中圖分類號:O 657. 32　　　文獻標識碼:A　　　文章編號: 1671-3206(2010)12-1911-03
    目前,國內外在給水、廢水和污泥脫水處理中使用的絮凝劑多種多樣,根據(jù)其化學成分的不同,可以分為無機、有機和微生物絮凝劑三種。有機高分子絮凝劑較無機絮凝劑具有特性粘數(shù)高、產品穩(wěn)定性好、吸附架橋能力強、絮凝效果好、適用范圍廣、投料量少、絮凝速度快、pH值及溫度影響較小、產生的污泥量少、形成的絮凝體過濾性好等優(yōu)點,因而得到越來越廣泛的應用。同時,微生物絮凝劑的開發(fā)應用目前還只處于初級階段,所以有機高分子絮凝劑得到越來越多的重視。
    有機高分子絮凝劑是近年來逐漸發(fā)展起來的新型凈水劑,它以有機物單體在一定條件下聚合而成,目前國內研究較多的是以丙烯酰胺為單體,合成各類聚丙烯酰胺絮凝劑。它們的合成工藝主要有溶液聚合、絕熱帶式聚合、反式懸浮球狀聚合、反相乳液聚合、微乳液聚合等[1]。有機和無機高分子絮凝劑的作用機理不同,無機高分子絮凝劑主要是通過絮凝劑與水體中膠體粒子間的電荷作用使其電位降低,實現(xiàn)膠體粒子的團聚;而有機高分子主要是通過吸附作用將水體中的膠粒吸附到絮凝劑分子鏈上形成絮凝體。它的絮凝效果受其分子量大小、電荷密度、投加量、混合時間和絮凝體穩(wěn)定性等因素的影響。
    有機高分子絮凝劑具有用量少、絮凝速度快、受共存鹽類、pH值及溫度影響小、生成污泥量少、容易處理等優(yōu)點,因而有著廣闊的應用前景[2-3]。
    1　合成有機高分子絮凝劑
    合成有機高分子絮凝劑按可離解基團電離出的電荷類型,一般可分為非離子型、陰離子型、陽離子型和兩性型[4]。主要包括聚丙烯酰胺、磺化聚乙烯苯、聚乙烯醚等系列,其中以聚丙烯酰胺系列應用最為廣泛[5]。
    1.1　陽離子型
    陽離子高分子絮凝劑的絮凝性能不僅表現(xiàn)在可通過電荷中和使懸浮膠體粒子絮凝,而且還可與帶負電荷的溶解物進行反應生成不溶性的鹽。它可與水中微粒起電荷中和及吸附架橋作用,從而使體系中的微粒脫穩(wěn)、絮凝而有助于沉降和過濾脫水。沈一丁等[6]通過自由基膠束共聚法制得疏水締合型陽離子共聚物PADO,在處理造紙中段廢水時,其應用效果優(yōu)于聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁和非離子PAM。隋智慧等[7]用制備了一種陽離子型聚季銨鹽丙烯酰胺接枝共聚物絮凝劑PAQD,對各種廢水均有很好的處理效果,與常規(guī)絮凝劑陰離子聚丙烯酰胺、非離子聚丙烯酰胺、聚合氯化鋁及聚合硫酸鐵相比, PAQD具有投量少、絮凝沉降速度快、濾餅含水率低、上清液透光性好等特點。
    1.2　陰離子型
    陰離子型有機高分子絮凝劑研制開發(fā)較早,技術比較成熟,但由于受應用范圍的限制,相關研究報道較少。常見的有聚丙烯酸鈉、AM與丙烯酸鈉共聚物、聚苯乙烯磺酸鈉等。
    陳雙玲等[8]采用反相乳液聚合法合成聚丙烯酸鈉,研究了反應溫度、引發(fā)劑用量、乳化劑用量及配比和單體中和度對產物相對分子質量的影響。結果表明,最佳的反應溫度為45℃,引發(fā)劑濃度為410 mmol/L,乳化劑(占油相)質量分數(shù)為5%,單體中和度為70%。楊曄等合成具有較高處理效果的無機改性膨潤土,它與20 mg/L聚丙烯酸鈉聯(lián)合處理高濃度味精廢水, CODCr和谷氨酸菌體的去除率可達58. 2%和87. 6%,同時回收的沉淀物中粗蛋白質量分數(shù)達0. 468。
    1.3　非離子型
    非離子型有機高分子絮凝劑,主要代表就是非離子型PAM,其次還有聚乙烯醇、聚氧化乙烯等。非離子型PAM可通過水溶液、沉淀、反相懸浮、反相乳液、反相微乳液等聚合方法制備。傳統(tǒng)的PAM水溶液聚合體系的黏度較大,產品的分子質量較低,固含量也不高。
    王強林等[9]采用在聚合體系中加入分散劑聚乙二醇的方法,使其固體質量分數(shù)提高到20%,聚合物的相對分子質量>300萬。
    1.4　兩性型
    陽離子、陰離子和非離子型高分子絮凝劑由于受使用范圍的限制,有逐漸被兩性高分子絮凝劑所取代的趨勢。兩性高分子絮凝劑一般由含有陰、陽離子基團的乙烯類單體通過自由基共聚反應以及高分子改性得到,其中陰離子基團為羧基、磺酸基、硫酸基,陽離子基團為季銨鹽基、嘧啶嗡離子基和喹啉嗡離子基[10]。
    李萬捷等用部分水解聚丙烯酰胺通過曼尼奇反應制得兩性聚丙烯酰胺,對鋼鐵廢水、洗煤水處理效果較好。此外,兩性有機高分子絮凝劑還具有良好的污泥脫水功能。
    2　天然有機高分子絮凝劑
    天然高分子絮凝劑具有原料來源廣、價格低廉、無毒害作用、易生物降解等特點。天然有機高分子絮凝劑中有些是天然的,但大多均是以天然產物為主,經化學改性后制得的一類有機高分子絮凝劑。通過酯化、交聯(lián)、接枝共聚、醚化和氧化等化學改性反應,絮凝劑活性基團大大增加,聚合物呈枝化結構,分散了絮凝基團,對懸浮體系中顆粒物有更強的捕捉與促沉作用。
    2.1　淀粉衍生物
    淀粉分子中具有支鏈與直鏈兩種結構,通常支鏈淀粉在淀粉中的比例較大,但是支鏈淀粉的絮凝性能遠低于直鏈淀粉,所以天然的淀粉通常絮凝效果不太理想,通過淀粉分子的相應改性反應就能取得良好的絮凝效果。對淀粉及其衍生物進行醚化,可得到陽離子型天然高分子絮凝劑,它對帶有負電荷的顆粒有優(yōu)良的絮凝效果。曾小君等[11]合成了陽離子淀粉-雙氰胺-甲醛脫色絮凝劑,實驗表明,產品的混凝脫色性能良好。相波等[12]以玉米淀粉為原料制得氨基淀粉(CAS),對廢水中銅離子的去除能力為7 815 mg/g。周國平等[13]用Ce4+作引發(fā)劑將丙烯腈接枝到淀粉上,接枝產物再經皂化水解制得水不溶性羧基淀粉接枝共聚物,是一種優(yōu)良的重金屬離子處理劑,能有效地去除水中的重金屬離子,如Cr3+、Cd2+等。
    2.2　殼聚糖類
    在自然界中,甲殼素是僅次于纖維素的第二類天然高分子化合物,它是甲殼類動物和昆蟲外骨骼的主要成分。殼聚糖是甲殼素脫乙?；漠a物,它本身可作為陽離子型絮凝劑,同時通過交聯(lián)、醚化、疊氮化、螯合、鹵化、接枝和希夫堿[14]等反應進行改性,能賦予其不同的特性,因此殼聚糖類絮凝劑在水處理中具有很大的潛力和應用前景。
    Pistonesi等[15]用改性殼聚糖處理飲用水,在用量為10. 5mg/L時,濁度降低99%,COD降低75%,并能除去各種藻類。朱啟忠等[16]以殼聚糖作為絮凝劑處理印染廢水效果比傳統(tǒng)的無機鹽及有機高分子處理效果更為明顯,不但能有效的處理凈化廢水,而且達到經濟的消除印染廢水的目的。羅道成等[17]利用殼聚糖與香草醛反應制備改性殼聚糖(VCG),對金屬離子具有良好的去除效果。
    2.3　木質素類
    木質素以其分子結構多樣化、易于制成特殊功能的水處理劑等優(yōu)點,在含金屬離子、食品工業(yè)、染料工業(yè)、含固體懸浮物等廢水處理中得以廣泛應用。胡擁軍等[18]用硫酸沉淀回收造紙黑液中的木質素,經與Na2SO3磺化和季銨鹽接枝聚合合成出兩性木質素絮凝劑。蔣文新等[19]以稻殼為原料,經過預處理,與陽離子醚化劑十八烷基三甲基氯化銨反應,制備高效天然改性陽離子絮凝劑,用于處理生活廢水和脫墨廢水時絮團粗大,沉速快,污泥量小。
    2.4　植物膠類
    植物膠是從植物或植物的種子中提取而得到的,其主要成分為半乳甘露聚糖,屬多糖類天然高分子化合物,分子量因來源不同而異。半乳糖-甘露糖結構具有較好的水溶性和交聯(lián)性,且在低濃度下能形成高粘度的穩(wěn)定性水溶液。
    潘碌亭等[20]以天然高分子植物膠粉F691為原料,經過改性后制得具有絮凝、緩蝕、殺菌等多種功能的水處理藥劑FIQ-C,具有良好的絮凝、緩蝕、殺菌性能。MISHRAA等用胡蘆巴膠處理制革廠廢水,絮凝劑用量為0. 08 mg/L時,最大懸浮固體和可溶性固體的去除率分別為85%和40%。
    3　結束語
    有機高分子絮凝劑的生產和應用雖然已經取得了較大的進步,但其生產使用過程中的不安全性和給環(huán)境造成的二次污染仍應引起人們的重視。有資料表明,目前使用較多的聚丙烯酰胺,雖然完全聚合的聚丙烯酰胺沒有多大問題,但其聚合單體丙烯酰胺卻具有強烈的神經毒性,并且還是強的致癌物,所以聚合過程中單體的殘留仍是一個令人擔憂的問題[21]。天然有機高分子絮凝劑以其優(yōu)良的絮凝性、不致病性及安全性、可生物降解性,正引起世人的高度重視,但其使用量遠小于有機合成高分子絮凝劑,原因是其電荷密度小,分子量較低,且易發(fā)生生物反應而失去絮凝活性。如果將天然高分子絮凝劑進行改性,則其產品與合成的有機高分子絮凝劑相比較,具有選擇性大、無毒、價廉等顯著優(yōu)點。天然有機高分子絮凝劑以其優(yōu)良的絮凝性、不致病性及安全性、可生物降解性,在水處理的應用中必將擁有廣闊的應用前景。
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