絮凝劑在印染廢水處理中的研究與應(yīng)用進(jìn)展

曹強(qiáng)

摘要：本文介紹了印染廢水的性質(zhì)及處理現(xiàn)狀，闡述了無機(jī)、高分子及復(fù)合絮凝劑的絮凝機(jī)理，綜述了近些年這三種絮凝劑在印染廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)展。絮凝法作為印染廢水處理技術(shù)中極其重要的方法之一，正向高效、無毒的方向發(fā)展。

Abstract： In this paper， the properties and treatment status of printing and dyeing wastewater are introduced， and the flocculation mechanism of inorganic， polymer and compound flocculants is expounded. The application progress of these three flocculants in the treatment of printing and dyeing wastewater in recent years is reviewed. Flocculation as one of the most important methods in printing and dyeing wastewater treatment is developing in a highly efficient and non-toxic way.

關(guān)鍵詞：絮凝劑;印染廢水;處理

Key words： flocculant;printing and dyeing wastewater;treatment

中圖分類號(hào)：X791? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2018）34-0282-02

0? 引言

隨著紡織產(chǎn)業(yè)、印染行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)日漸復(fù)雜，規(guī)模日益宏大，我國(guó)紡織印染工業(yè)如日中天，印染廢水已經(jīng)成為如今最主要的水體污染源之一，其排放量約占工業(yè)廢水排放總量的百分之十。這些廢水來源于印染加工過程中煮練、染色、印花、整理等工序。印染廢水成分復(fù)雜，色度深，有毒物質(zhì)含量高，難以降解，不僅極易影響水生生物的生長(zhǎng)且易引起富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)生，而且破壞水體環(huán)境生態(tài)平衡，嚴(yán)重影響水體安全。因此治理印染廢水成為亟待處理的問題。而今，對(duì)于印染廢水的治理，一般是通過借助物理、化學(xué)以及生物的途徑對(duì)其進(jìn)行治理。其中化學(xué)處理法中的絮凝法由于容易操作、成本低廉、適用性廣等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到環(huán)保工業(yè)、化工工業(yè)等相關(guān)領(lǐng)域。因此，在處理各種污水和廢水方面受到重視。而用于印染廢水的絮凝劑種類也非常多，本文將對(duì)以下幾種常見的絮凝劑及其應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1? 印染廢水的特性及其來源

印染加工過程主要包括退漿、煮練、染色、印花、整理等工序步驟，在生產(chǎn)紡織產(chǎn)品的工序過程中伴隨著印染廢水的產(chǎn)生。隨著科技飛速發(fā)展，紡織產(chǎn)業(yè)、印染行業(yè)使用的材料品種日趨增多，使得原有的天然原料漸漸的被化學(xué)原料所替代。由于不同的化學(xué)原料在各個(gè)工序步驟中被使用，因此導(dǎo)致印染廢水成分復(fù)雜[1]，色度深，有毒、有害物質(zhì)含量極高，難以降解，嚴(yán)重污染了水體生態(tài)環(huán)境。印染加工過程中每個(gè)工序的進(jìn)行都伴隨著廢水的產(chǎn)生。

2? 無機(jī)絮凝劑

2.1 傳統(tǒng)的無機(jī)絮凝劑

無機(jī)絮凝劑是由無機(jī)組分組成的絮凝劑，主要是通過三種力來增加混凝固體的碰撞，達(dá)到沉淀的目的。分別是化學(xué)鍵力、分子間力或機(jī)械力，它們既可單獨(dú)作用亦可同時(shí)作用。無機(jī)絮凝劑按金屬鹽分類主要可分為鋁鹽及鐵鹽兩大類，常見的無機(jī)金屬鹽絮凝劑有Al2（SO4）3、FeSO4、FeCl3、ZnCl2和MgCl2等，它們的優(yōu)點(diǎn)是使用簡(jiǎn)單，但是這類絮凝劑效果低、腐蝕性大，成本及用量高，同時(shí)在處理過程中依然有一些很難克服的缺點(diǎn)。傳統(tǒng)的無機(jī)絮凝劑主要有硫酸鋁和硫酸亞鐵等，這兩種無機(jī)絮凝劑在印染廢水的處理中應(yīng)用范圍較廣并且具有一定的代表性。

2.2 無機(jī)高分子絮凝劑

無機(jī)高分子絮凝劑相對(duì)傳統(tǒng)的無機(jī)絮凝劑，絮凝效果更好、成本更低、沉淀速度更快、對(duì)廢水的pH適應(yīng)范圍較寬。常用的有聚合鐵鹽、聚合鋁鹽、聚硅酸金屬鹽類絮凝劑等。

2.2.1 聚合鐵鹽類絮凝劑

常見的鐵鹽類絮凝劑有聚合氯化鐵和聚合硫酸鐵等。鐵鹽絮凝劑具有良好的脫色性能，因此常被用于印染廢水的脫色。這類絮凝劑具有沉降速度快，形成的絮體緊密集中，在處理濁度和色度方面，聚合硫酸鐵的去除率相對(duì)較好，但也存在較多缺點(diǎn)，如出水色度較大，作用活性基團(tuán)單一，污泥量多，后處理較困難，由于本身酸度高，對(duì)設(shè)備的腐蝕性較強(qiáng)。

2.2.2 聚合鋁鹽類絮凝劑

常見的鋁鹽類絮凝劑主要包含以下三種，聚合氯化鋁、聚硅鋁、聚合硫酸鋁，具有脫色效果優(yōu)良、吸附性強(qiáng)、形成的絮體大、穩(wěn)定性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并且對(duì)環(huán)境依賴性較低，但是也存在諸多缺點(diǎn)，如成本較高、形成的絮體較不穩(wěn)定、不易沉降、絮凝效果較差，并且使用后水中的鋁不易處理，易導(dǎo)致二次污染等[2]。

2.2.3 聚硅酸金屬鹽類絮凝劑

聚硅酸金屬鹽類絮凝劑是將傳統(tǒng)的金屬鹽類絮凝劑與硅酸或聚硅酸聚合而形成的，屬于陰離子型化合物。這種復(fù)合產(chǎn)物形成的絮體沉降速度快;在低溫和低濁度的條件下仍可表現(xiàn)出良好的性能，但硅酸膠體會(huì)發(fā)生縮聚，反應(yīng)一段時(shí)間后，相對(duì)分子質(zhì)量逐漸變大，最終成為喪失活性的凝膠。因此，聚硅酸必須在現(xiàn)場(chǎng)制備，配好就使用，不可長(zhǎng)期儲(chǔ)存，否則會(huì)造成原料的浪費(fèi)[3]。

3? 有機(jī)高分子絮凝劑

有機(jī)高分子絮凝劑有以下特點(diǎn)：絮凝速度高、效果好、成本低、產(chǎn)生的污泥少、無毒無害、方便處理等，廣泛應(yīng)用于各重印染廢水處理當(dāng)中。

3.1 合成有機(jī)高分子絮凝劑

合成有機(jī)高分子絮凝劑通常有以下三種，即季胺鹽類、聚胺鹽類和聚腈類絮凝劑。根據(jù)其官能團(tuán)水解之后所帶電荷的特性，可將其分為陽離子型、陰離子型和兩性型。

聚丙烯酰胺是廢水處理方面應(yīng)用最為廣泛的一類有機(jī)高分子絮凝劑。在印染廢水處理方面主要采用的是陽離子型聚丙烯酰胺。

陽離子型丙烯酰胺能夠中和負(fù)電荷和吸附架橋，從而使體系中的微粒絮凝，從而達(dá)到優(yōu)良的效果[4]。

3.2 天然改性有機(jī)高分子絮凝劑

天然高分子絮凝劑具有價(jià)格低、無毒且易降解的優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛的應(yīng)用于印染廢水處理中。

殼聚糖作為一種較新型的水處理劑，具備著以下優(yōu)點(diǎn)：投加量少、能高效且快速的沉降、產(chǎn)生的污泥便于處理、對(duì)動(dòng)植物無毒無害。但是由于殼聚糖本身的分子質(zhì)量比較低，可接受的pH范圍較窄，因此需要對(duì)殼聚糖進(jìn)行化學(xué)改性后再使用[5]。

淀粉類絮凝劑，自身具有來源廣、價(jià)格低、并且產(chǎn)物可以全部被降解的特點(diǎn)。有專家[6]利用玉米淀粉作為原料，用2，3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨作為陽離子醚化劑，在不加入任何催化劑的情況下，在異丙醇中制得了陽離子型玉米淀粉絮凝劑。

天然的木質(zhì)素有巨大的網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)，張老師等人[7]研究了木質(zhì)素絮凝劑。

他們利用從草漿黑液中提取出的木質(zhì)素，直接用作絮凝劑，對(duì)印染廢水進(jìn)行處理。結(jié)果顯示，木質(zhì)素脫色率最高可達(dá)87%，而濁度的去除率也高達(dá)98%。

3.3 微生物絮凝劑

微生物絮凝劑實(shí)則是通過生物技術(shù)，將那些具備絮凝能力同時(shí)可以被自然降解的微生物的代謝產(chǎn)物進(jìn)行提取、純化、精制，從而得到的一種特殊的天然高分子絮凝劑。將微生物絮凝劑與傳統(tǒng)化學(xué)絮凝劑做比較，其優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)。

①有利于進(jìn)行固液分離，同時(shí)產(chǎn)生的沉淀較少;

②容易被微生物降解，且無毒無害;

③適用范圍廣;不會(huì)導(dǎo)致二次污染的產(chǎn)生;

④具有較強(qiáng)的濁度去除能力和良好的脫色性能。

4? 復(fù)合絮凝劑

把天然高分子絮凝劑與合成有機(jī)高分子絮凝劑進(jìn)行復(fù)配，利用絮凝劑間的協(xié)同能力，達(dá)到增強(qiáng)絮凝劑脫水效果的目的。

無機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑，增強(qiáng)了吸附架橋的能力，與有機(jī)高分子絮凝劑相比較，復(fù)配后的無機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑不僅增加了電中和能力，而且增加了絮凝效果，價(jià)格相對(duì)更為便宜。除此之外，使得有機(jī)成分的含量降低，所以留存在水中的有毒有害物質(zhì)也減少很多。

5? 絮凝劑在印染廢水處理過程中的應(yīng)用

合成有機(jī)高分子絮凝劑和無機(jī)高分子絮凝劑由于其具有優(yōu)良的絮凝效果、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用十分廣泛。曾老師[8]將雙氰胺、甲醛作為主要的原料，硫酸鋁用作催化劑，同時(shí)引入了添加劑，進(jìn)而合成了新型的陽離子絮凝劑雙氰胺甲醛樹脂，用其對(duì)印染廢水進(jìn)行混凝脫色實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，其脫色率可高達(dá)98%。馬老師[9]則采用鐵泥制備出了高效的無機(jī)絮凝劑聚硅酸鐵（PSF），同時(shí)對(duì)廢水的絮凝作用進(jìn)行了深入研究。實(shí)驗(yàn)表明，PSF具備優(yōu)良的絮凝能力，它的絮凝能力比聚合硫酸鐵（PFS）的性能更加優(yōu)良。

天然有機(jī)高分子絮凝劑無毒且易降解，但是存在絮凝活性較弱的缺點(diǎn)，因此國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)我國(guó)極豐富的天然高分子資源，對(duì)殼聚糖、淀粉、木質(zhì)素等天然高分子進(jìn)行了化學(xué)改性。林老師[10]等運(yùn)用殼聚糖與丙烯酰胺單體接枝共聚而成的改性產(chǎn)品作為絮凝劑，來處理印染廢水。試驗(yàn)表明，改性后的殼聚糖絮凝效果明顯增高，對(duì)印染廢水色度的去除率可高達(dá)95%。

6? 展望

結(jié)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者的實(shí)驗(yàn)研究與其結(jié)果來看，用絮凝劑來處理印染廢水是非常有效的方法。由于有機(jī)高分子絮凝劑擁有著諸多優(yōu)勢(shì)，例如絮凝能力好、脫色性能優(yōu)良、易于操作等，因此在印染廢水處理中處于舉足輕重的地位。

國(guó)外的科研工作者者針對(duì)合成的高分子絮凝劑，對(duì)于它的合成途徑、絮凝機(jī)理及應(yīng)用前景領(lǐng)域開展了更深層次的研究探討，并且已經(jīng)將其投入巨大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)。

因此，基于理論研究的基礎(chǔ)上應(yīng)當(dāng)研發(fā)出更有效的新型高分子絮凝劑，這是處理印染廢水的關(guān)鍵之處。由于天然高分子自身無毒無害、原料豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，因而被國(guó)內(nèi)科研工作者廣泛用來制備絮凝劑，雖然在這方面獲得了一些進(jìn)展，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際所需。而國(guó)外的學(xué)者正利用這豐富的資源，向水處理應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)展。因此國(guó)內(nèi)應(yīng)充分利用這些資源，開發(fā)出更多有效、無毒無害、價(jià)格價(jià)廉的天然高分子改性絮凝劑，以增強(qiáng)產(chǎn)品的穩(wěn)定性。大力發(fā)展微生物絮凝劑，加強(qiáng)絮凝性微生物的篩選，盡可能的降低成本，積極進(jìn)行中試應(yīng)用，以達(dá)到徹底消除二次污染的目的，積極的將科研成果轉(zhuǎn)化為工業(yè)應(yīng)用。

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