高分子絮凝劑的研究進(jìn)展

趙 君，任俊鵬，周進(jìn)康，馬小云

（貴州師范學(xué)院化學(xué)與材料學(xué)院，貴州 貴陽 550018）

伴隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的高速發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)的不斷深入，城鎮(zhèn)居民排放的生活污水和工礦企業(yè)排放的工業(yè)廢水與日俱增。污水和廢水中的有毒有害物質(zhì)往往超標(biāo)，若不進(jìn)行有效處理，不僅會(huì)導(dǎo)致水體的物理和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，還會(huì)對環(huán)境造成污染，進(jìn)而通過食物鏈對人體健康造成不可估計(jì)的危害，所以水污染已經(jīng)是無法忽視的環(huán)境問題之一[1-2]。有效地對污水、廢水進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)水體質(zhì)量達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)或二次利用標(biāo)準(zhǔn)，不僅能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，還是保護(hù)環(huán)境、保障人類健康的重要舉措?，F(xiàn)在污水、廢水的處理方法主要有物理吸附沉淀法、化學(xué)氧化法、離子交換法、活性污泥法、超級細(xì)菌法等[3-4]。絮凝法具有處置成本低、處理過程簡易、絮凝效果好等優(yōu)點(diǎn)，在城市污水和工礦企業(yè)廢水的處理中表現(xiàn)出良好的處理效果，是應(yīng)用最為廣泛的廢水處理手段之一[5-7]。

利用絮凝法進(jìn)行水體處理的關(guān)鍵在于絮凝劑的研發(fā)與選擇。近年來高分子絮凝劑的研發(fā)和應(yīng)用均表現(xiàn)良好，所以本文從高分子絮凝劑的研究、發(fā)展歷程、動(dòng)態(tài)及相關(guān)應(yīng)用和產(chǎn)品缺陷等方面進(jìn)行介紹。

1 高分子絮凝劑的研究進(jìn)展

高分子絮凝劑是無機(jī)物或有機(jī)物通過聚合形成的聚合物。國內(nèi)外正在研發(fā)及已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的主要有無機(jī)高分子絮凝劑、有機(jī)高分子絮凝劑、無機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑及生物高分子絮凝劑[8]。

1.1 無機(jī)高分子絮凝劑

20世紀(jì)60年代后期，為克服傳統(tǒng)無機(jī)絮凝劑的酸性較強(qiáng)、絮凝體小等缺陷，以聚合硫酸氯化鋁、聚合硅酸硫酸鋁等聚鋁鹽，聚硅酸氯化鐵、聚硅酸硫酸鐵等聚鐵鹽，以及聚合硫酸鋁鐵等聚鋁鐵鹽為代表的無機(jī)高分子絮凝劑相繼出現(xiàn)[9-10]。由于價(jià)格低廉、工藝成熟等原因，美、俄、日等國家已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)化生產(chǎn)且質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)規(guī)模相當(dāng)可觀。在我國，無機(jī)高分子絮凝劑的起步相對較晚，雖擁有不同系列的產(chǎn)品，但廠家規(guī)模不足、生產(chǎn)分散、自動(dòng)化程度低、產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)大等問題較為嚴(yán)重，導(dǎo)致研究成果不能很好地轉(zhuǎn)化為商業(yè)化產(chǎn)品，無法開拓銷售市場。另外，易產(chǎn)生二次污染、受環(huán)境因素影響大等缺陷，也成為制約無機(jī)高分子絮凝劑應(yīng)用和發(fā)展的重要因素。如堿性水體會(huì)使聚鋁鹽類絮凝劑出現(xiàn)水解現(xiàn)象，導(dǎo)致使用范圍受限；聚合鐵鹽類絮凝劑會(huì)與硫發(fā)生配位反應(yīng)，導(dǎo)致在含硫污水中對污染物的吸附效果下降等[11]。

1.2 有機(jī)高分子絮凝劑

目前，有機(jī)高分子類絮凝劑主要有陰離子型聚合物、陽離子型聚合物、非離子型聚合物和兩性型聚合物四大類型，且因分子量大、吸附能力強(qiáng)、絮凝體積大、沉降快、投加量少、負(fù)作用小等優(yōu)勢而受到重視。陽離子型高分子絮凝劑的應(yīng)用前景最為廣闊，這是因?yàn)榇祟愋跄齽в写罅康恼姾?，從而增?qiáng)了對帶負(fù)電的微細(xì)粒子的吸附能力，同時(shí)其良好的架橋作用進(jìn)一步提升了絮凝沉淀能力[12]。

陽離子絮凝劑以聚二甲基二烯丙基氯化銨、陽離子聚丙烯酰胺類等高分子聚合物為代表。聚二甲基二烯丙基氯化銨由于性能優(yōu)越，已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并在水處理行業(yè)表現(xiàn)出良好的處理效果[13]。在國外，聚二甲基二烯丙基氯化銨主要應(yīng)用于城市生活污水、工業(yè)廢水及飲用水等水處理領(lǐng)域，國內(nèi)則在石油、天然氣等礦業(yè)氣的采礦業(yè)污水處理中表現(xiàn)出不凡的處理效果。

陽離子聚丙烯酰胺有一定的毒性，在國內(nèi)主要作為污泥脫水處理劑，用量只占絮凝劑總量的10%左右。在美、日、德、法等發(fā)達(dá)國家，陽離子聚丙烯酰胺的使用量占有機(jī)合成類高分子絮凝劑的60%，且年增長率保持在10%以上[14]。

1.3 無機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑

無機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑同時(shí)具有無機(jī)和有機(jī)成分，擴(kuò)大了其污水處理的范圍，且其良好的電性中和作用和吸附架橋作用，使得絮凝劑在水中充分吸附污染物的同時(shí)，很好地保持了絮凝體的穩(wěn)定性。此外無機(jī)、有機(jī)分子間的“纏繞”包裹作用可加強(qiáng)絮凝劑的水體截切力和沉降速度，更好地實(shí)現(xiàn)污染物與水體分離。過去幾年中，恒業(yè)精細(xì)化工與華南理工大學(xué)進(jìn)行了兩性離子型絮凝劑的合作研究，但未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)，亦未見應(yīng)用實(shí)例報(bào)道。

以聚合鋁、聚合鐵為無機(jī)成分，聚丙烯酰胺為有機(jī)成分合成的復(fù)合兩性絮凝劑，以及以鋁鐵為基體合成的改性淀粉復(fù)合絮凝劑，是復(fù)合絮凝劑主要的研究方向。研究者在實(shí)驗(yàn)中詳細(xì)探究了合成時(shí)無機(jī)成分和有機(jī)成分的物質(zhì)配比、待處理污水的pH值、溫度及處理工藝中的攪拌速率和絮凝時(shí)間等對絮凝性能的影響[15]。相關(guān)研究表明，復(fù)合絮凝劑的處理效果，優(yōu)于有機(jī)、無機(jī)絮凝劑兩種成分同時(shí)投加的處理效果，其較小的藥劑加入量和簡單的處理工藝，成為水處理技術(shù)中優(yōu)先選擇的處理方法。

1.4 生物高分子絮凝劑

生物高分子絮凝劑是運(yùn)用生物技術(shù)，將某些特定微生物分泌的多肽等生物高分子化合物作為絮凝劑。目前生物絮凝劑仍以實(shí)驗(yàn)研究為主，未進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，但作為“綠色”絮凝劑，生物高分子絮凝劑必將成為研究的熱點(diǎn)。因具有可降解、無二次污染的特點(diǎn)，所以我國及美、日等發(fā)達(dá)國家很早就開始了相關(guān)的研究工作。如利用淀粉桿菌將淀粉轉(zhuǎn)化為黏多糖-微生物膠，在水處理中表現(xiàn)出較好的處理效果，但成本相對較高[16]。微生物在細(xì)胞外產(chǎn)生的發(fā)酵液或代謝物可形成聚合物，-OH、-NH2等官能團(tuán)可與重金屬離子進(jìn)行配位后去除水體中的金屬離子[17]。

2 結(jié)語

為實(shí)現(xiàn)對廢水的環(huán)保處理，選用高效、安全低廉的絮凝劑是水體處理的前提。高分子絮凝劑在水體處理中的投藥量小，絮凝力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，特別是有機(jī)-無機(jī)復(fù)合高分子絮凝劑，因適用范圍廣、毒害性小等優(yōu)勢，在行業(yè)發(fā)展中具有更大的發(fā)展前景和優(yōu)勢。生物高分子絮凝劑會(huì)隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，表現(xiàn)出更好的優(yōu)勢從而成為絮凝劑發(fā)展的新方向。