酰胺(PAM)和聚丙烯酸鈉(PAA)；陽(yáng)離子型，包括季銨鹽基、喹啉嗡離子基和吡啶嗡離子基；非離子型，包括非離子型聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯(PEO)等。王瑞[5]制備了聚丙烯酸共聚物有機(jī)絮凝劑(PAMDX)并對(duì)遼河油田污水進(jìn)行了絮凝性能實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PAM、PAC等絮凝劑使用劑量在80 mg/L～120 mg/L時(shí)才會(huì)有較好的絮凝效果，但是透光率依然較差。而PAMDX的使用劑量?jī)H為7 mg/L左右就可以達(dá)到最佳的絮凝性能。并且，COD去除率、污油去除率都可以達(dá)到90%以上，透光率最高可以達(dá)到70%，污水處理效果十分明顯。

3 微生物絮凝劑

微生物絮凝劑是利用微生物技術(shù)，通過(guò)細(xì)菌、真菌等微生物發(fā)酵、抽提、精制而制得的一種新型的具有生物分解性、無(wú)毒、無(wú)二次污染、高效、廉價(jià)的水處理藥劑。其主要成分是具有兩性的聚電解質(zhì)蛋白質(zhì)、糖蛋白、多糖、纖維素和DNA等；利用高分子電荷中和特性，使膠體絮凝，達(dá)到固液分離的目的。楊思敏等[6]在最佳培養(yǎng)條件下，利用黑曲霉制得的微生物絮凝劑對(duì)污泥脫水，有良好效果，當(dāng)其投加質(zhì)量濃度為27 g/L時(shí)，污泥含水率從97.1%降至78.2%。郭俊元等[7]采用水稻秸稈制備微生物絮凝劑，污泥脫水性能顯著改善。Zhang等[8]利用BAFRT4和CYGS1菌株構(gòu)建了多種具有較高活性的微生物絮凝劑，為降低多種微生物的培養(yǎng)成本，將其接種到啤酒廢水培養(yǎng)液中生產(chǎn)。該微生物絮凝劑對(duì)靛藍(lán)素印染廢水的處理效果良好，絮凝率高達(dá)96.8%，CODCr和色度的去除率最大分別為79.2%和87.6%。

4 幾種絮凝劑分析比較

目前廣為使用的無(wú)機(jī)絮凝劑主要有鋁鹽和鐵鹽兩大體系，鋁鹽絮凝劑如聚氯化鋁，處理污水后產(chǎn)生的污泥作為肥料應(yīng)用于農(nóng)業(yè)時(shí)，土壤中鋁含量富集造成環(huán)境污染，危害人類(lèi)健康，據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[9]，鋁是一種低毒金屬元素，人體在攝入鋁后，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)明顯的中毒癥狀，但是隨著鋁元素在人體的富集，人體健康將面臨極大的危害，導(dǎo)致早老性癡呆、骨軟化癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、小細(xì)胞性貧血等疾病的發(fā)生。鐵鹽絮凝劑如聚硫酸鐵、FeCl3，經(jīng)常對(duì)排水設(shè)備、管道、儀器、儀表等造成一定的腐蝕，而且殘留的鐵離子會(huì)使處理后的水帶有顏色，影響水質(zhì)。人工合成的有機(jī)高分子絮凝劑如聚丙烯酰胺，因其絮凝速度快、用量少、浮渣產(chǎn)量少，在污水處理及污泥調(diào)節(jié)中得到廣泛應(yīng)用，但其本身或其水解、降解物有毒，且合成這些聚合物單體具有“三致”效應(yīng)(致崎、致癌、致突變)，所以很多國(guó)家對(duì)其使用量作了限值規(guī)定。微生物絮凝劑，又被稱(chēng)為第三代絮凝劑，因其具有高效、安全無(wú)毒、無(wú)二次污染、投放量少、脫色效果佳、用途廣泛等優(yōu)勢(shì)而備受人們關(guān)注，但是從規(guī)模化生產(chǎn)以及污水處理角度來(lái)看，仍存在制備成本高、針對(duì)性不強(qiáng)等問(wèn)題，再加上目前對(duì)微生物絮凝劑的研究仍停留在實(shí)驗(yàn)室階段，測(cè)定微生物絮凝劑活性的指標(biāo)單一，對(duì)絮凝機(jī)理沒(méi)有深入研究，各種原因阻礙了該藥劑的大力推廣及應(yīng)用。

5 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，絮凝劑種類(lèi)發(fā)展迅速，從無(wú)機(jī)到有機(jī)及微生物，從低分子到高分子，絮凝劑的研究和開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)集中向廉價(jià)實(shí)用、無(wú)毒高效的方向發(fā)展。由于微生物絮凝劑可以克服無(wú)機(jī)和有機(jī)高分子絮凝劑等的缺陷，實(shí)現(xiàn)高效且無(wú)二次污染，其研究和開(kāi)發(fā)大有取代傳統(tǒng)絮凝劑的趨勢(shì)，并在污水處理領(lǐng)域得到更加廣泛的應(yīng)用。