浅谈絮凝剂在污水处理中的应用

2019-02-17朱进

山西化工 2019年6期

朱进

(山西潞安焦化有限责任公司，山西长治 047599)

引言

近年来，我国经济飞速发展，需水量不断增加，为保证水资源的可持续利用，解决水环境污染问题，国内外开发了多种水处理工艺，其中絮凝沉淀法因其简单高效、投资省等优势，在废水一级处理中占有重要地位。絮凝剂是一种能将悬浮液中的细小颗粒凝聚成较大的悬浮颗粒并沉降，从而达到净化水质目的的药剂，广泛应用于给水和污水处理等领域，其发展经历了从无机絮凝剂到有机絮凝剂，再到微生物絮凝剂的过程。

絮凝沉淀是污水处理最普遍的操作单元之一，也是一种较为有效且成本较低的预处理方法。絮凝剂的品质直接影响着污水的处理效果。絮凝剂种类繁多，按化学成分不同主要分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂。

1 无机絮凝剂

无机絮凝剂因其成本低而广泛应用，按照相对分子质量的不同可将无机絮凝剂分为高分子系和低分子系两大类，如，氯化铝、氯化铁、硫酸铝和硫酸铁等属于低分子絮凝剂，其絮凝速度慢，絮状物小，腐蚀性强，在污水处理应用中效果不理想；如，铝盐、铁盐的水解产生聚合氯化铝和聚合硫酸铁等属于高分子絮凝剂，现在市场上无机高分子类絮凝剂销售份额约占80%以上，其中，聚合氯化铝约占60%～70%，聚合硫酸铁约占6%～8%，其他活化硅酸、钙盐、镁盐等约占2%～5%[1-2]。

其中，聚合氯化铝，又称PAC，相较于传统无机低分子混凝剂，它具有更多的高电荷，所以具有强烈的吸附能力和更强的中和能力，在污水处理中显示出卓越的絮凝效果。除此之外，PAC具有用量少、除浊率高、产生污泥少、对出水pH影响小等优势。刘丹等[3]以聚合氯化铝为混凝剂，采用混凝法处理高浓度涤纶废水，实验结果表明，PAC可有效降低废水的悬浮物、有机物含量和生物毒性，其对浊度、COD、BOD5和生物毒性的最高去除率分别为99.9%、92.8%、91.2%和99.2%。此外，PAC在一定程度上可提高废水的可生化性。Yang等[4]采用不同的初始pH条件和混凝剂用量，研究了AlCl3和PAC在黄河水处理过程中的混凝性能，并研究了残余铝的形态。实验结果表明，PAC显示出优于AlCl3的絮凝效果，并且在碱性条件下略微改变了初始pH。PAC处理产生的残留Al的浓度低于AlCl3。

2 有机絮凝剂

有机絮凝剂因其分子上的链节与水中胶体微粒有极强的吸附作用，絮凝架桥能力较强，因此絮凝性能优异。有机高分子絮凝剂大致分为天然改性类有机高分子絮凝剂和人工合成类有机高分子絮凝剂。天然改性类有机高分子絮凝剂目前研究最多的是淀粉衍生物、木质素衍生物、天然胶衍生物等化学天然改性类高分子絮凝剂，而人工合成类有机高分子絮凝剂目前研究的有阴离子型，包括聚丙烯酰胺(PAM)和聚丙烯酸钠(PAA)；阳离子型，包括季铵盐基、喹啉嗡离子基和吡啶嗡离子基；非离子型，包括非离子型聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯(PEO)等。王瑞[5]制备了聚丙烯酸共聚物有机絮凝剂(PAMDX)并对辽河油田污水进行了絮凝性能实验。实验结果表明，PAM、PAC等絮凝剂使用剂量在80 mg/L～120 mg/L时才会有较好的絮凝效果，但是透光率依然较差。而PAMDX的使用剂量仅为7 mg/L左右就可以达到最佳的絮凝性能。并且，COD去除率、污油去除率都可以达到90%以上，透光率最高可以达到70%，污水处理效果十分明显。

3 微生物絮凝剂

微生物絮凝剂是利用微生物技术，通过细菌、真菌等微生物发酵、抽提、精制而制得的一种新型的具有生物分解性、无毒、无二次污染、高效、廉价的水处理药剂。其主要成分是具有两性的聚电解质蛋白质、糖蛋白、多糖、纤维素和DNA等；利用高分子电荷中和特性，使胶体絮凝，达到固液分离的目的。杨思敏等[6]在最佳培养条件下，利用黑曲霉制得的微生物絮凝剂对污泥脱水，有良好效果，当其投加质量浓度为27 g/L时，污泥含水率从97.1%降至78.2%。郭俊元等[7]采用水稻秸秆制备微生物絮凝剂，污泥脱水性能显著改善。Zhang等[8]利用BAFRT4和CYGS1菌株构建了多种具有较高活性的微生物絮凝剂，为降低多种微生物的培养成本，将其接种到啤酒废水培养液中生产。该微生物絮凝剂对靛蓝素印染废水的处理效果良好，絮凝率高达96.8%，CODCr和色度的去除率最大分别为79.2%和87.6%。

4 几种絮凝剂分析比较

目前广为使用的无机絮凝剂主要有铝盐和铁盐两大体系，铝盐絮凝剂如聚氯化铝，处理污水后产生的污泥作为肥料应用于农业时，土壤中铝含量富集造成环境污染，危害人类健康，据文献报道[9]，铝是一种低毒金属元素，人体在摄入铝后，短时间内不会出现明显的中毒症状，但是随着铝元素在人体的富集，人体健康将面临极大的危害，导致早老性痴呆、骨软化症、神经系统疾病、小细胞性贫血等疾病的发生。铁盐絮凝剂如聚硫酸铁、FeCl3，经常对排水设备、管道、仪器、仪表等造成一定的腐蚀，而且残留的铁离子会使处理后的水带有颜色，影响水质。人工合成的有机高分子絮凝剂如聚丙烯酰胺，因其絮凝速度快、用量少、浮渣产量少，在污水处理及污泥调节中得到广泛应用，但其本身或其水解、降解物有毒，且合成这些聚合物单体具有“三致”效应(致崎、致癌、致突变)，所以很多国家对其使用量作了限值规定。微生物絮凝剂，又被称为第三代絮凝剂，因其具有高效、安全无毒、无二次污染、投放量少、脱色效果佳、用途广泛等优势而备受人们关注，但是从规模化生产以及污水处理角度来看，仍存在制备成本高、针对性不强等问题，再加上目前对微生物絮凝剂的研究仍停留在实验室阶段，测定微生物絮凝剂活性的指标单一，对絮凝机理没有深入研究，各种原因阻碍了该药剂的大力推广及应用。