無機(jī)絮凝劑在水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

安雅敏，邱 建，徐 瑞，袁光偉，蔣佳凌，劉尚儉，彭圖恒

(1.重慶工商大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，重慶400067，2.重慶工商大學(xué) 環(huán)境保護(hù)研究所，重慶400067)

目前，我國水環(huán)境污染不斷地增加，水源污染危機(jī)日益嚴(yán)重。供水緊張和污水凈化成為我國面臨的主要難題之一。隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)和我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，防止污染和保護(hù)環(huán)境的工作已經(jīng)引起各級政府的高度重視。黨的第十八次全國代表大會(huì)更是將生態(tài)文明建設(shè)提升到了與經(jīng)濟(jì)、政治建設(shè)同樣的地位。因此工業(yè)水處理和環(huán)境保護(hù)要求也在不斷的提高，隨之廢水處理的方法也在日益增多，有生化法、吸附法、化學(xué)氧化法、離子交換法、電滲析法、絮凝沉淀法等等。其中絮凝沉淀法作為一種物理化學(xué)處理法，因工藝簡單，效率高，費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用最為廣泛。

在現(xiàn)代水處理中絮凝劑的種類很多，按其化學(xué)成分可分為無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑兩大類，其中無機(jī)絮凝劑因其應(yīng)用廣，成本低而得到較大規(guī)模的使用。

1 無機(jī)絮凝劑的分類

無機(jī)絮凝劑按金屬鹽可分為鋁鹽系及鐵鹽系兩類，鋁鹽以硫酸鋁、氯化鋁為主，鐵鹽以硫酸亞鐵、氯化鐵為主;按陰離子成分又可分為鹽酸系和硫酸系;按分子量可分為普通無機(jī)鹽和高分子系兩大類。

普通無機(jī)鹽絮凝劑包括氯化鋁、硫酸鋁、硫酸亞鐵、硫酸鐵、氯化鐵等，其中硫酸鋁最早是由美國開發(fā)的，迄今為止一直是重要的無機(jī)絮凝劑之一［1］;無機(jī)高分子絮凝劑是20世紀(jì)60年代在傳統(tǒng)的鋁鹽、鐵鹽的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一類新型的水處理劑。按無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑的主要成分不同，可分為聚硅酸鋁鹽無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑、聚硅酸鐵鹽無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑和聚合鋁鐵鹽無機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑［2］。

2 無機(jī)絮凝劑在水處理中的應(yīng)用

絮凝沉淀法是物化法中的一種，在廢水處理中占有重要地位。它是指在絮凝劑的作用下廢水中的膠體和細(xì)微懸浮物以及部分有機(jī)物凝聚為絮凝體然后予以分離去除的水處理方法。它最終能實(shí)現(xiàn)污染物的無害化處理，其特點(diǎn)為反應(yīng)速度快、適用范圍廣、脫色效果好、易控制、不易產(chǎn)生二次污染等。

目前國內(nèi)外普遍采用絮凝技術(shù)來提高水質(zhì)，既經(jīng)濟(jì)又簡便，因此絮凝技術(shù)被廣泛應(yīng)用于循環(huán)用水、工業(yè)廢水的處理及污泥脫水等過程。

2.1 鋼鐵廢水處理中的應(yīng)用

鋼鐵工業(yè)作為高污染、高水耗的資源型產(chǎn)業(yè)，外排廢水量約占全國總排廢水量的8%，是用水和廢水排放的大戶。鋼鐵廢水具有色度高、浮油多、主要污染物濃度變化大、水質(zhì)不穩(wěn)定等特點(diǎn)［3］。

絮凝劑可以脫除水中的微細(xì)顆粒、膠體物質(zhì)，降低水中的COD值，還可以對廢水進(jìn)行除磷和脫色等作用［4］，因此絮凝劑在鋼鐵廢水處理中占有重要地位。戴竹青等［5］采用均勻設(shè)計(jì)法以聚合氯化鋁為絮凝劑處理煉鐵廠廢水，得到定量描述試驗(yàn)內(nèi)在規(guī)律的多元非線性回歸方程?？疾炝擞绊慍OD去除效果的主要因素。結(jié)果表明，在一定試驗(yàn)條件下，COD去除量、去除率均與pH值有關(guān)，pH值的最佳值在6～8之間。當(dāng)pH值一定時(shí)，COD去除量、去除率存在最佳值，COD去除效率隨著PAC投入量的增加而降低。無機(jī)高分子絮凝劑具有原料易得、價(jià)格便宜、脫色效率高等優(yōu)點(diǎn)，其中聚合氯化鋁和聚合硫酸鐵被廣泛應(yīng)用于各大鋼鐵廠的廢水處理中。包鋼總排污水處理中心加藥系統(tǒng)就用到了聚合硫酸鐵和聚合氯化鋁，投藥地點(diǎn)分別是沉淀池和過濾工藝進(jìn)水管，但運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，如大多數(shù)無機(jī)絮凝劑對COD的去除率偏低，藥劑用量大，沉渣多，而且還會(huì)引起二次污染。

綜上可知絮凝劑在鋼鐵廢水的處理工藝中起著不可或缺的作用，因此新型絮凝劑開發(fā)研究日益增多。在“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的兩型社會(huì)目標(biāo)下，有針對性地開發(fā)廉價(jià)、高效、環(huán)保的絮凝劑，是今后鋼鐵廢水處理中新型絮凝劑研發(fā)的一個(gè)重要方向。

2.2 印染廢水處理中的應(yīng)用

印染廢水是棉、毛、化纖等紡織產(chǎn)品在預(yù)處理、染色、印花和整理過程中所排放的廢水，是工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的主要帶色廢水［6］。印染廢水的色度高、水量大、COD濃度高、含多種有機(jī)物成分且具有毒性，有一定的抗生物降解性和抗氧化性，因此印染廢水已成為我國各大水域的重要污染源。

目前COD濃度高、B/C值較小、可生化性較差、色度高、組分復(fù)雜等是印染廢水處理的主要難點(diǎn)［7］。許琦等［8］對硫酸亞鐵、PAC、聚鐵(PFS)和氯化鋁等常用藥劑處理印染廢水的性能進(jìn)行了對比實(shí)驗(yàn)，結(jié)果PAC的脫色效果最好，PFS的CODCr去除率最高。李碩文等［9］研究制備了性能穩(wěn)定、效果良好的無機(jī)高分子絮凝劑聚硅酸硫酸鋁，并同其他常用無機(jī)絮凝劑進(jìn)行對比，結(jié)果表明，其對染色廢水具有良好的處理效果。郭雅妮等［10］采用不同方法制備出兩種聚硅酸鋁絮凝劑(1#和2#)，用其處理印染廢水，結(jié)果表明其去除COD及脫色性能較好，同時(shí)還可提高廢水的可生化性，有利于廢水的后續(xù)生化處理。張兆紅［11］開發(fā)應(yīng)用PFS－H2O2復(fù)合法處理印染廢水，處理效果顯著，處理后的水可達(dá)到國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。夏暢斌等［12］研究利用煤矸石及硫鐵礦燒渣作原料制備PSAAF并用于印染廢水的處理，結(jié)果表明，PSAAF有良好的除濁、脫色和除COD性能，尤其對親水性染料，具有獨(dú)特的去除效果，其脫色機(jī)理是水合鋁、鐵離子的凝聚作用和聚硅酸的絮凝而產(chǎn)生的共沉淀。李國文等［13］選取堿式氯化鋁作為絮凝劑，采用絮凝—?dú)飧〖夹g(shù)處理紡織印染廢水，并推廣到實(shí)際水處理工程中，運(yùn)行效果較好。朱雪梅等［14］用含鐵、鋁金屬核和含活性二氧化硅的交聯(lián)劑進(jìn)行硼的改性，合成了一種新型的含硼無機(jī)高分子聚硅酸鋁鐵絮凝劑(PFASSB)，對印染廢水的絮凝實(shí)驗(yàn)表明，PFASSB去除COD的能力遠(yuǎn)大于聚鐵、聚鋁，特別對印染廢水的SS和色度具有最佳的去除效果。劉永山等［15］用以聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵為主的復(fù)合聚合物作凈水劑，處理印染廢水，其COD去除率為70% ～90%，脫色率可達(dá)96%。

綜上所述絮凝法是處理印染廢水色度的一種主要治理途徑，因此在理論研究的基礎(chǔ)上開發(fā)新型、高效、廣譜的絮凝劑，開展優(yōu)化合成工藝，尋找產(chǎn)品最適宜的條件十分重要。隨著絮凝技術(shù)的不斷完善，絮凝法在印染廢水處理中將發(fā)揮更大的作用。

2.3 油田水處理中的應(yīng)用

我國油田采用注水開發(fā)的方式，即以注入高壓水驅(qū)動(dòng)原油開采出來，隨著開發(fā)的進(jìn)行，采出原油的含水率逐漸上升，原油脫水后將產(chǎn)生大量的含油污水需要處理，把處理后的凈化水代替地下水回注到地層中去，形成了循環(huán)利用水源開發(fā)油田的好方式，既保護(hù)了環(huán)境又獲得了可靠的注水水源。但是油田污水中含有許多機(jī)械雜質(zhì)懸浮物，以及油水分離后的殘余油珠。這種水如果直接進(jìn)入回注系統(tǒng)首先會(huì)促使細(xì)菌繁殖，給細(xì)菌提供了極好的營養(yǎng)源;油滴和懸浮物能大量吸附加入的殺菌劑和有機(jī)緩蝕阻垢劑，使這些藥劑不能起到應(yīng)有的殺菌、緩蝕、阻垢作用，油滴對某些懸浮物是很好的粘結(jié)劑，從而使過濾器很快堵塞或效率降低［16］。隨著油田開發(fā)的深入，油田污水的處理成為一個(gè)難題。無機(jī)絮凝劑應(yīng)用歷史悠久，在油田水處理中有廣泛應(yīng)用。

當(dāng)前在西歐、美國，無機(jī)高分子絮凝劑的生產(chǎn)已達(dá)到工業(yè)化和規(guī)?；?。我國聚鋁與聚鐵的生產(chǎn)已建立起獨(dú)具特色的工藝路線，滿足了我國油田水處理的基本需要。在理論上，JohnEvanBenschoten等對PAC的水解反應(yīng)進(jìn)行了研究。湯鴻霄院士等對聚鋁和聚鐵的溶液化學(xué)與形態(tài)分布的研究成果已達(dá)到了國際水平，處于世界前沿［17］。

2.4 焦化廢水處理中的應(yīng)用

焦化廢水是煤制焦炭、煤氣凈化及焦化產(chǎn)品回收過程中產(chǎn)生的以含酚類、油類等為主的高濃度難處理工業(yè)廢水［18］，廢水中的NH3－N、揮發(fā)酚等污染物濃度高對人類、水產(chǎn)及農(nóng)作物有極大危害，必須處理后才能排放［19］。

興虹等［20］研究了以煉鋼污泥為原料制備聚合硫酸鐵(PFAS)的方法，確定了合理的生產(chǎn)工藝和制備條件，用該絮凝劑處理焦化廢水，并與聚合硫酸鐵(PFS)的處理效果比較，結(jié)果表明，出水的CODcr、總氰化物、揮發(fā)酚、色度去除率分別提高約16.9%、12.5%、5.1%和5.3%。李廣亮［21］研究發(fā)現(xiàn)硅藻土與鋁鹽和鐵鹽等無機(jī)絮凝劑復(fù)配后對焦化廢水的處理效果會(huì)顯著提高，與氯化鋁復(fù)配的吸附效果要優(yōu)于與氯化鐵復(fù)配［22］;硅藻土與氯化鋁復(fù)配時(shí)，當(dāng)m(氯化鋁)/m(硅藻土)為1時(shí)，其對焦化廢水的處理效果最佳，COD、濁度、色度和 UV254去除率分別為40.14%，38.82%，37.81%，11.56%;與氯化鐵復(fù)配時(shí)，當(dāng) m(氯化鐵)/m(硅藻土)為1時(shí)，其對焦化廢水的處理效果最佳，COD、濁度、色度、UV254去除率分別為36.01%，33.45%，19.35%，5.87%。

2.5 垃圾滲濾液處理中的應(yīng)用

目前對垃圾滲濾液的處理已有一些報(bào)道，采用的處理工藝大多都是物化法生 化法等絮凝。劉智峰［23］等實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)以硫酸鋁作為絮凝劑對垃圾滲濾液進(jìn)行預(yù)處理不但成本較低、操作簡單、容易控制而且對色度、COD的去除有很好的效果。其最佳反應(yīng)條件為:pH為6、溫度為40℃、攪拌時(shí)間為15 min、投加量為16 g。此時(shí)色度明顯減弱COD的去除率可達(dá)79.8%。

3 展望

絮凝劑的應(yīng)用使水處理技術(shù)跨上新的臺階。目前需要深入研究其形態(tài)特征，提高產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性。無機(jī)低分子絮凝劑容易生產(chǎn)，價(jià)格低廉，但其存在一些缺點(diǎn)，如殘留在水中的鋁離子會(huì)導(dǎo)致二次污染;鐵離子本身帶有顏色，并對設(shè)備有腐蝕作用;投加量大，效果不明顯等。故現(xiàn)在已很少使用無機(jī)低分子類絮凝劑。而無機(jī)高分子絮凝劑具有絮凝效果好，殘留鋁鐵離子少的特點(diǎn)，是今后無機(jī)絮凝劑的主要研究和發(fā)展方向。

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