絮凝沉淀在有机废水处理中应用

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　　摘 要：絮凝沉淀是污水处理中非常常用的一种方法，在处理有机废水方面，絮凝沉淀法与其他工艺相比成本较低，并且也能取得较好的效果。本文简单归纳不同来源有机废水的水质特征，综述絮凝沉淀法在此类废水处理过程的应用现状及发展前景。
　　关键词：絮凝剂；有机废水处理
　　中图分类号：TU992 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2011）0020(C)-0239-02
　　一、引言
　　絮凝过程是通过向废水中投加絮凝剂，使水溶液中溶质、细小悬浮颗粒和胶体微粒凝聚成较粗大的颗粒而沉淀得以与水分离，使废水得到净化。絮凝的机理包括[1，2]：压缩双电层；吸附电中和；吸附架桥和沉淀物网捕。对具体的絮凝剂以上所述四种机理有时同时发生，有时仅一种或两种机理起作用。另外，需说明本文提及的絮凝剂，部分传统上也称混凝剂，凝聚剂。絮凝剂主要可分为[3]无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂及复合絮凝剂[4]。
　　无机絮凝剂主要以铁系和铝系为代表。一般具有吸附性能较好、成本低、沉淀迅速、适用范围广等优点。
　　有机絮凝剂中，合成有机高分子絮凝剂中聚丙烯酰胺（PAM）的应用是最多的。聚丙烯酰胺是一种线性的水溶性聚合物，是水溶性聚合物中应用最为广泛的品种之一。聚丙烯酰胺不仅具有一系列衍生物，而且具有多种宝贵的性能，如絮凝、增粘（稠）性、表面活性。天然有机高分子改性絮凝剂包括淀粉、纤维素、含胶植物、多糖类和蛋白质等类的衍生物。天然有机高分子改性絮凝剂由于原料来源广泛、价格优廉、无毒、易于生物降解等特点，显示了良好的应用前景。主要可分为三大类：碳水化合物类、多聚糖类、甲壳素类。
　　微生物絮凝剂是指利用微生物技术，通过微生物的发酵，抽提，精制而得到的一类絮凝剂。它是一种无毒的生物高分子化合物，包括机能性蛋白质和机能性多糖类物质，其絮凝性主要由位于染色体上和染色体外的絮凝遗传基因决定，絮凝基因是由多个基因控制的，絮凝基因经过修饰和校正基因的修正后，絮凝基因方可有效表达絮凝素。微生物本身可以作为一种絮凝剂，还可以从细胞壁提取的象葡聚糖、甘露聚糖、蛋白质等均可作为絮凝剂使用。能够分泌絮凝剂的微生物称为絮凝剂产生菌。
　　当两种或两种以上絮凝剂以一定的配比混合而没有进行任何反应直接用于处理废水时，是絮凝剂的配合使用，而将两种或两种以上的物质经过改性或在特定的条件下进行了一系列的化学反应后生成了新的物质再进行水处理，这样的絮凝剂才是复合絮凝剂。不过，无论是复配还是复合的絮凝剂，其目标都是提高絮凝效果。
　　二、絮凝沉淀技术在有机废水处理中的应用
　　有机废水包括很多种类，本文主要将其分为如下几类：
　　（一）造纸废水
　　1、水质特点[5]：造纸工业化学浆厂的废水主要分为蒸煮制浆废水、洗筛废水、漂白废水和抄纸废水等4大类。其中蒸煮制浆废水的污染最为严重，占化学浆厂废水总污染负荷的90%。这几类废水中都含有大量的细小纤维和其他细小固体颗粒等无机、有机物杂质（其中有机物占65%），主要有纤维素、半纤维素、木素、果胶、树脂、色素和各种填料（如高岭土）等，这些杂质在废水中造成了很高的浊度和色度，使废水的COD/BOD、色度污染负荷大，难以直接进行生物降解。
　　2、絮凝剂应用现状
　　无机复合型絮凝剂的应用[5]：李沅等[6]利用聚合硅铝对造纸废水进行处理后，在透光度、CODCr值和沉降速度等方面，均表现出比PFS（聚合硫酸铁）和PAC更好的效果，处理后的废水CODCr值＜100mg/L，CODCr，去除率>80%，处理液为无色无臭透明液体。江锋等利用聚合铝铁对某卫生纸厂造纸车间的白水进行了处理，结果是：污泥体积百分率、CODs，和浊度分别为＜15%，＜20mg/L和接近于0NTU，均低于在同样条件下的PAC的处理效果（分别为＞20%，45mg/L，3NTU）。并认为投加量为100mg/L时，加人聚合铝铁比加人PAC的絮凝沉淀快，静置10min时，污泥体积百分率分别为8%和13%。在最佳试验条件下，用聚合铝铁处理后，出水浊度仅为2.1NTU，COD值为49.9mg/L，完全可以达标排放或回用。
　　有机絮凝剂的应用：A.L.Ahmada等用PAC与PAM复合絮凝剂对纸浆废水进行处理处理后浊度减少99.7%，TSS减少99.5%，COD减少95.6%。S.S.Wong等用PAM对纸浆废水进行处理，在最佳条件下可以达到95%的浊度去除率，98%的TSS去除率，93%的COD去除率。张福宁等用壳聚糖去除废水中的耗氧物质，其COD去除率可达到65%以上，明显优于无机净水剂硫酸铝的净水效果，由壳聚糖和硫酸铝组成的复合净水剂的COD去除率可达到85%。彭福勇等将木质素（LDH）与PAC复配使用。能够实现对制浆造纸工业废水的深度处理。在PAC和LDH的投加质量浓度分别为400mg/L和5mg/L时，CODCr和色度的去除率分别为69.47%和88.48%，出水CODCr和色度分别为84．88m/L和33.3倍。达到国家一级排放标准要求。
　　（二）印染废水
　　1、水质特点：印染废水是棉、毛、化纤等纺织产品在预处理、染色、印花和整理过程中所排放的废水，是工业生产中产生的主要带色废水。印染废水成分复杂，主要是以芳烃和杂环化合物为母体，并带有显色基团及极性基团，还常含有起促染或缓染作用的助凝剂。印染废水的水量大、色度高、COD浓度高、含多种有机物成分且具有毒性，有一定的抗氧化、抗生物降解性，已成为我国各大水域的重要污染源。其处理难点一是COD浓度高，且B/C值较小，可生化性较差；二是色度高且组分复杂。
　　2、絮凝剂应用现状
　　无机絮凝剂：无机絮凝剂具有吸附性能较好、成本低、沉淀迅速、适用范围广等优点。徐肖邢等以铝矾土、废盐酸及聚丙烯酰胺为原料制备了一种高分子质量的无色聚合氯化铝絮凝剂。试验了其对印染废水的絮凝性能并与其他不同产地的四种同类絮凝剂进行了比较，该产品经常熟市自来水厂和常熟市双鹰集团公司等企业应用。结果表明，絮凝性能优于其他几种絮凝剂，完全适用于河水、造纸工业用水及印染废水的处理。张兆红开发应用PFS-H2O2复合法处理印染废水，处理效果显著，处理后的水可达到国家规定的排放标准。夏畅斌等研究利用煤矸石及硫铁矿烧渣作原料制备PSAAF并用于印染废水的处理，结果表明PSAAF有良好的除浊、脱色和除COD性能，尤其对亲水性染料具有独特的去除效果。
　　有机絮凝剂：Agata Szygu1a等利用壳聚糖对阴离子染料Acid Blue92污水进行处理取得了较好的效果。马永梅以玉米淀粉和2，3-环氧丙基三甲基氯化铵（简称GTA）为原料，水、乙醇混合溶剂作分散剂，采用干法合成工艺，制备了高效天然改性阳离子絮凝剂，用于印染废水处理具有很好的絮凝效果，脱色率达96.4%。墙方娅用乙二醛、某铵类及氯化铵合成了一种阳离子型的絮凝剂M，引入尿素对其改性，生成改性絮凝剂MU，对模拟废水的脱色率达97%―99%，COD去除率达70%。余跃等制备了双氰胺甲醛，作为絮凝脱色剂处理高浓度印染废水，在最佳的操作条件下，双氰胺甲醛脱色率为99%，COD去除率达到73.1%。Nurudeen A. Oladoja等使用蜗牛壳作为助凝剂来处理孔雀绿印染废水达到了较好的效果。
　　（三）焦化废水

　　1、水质特性：焦化废水是煤高温干馏，煤气净化，副产品回收和精制过程中产生的工业有机废水，其化学成分极其复杂，有数百种之多。其中含有挥发酚、油类、萘、联苯、吡啶、吲哚、喹啉、蒽等杂环及多环芳香族化合物和氧、硫、氮等杂环化合物，还有氰、硫、硫氰酸根等阴离子化合物和铁、镁、钠、锗等阳离子化合物，是造成水体污染的重要污染源之一。焦化废水经生化法处理后，虽然酚等易降解有机物已绝大部分被去除，但其中仍含有大量的难降解有机物，CODCr和色度仍然较高，需进行深度处理。
　　2、絮凝剂应用现状
　　无机絮凝剂：石瑛等用PAFSS作为絮凝剂废水的除浊率、脱色率和COD去除率分别达到99.03%、68.34%和89.60%。比PAC和PASS等絮凝剂用量更少，絮体形成速度快且大，沉降速度快，除浊率、脱色率和COD去除率均较高等特点。
　　复合絮凝剂：郑义等采用PFS+PAM组合为混凝剂，其混凝剂用量少，脱色及除CODCr，效果好，出水色度及CODCr均能满足《污水综合排放标准》（GB8979-1996）中二级标准的要求。邢素青发现无机絮凝剂与有机高分子絮凝剂PAM复配使用时，对污染物的去除率明显提高，投药量比单独作用时大大减少。复配作用时絮凝剂最优组合及最优组合时的投药量为聚铁+PAM（500mg/L+20mg/L），对应CODcr、色度去除率分别为58.37%、46.5%。
　　总结：絮凝沉淀法相对于其他处理方法最突出的优点就是成本相对较低，处理量大且工艺成熟。但随着污水水质的恶化和排放标准的提高，简单的絮凝法处理已经很难直接达到排放要求，因此为了使絮凝沉淀法能发挥更大的作用，可以将其与别的处理方法相结合，或者就是寻找新的可以处理特定物质絮凝剂，这时絮凝就成为了工艺的主体，需要考虑的问题就比较复杂，比如本身的残留，对环境的影响等。总的来说，絮凝剂的研制开发主要包括两个方向：一是絮凝剂本身的开发，方向是复合型及其无毒害生物型；二是通过基础理论及共絮凝作用机理研究，开发制备高效低毒的新型絮凝剂。利用工业生产的废弃物作为废水处理混凝剂或其原材料的研究也值得注意。选择性絮凝剂也是絮凝剂研制的新课题之一，这种絮凝剂可在具有两种以上胶粒的肢体系统内，使其中的一种或几种产生絮凝沉降，而其他的胶粒保持分散稳定状态。
　　作者单位：上海同济科蓝环保设备工程有限公司
　　作者简介：江晓庆（1983― ），女，上海人，上海同济大学环境工程本科毕业生，主要从事环境污染、污水治理研究及设计，市政工程污水设计及研究。
　　参考文献：
　　[1]徐晓军等.化学絮凝剂作用原理.北京:科学出版社,2005.
　　[2]丁恒如.工业用水处理工程.上海:清华大学出版社,2005.
　　[3]严瑞水.处理剂应用手册[M].北京:学工业出版社,2004,42-139.
　　[4]杨晓霞等.水处理复合絮凝剂的研究及应用进展[J].水处理技术,2007,33(12):11.
　　[5]任朝华等.无机复合絮凝剂在造纸废水处理中的应用与发展[J].中国造纸学报,200419(1):194.
　　[6]李沅等.新型无机高分子絮凝剂-聚合硅酸铝的研制与应用[J].大连轻工业学院学报,1999,18(4):317.
　　

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