无机高分子絮凝剂技术简述

1 无机高分子絮凝剂概述

无机高分子絮凝剂 (Inorganic Polymer Flocculant简写IPF) 是20世纪60年代后期才发展起来的一类新型废水处理剂。与传统絮凝剂相比, 它能成倍的提高效能, 且价格较低, 因而有逐步成为主流药剂的趋势。目前日本、俄罗斯、西欧及我国生产此类絮凝剂已达到工业化、规模化和流程自动化的程度。由于无机高分子絮凝剂 (IPF) 比传统絮凝剂具有适应性强、无毒、可成倍提高效能且相对价廉等优点, 而比有机高分子絮凝剂 (OPF) 价格低廉, 另有投加量少、矾花大、除COD、色度及悬浮物性能好等优点, 因而近年已得到广泛重视, 被称为第二代无机絮凝剂。无机高分子絮凝剂 (IPF) 的生产已占絮凝剂总产量的30%~60%。

2 无机高分子絮凝剂 (IPF) 的分类

2.1 铝 (铁) 聚合絮凝剂

这类无机聚合物絮凝剂主要是铝盐和铁盐的聚合物。如聚合氯化铝 (PAC) 、聚合硫酸铝 (PAS) 、聚合氯化铁 (PFC) 以及聚合硫酸铁 (PFS) 等。铝 (铁) 系聚合絮凝剂之所以比其它无机絮凝剂效果好, 其根本原因在于它能提供大量的络合离子, 且能够强烈吸附胶体微粒, 通过吸附、桥架、交联作用, 从而使胶体凝聚。同时还发生物理化学变化, 中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷, 降低了δ电位, 使胶体微粒由原来的相斥变为相吸, 破坏了胶团稳定性, 使胶体微粒相互碰撞, 从而形成絮状混凝沉淀, 沉淀的表面积可达 (200~1000) m2/g, 极具吸附能力。聚合氯化铝 (PAC) 是铝系聚合絮凝剂的典型代表, 它一种当前国际通用的新型、高效无机高分子絮凝剂, 化学通式为[Al2 (OH) nCl6-n]m, 主要通过压缩双层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用, 使水中细微悬浮粒子和胶体粒子脱稳、聚集、絮凝、混凝、沉淀达到净化处理效果。生产聚合氯化铝 (PAC) 所采用的原料较多, 常用的有: (1) 单质铝 (如铝锭、铝、铝灰等) ; (2) 含铝矿物 (如高岭土、铝土矿、煤矸石等) ; (3) 含钝铝化合物 (如氢氧化铝、氯化铝等) 。按生产工艺可分为酸法、碱法、中和法、热解法、加压反应法、混凝胶法、电渗析法、电解法等。固体产品是液体产品经喷雾干燥或滚筒干燥到的。喷雾干燥是比较理想的干燥式, 适于大规模生产, 而生产规模小的企业采用滚筒干燥也是可行的。制备聚合氯化铝的其中一种方法, 所采用的原料包括二种, 一种水洗生产过程中排放的含铝废液, 另一种为高铝水泥;把两种原料分别加入反应器中, 使之混合并搅拌, 对其加热, 使两种原料在常压、45~80摄氏度、时间为1.5~-2.5小时条件下反应, 然后在常压、45~75摄氏度、时间为3~5小时的条件下聚合熟化, 然后使反应器中的反应物固体与液体分离, 液体即为聚合氯化铝溶液。

2.2 单阳离子聚合絮凝剂

这类絮凝剂是在聚铝或聚铁阳离子型无机高分子絮凝剂中引入硅酸、SO42-、PO43-等阴离子或铝铁共聚所得的复合型絮凝剂, 兼具铝、铁絮凝剂和阴离子型絮凝剂的优良性能, 具有碱化度高、聚合度大、矾花密度大等优点, 同时克服了各自的缺点, 在近年来得到了迅速发展。单阳离子聚合絮凝剂主要包括聚合氯化铝铁 (PAFC) 、聚合硫酸铝铁 (PAFS) 、聚合硅酸硫酸铝 (PASS) 、聚硫氯化铝 (PACS) 、聚磷酸氯化铝 (PPAC) 、聚硅氯化铝 (PASC) 、聚硅硫酸铁 (PSFS) 、聚合氯化硫酸铁 (PFCS) 、聚合磷硫酸铁 (PFPS) 等。

何丽莉等以Al2O3和CaCO3为原料用焙烧酸溶制备工艺合成新型高效的聚合氯化铝钙 (PACC) , 研究结果表明, 提高焙烧温度, 原料配比为 (Al2O3) 70%, 酸溶时间为3h, 酸用量为 (20g原料) 70mL时有利于新型絮凝剂制备合成反应。

2.3 多阳离子无机聚合絮凝剂

它是含有聚铝、聚铁及氯根和硫酸根多核配位的复合性无机高分子絮凝剂。多种金属离子 (铝、铁离子等) 的参与聚合, 可使多元聚合物除具有单元无机高分子絮凝剂量的共同优点外, 因异核金属离子的交错排列, 能形成更长、更稳定的分子链, 包裹吸附更多的溶胶粒子, 即桥长、单元多、絮体大而稳定, 同时兼具卷扫絮凝作用。多种离子复合型主要有聚合硫酸氯化铝铁 (PAFCS) 、聚合硫基硅酸铝铁 (PAFSSC) 、硅钙复合型聚合氯化铝铁 (SCPAFC) 、钙型聚合氯化铝硅 (SCPAC) 等。钙型聚合氯化铝硅 (SCPAC) 复合絮凝剂及其制备方法:在<100℃、常压、搅拌条件下, 将碳酸钙固体粉末或其悬浊液分批加入到液体聚合氯化铝中, 然后与聚合硅酸复合, 得到稳定的产品;或者先将聚合氯化铝与聚合硅酸复合, 再用碳酸钙调高碱化度进行制备。

2.4 硼泥复合型絮凝剂

它是一种含有镁、铁、铝、硅、硼、钙等无机高分子的水溶性絮凝剂。硼泥的主要成分为含镁、铝、铁、硅、硼、钙的混合物, 不含有对人体有毒的化学成分, 还可以作为废水处理剂的原料加以利用。硼泥复合絮凝剂的絮凝机理是压缩双电层、吸附电中和、吸附和桥架、沉淀网捕等作用。据资料介绍, 现已投入批量生产的YJ-1807#复合型废水处理剂, 就是以硼泥和酸洗废液为原料合成的絮凝剂。

3 无机高分子絮凝剂 (IPF) 的发展趋势

无机高分子絮凝剂的种类很多, 在原料选择、制备方法和使用范围方面有较大发展。今后无机高分子絮凝剂的研发及应用应朝以下几个方向发展。

(1) 对絮凝机理、动力学、絮凝剂的理化性质等的研究。 (2) 优化生产条件, 降低生产成本, 探索研制新技术、新工艺。 (3) 拓展絮凝剂的应用范围。 (4) 全面推广, 需要加大宣传力度。 (5) 根据各类水质情况选择不同的无机高分子絮凝剂。

摘要：无机高分子絮凝剂具有絮凝体形成速度快、矾花密实、沉降速度快、适用水体pH值范围广等特性, 同时还无铁离子的水相转移, 且价格便宜, 有着很强的市场竞争力, 其经济效益也十分明显。本文主要对无机高分子絮凝的技术进行了简述。

关键词：无机高分子絮凝剂,技术,简述

参考文献

[1] 高宝玉, 岳钦艳.新型复合无机高分子混凝剂-聚硅氯化铝 (PASC) 的净水效果研究[J].环境科学学报, 2002, 22 (6) :706～710.

[2] 汤鸿霄.无机高分子絮凝剂的基础研究.环境化学, 1990.

[3] 张瑛, 阮晓红.水处理混凝剂及其发展方向.污染防治技术, 2003, 12 (4) :45～4 9.

[4] 谢磊, 胡勇有, 仲海涛.聚合氯化铝与有机高分子复合絮凝剂形态分布研究.环境科学与技术, 2003.26 (3) :15～22.

[5] 汤鸿霄, 钱易, 文湘华等著.水体颗粒物和难降解有机物的特性与控制技术原理, 上卷.北京:中国环境科学出版社, 2000.

[6] erenc Csempesz.Enhanced Flocculationof Colloidal Dispersions by PolymerMixtures.Chemical Engineering Journal, 80 (2000) :43～49.

[7] JUN MA.Effectiveness of Ferrate (VI) Preoxidation in Enchancing the Co-agulation of Surface Waters[J].WaterResearch, 2002, 36 (4) :4959～4962.