您好,欢迎访问济南乾来环保技术有限公司的网站,真诚为您服务!

济南乾来环保技术有限公司

破乳剂 除油剂 脱色剂 COD去除剂 重金属捕集剂 膜防污堵剂 混凝剂 絮凝剂

咨询服务电话:

13793114545

新闻资讯
水与废水处理用无机/有机杂化复合絮凝剂研究进展
来源:济南乾来环保技术有限公司 发布时间:2020-09-13 14:35:46 浏览次数:

作者:谢建军1,姚庆鑫1,唐丽萍1,张平2(中南林业科技大学,1.料科学与工程学院;2.林学院,长沙410004)

  摘要:无机/有机杂化复合絮凝剂具有价廉、生态安全与健康、絮凝效率高等特点,其研发及在废水中的应用已经引起研究者和用户的广泛关注。本文对该复合絮凝剂类型、制备方法、性能及其应用进行了综述,同时对其絮凝作用机理进行了简要评述,提出了当前无机/有机杂化复合絮凝剂存在的问题和几点建议。

  关键词:杂化材料;复合絮凝剂;无机/有机絮凝剂;絮凝机理;废水处理

  混凝/絮凝法是最古老的水处理方法之一,具有经济、简便等优点,是国内外水处理领域最常用、最重要的方法[1~4]。絮凝剂[1~4]作为(化学)混凝/絮凝法水处理技术的核心,一直是研究的重点。无机高分子絮凝剂具有原料来源广、制备工艺相对简单、絮体形成速度快、颗粒密度大、沉降速度快、除浊除色效果较好、适用范围较广、价格低廉等优点,但由于是阳离子和阴离子结合制备而成的,使产品的电荷及有效成分降低,用量相对较多,产生浮渣量大,存在絮体体积较小、最终处理效果较差、后处理较困难,以及稳定性差、出水中残留的Al3+、Fe3+等的毒副作用。有机高分子絮凝剂具有用量少、絮凝速度快、絮凝效果好、产生浮渣少、处理效率高等优点,但难降解、有些存在一定毒副作用、废渣含水率高、产生污泥体积大、絮体沉降速度相对较慢、价格偏高,限制了其在废水处理中大规模推广使用。天然高分子絮凝剂安全环保、可生物降解,但其分子质量较小,单独使用时脱水效果不好,限制了天然高分子絮凝剂的应用范围。通常水处理过程中,无机和有机高分子絮凝剂需分步加入,工艺繁琐,设备投资大,致使使用成本相应偏高。随着人口的增长及工农业的发展,产生的江河湖泊与地表水、各种生活污水和工业废水的种类和数量越来越多,水质也变得越来越复杂;同时人们对水环境的要求也越来越高,这就给水处理提出了更高的要求,使得传统单一的絮凝剂很难满足各种水和废水的处理要求,因此杂化复合高分子絮凝剂应运而生。

  本文主要就无机/有机杂化复合絮凝剂研究与应用、絮凝作用机理进行综述。

  1国内外研究与应用研究进展

  无机-有机杂化复合絮凝剂[1~4](或称杂化复合絮凝剂)就是将无机絮凝剂与天然有机高分子絮凝剂或合成高分子絮凝剂进行复合,利用不同类型絮凝剂之间的协同效应,使絮凝剂同时具备比较强的电中和能力和吸附架桥能力。无机-有机复合絮凝剂与传统无机高分子絮凝剂的价格相差不多,但由于增强了吸附架桥能力,提高了絮凝剂表面电荷,增强了絮凝效果,扩大了适用范围,减少了絮凝剂用量和污泥产量,从而有效降低了水处理成本。相比有机高分子絮凝剂,则增强了电中和能力,不但提升了絮凝效果,价格也更加便宜;此外,由于投加量减少,残留在水中的有毒物质也相对少得多。

  无机-有机杂化复合絮凝剂主要包括无机/合成高分子、无机/天然高分子、无机/生物高分子复合絮凝剂[2]。根据无机成分的不同,无机/有机复合絮凝剂主要分为铝系、铁系和铝铁系。其中,无机高分子复合絮凝剂按涉及的主要阳离子分为聚铝盐、聚铁盐、聚铝铁盐、聚铁钙盐、聚铁锌盐、聚铁镁盐、聚铝钛盐复合絮凝剂等;无机高分子复合絮凝剂按涉及的主要阴离子分为聚硅酸盐、聚硅酸硫酸盐、聚硅酸盐酸盐、聚硅酸硫酸硼酸盐、聚硫酸盐酸盐、聚磷酸盐酸盐复合絮凝剂等;而参与复合的有机物主要为聚丙烯酰胺(PAM)及其衍生物、二甲基二烯丙基氯化铵均聚物及其共聚物、天然高分子如壳聚糖(CTS)或甲壳素、淀粉、纤维素或羧甲基纤维素、木质素、海藻酸钠等及其衍生物[4]。在各类无机/有机复合絮凝剂中,铝系复合絮凝剂是研究最早且应用范围最广的无机/有机杂化复合絮凝剂。如聚合氯化铝(PAC)与PAM复合而成的絮凝剂,是目前大量使用的一种复合絮凝剂。Lee、周春琼等[2~9]已进行了系统评述。

  纵观文献,其制备方法主要有物理共混法、水解-原位聚合法、原位聚合法、(接枝)共聚或共缩聚法、水解-聚合-共混法等[2]。表1给出了目前无机/有机高分子复合絮凝剂研究的主要体系类型及其制备方法。

  Lee[10,11]采用升温物理共混法分别制备了CaCl2-PAM、FeCl3-PAM杂化复合絮凝剂,应用于高岭土悬浮液的处理时,最佳操作的pH=2.0~2.5,CaCl2-PAM最佳用量为2~3mg/L,能使浊度降低98%[10],pH=2.0、FeCl3-PAM用量2mg/L时能使浊度降低大于99%[10];用于Terasil红染料废水处理在pH=2.0、FeCl3-PAM用量2mg/L时,COD降低89%,脱色达99%[11]。Lee等[12]还考察了MgCl2-PAM复合絮凝剂对反应染料CibacronRedFN-R模拟废水处理过程影响因素后得到,其大小依次为絮凝剂用量、溶液pH值、染料浓度、搅拌速度和时间,前两者对脱色效率有强烈的相互作用。Wang等[13]利用自由基溶液聚合制备了Fe(OH)3-PAM杂化复合絮凝剂(FHPAM),絮凝处理高岭土悬浮液时最优条件为pH=7.0,絮凝剂用量为2.5mg/L,絮凝效率优于单一的聚合硫酸铁(PFS)或PAM,絮凝过程的热力学数据能用统计模型进行解释。Al-Ani和Li[14]制备了Al(OH)3-PAM杂化复合絮凝剂,处理浓度1000mg/L的反应染料蓝-19废水时,在用量为700mg/L、pH=5~6下COD脱除率为82%,脱色率达90%。Moussas等[15]以PFS、PAM为原料,采用室温共混法制备了PFS-PAM杂化复合絮凝剂。Wang等[16,17]采用室温共混法分别制备了具有不同Fe(Al)/聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)质量比的无机/有机复合混凝剂聚合氯化铁(PFC)-PDMDAAC和PAC-PDMDAAC;与絮凝剂FeCl3、PFC、PDMDAAC和复配絮凝剂FeCl3-PDMDAAC进行了比较,处理黄河地表水时絮凝效果最高,而处理制浆造纸中间废水时絮凝剂FeCl3-PDMDAAC的效率最好[16];对夏季引黄水库水进行絮凝处理,考察了复合比例、投药量、pH值和投加方式对浊度、有机物和叶绿素-a的去除效果;并通过絮凝过程中形成絮体的Zeta电位的变化分析了2种絮凝剂的絮凝机理。结果表明,无机/有机复合絮凝剂处理夏季引黄水库水的效果好于2种单独成分的复配使用;复合比例对PFC-PDMDAAC和PAC-PDMDAAC处理夏季引黄水库水的效果影响较大,Fe(Al)/PDMDAAC质量比为4∶1,投药量为4mg/L时絮凝效果最好;与无机絮凝剂相比,复合絮凝剂的最佳pH值范围较广,可在5.0~8.0的pH值范围内取得良好的絮凝效果;2种絮凝剂相比,PAC-PDMDAAC对浊度和叶绿素-a的去除效果较好,而PFC-PDMDAAC对有机物的去除效果更佳[17]。Yang等[18,19]制备了聚合氯化铝/聚(环氧氯丙烷-二甲胺)复合絮凝剂PAC-P(ECH-DMA),并应用于合成染料废水处理中得到,低碱度B值((OH)/Fe摩尔比)和高Mr值(Fe/ECH-DMA质量比)有利于形成大尺寸的絮体,提高生长速率和染料废水处理效果;在弱酸性或中性条件下絮凝脱色效果更好[18],PAC、P(ECH-DMA)复合产生协同效应提高了絮凝效果[18,19],絮凝机理主要通过架桥吸附和卷扫絮凝进行[19]。杨忠莲等[20]则制备出具有不同聚合氯化铁(PFC)碱化度(B)、不同聚环氧氯丙烷-二甲胺(EPI-DMA)质量分数(m(%)和粘度(η)的PFC-EPI-DMA杂化复合絮凝剂,对比研究了模拟染料废水絮凝脱色处理中m(%)、η和B对絮体特性的影响。结果表明,处理活性艳红时m(%)值越大,絮体增长速度越快,最终絮体粒度越大,同时絮体差异性增大;处理活性翠兰时,较低投加量下絮体生成速度降低,最终絮体粒度和絮体差异性减小,且较低投加量及较小的m(%)值有利于絮体快速增长,较高投加量及较大m(E)值下絮体具有更快的聚集速度、较大的粒径和较小的差异性;η值较高、B值较低时絮凝剂与染料反应时间较短,絮体能以较小的差异更快速地增长。

  陈辉等[21]采用超声波分散,在N-甲基丙烯酰-N-嘧啶哌嗪(MPMP)与过硫酸钾组成的氧化还原体系下,引发丙烯酰胺在酸改性的凹凸棒土(ATP)表面发生接枝聚合反应,制备了凹凸棒土接枝聚丙烯酰胺杂化絮凝剂(ATP-PAM),对2.5%(wt)高岭土、5%(wt)赤铁矿模拟污水和固含量为5.2%的实际生活污水进行处理,结果发现形成的絮体沉降速度快,絮凝时间短,产生的污泥量少,在很大的添加量范围内优于普通的PAM。杨友强等[22]以蒙脱石为主要原料,对其改性制得钠化蒙脱石,再与AlCl3、天然有机高分子复合,制备出了一种新型改性蒙脱石复合絮凝剂,具有成本低、污染小的特点,该复合絮凝剂相比于PAC,处理自来水时出水浊度下降了9.5%,铝离子含量下降了53.1%,降低药剂成本约9.5%,表明该复合絮凝剂具有很好的经济与环境效益。Rytwo等[23]比较了海泡石-PDADMAC、蒙脱土-PDADMAC纳米聚合物复合絮凝剂对橄榄油、葡萄酒排出废水的预处理絮凝效果,结果表明2种复合絮凝剂都具有快速澄清和很好的絮凝效率。

  田国鹏等[24]以PFC和CTS为原料,通过无机嵌入有机的方式,利用室温共混法制备了PFC-CTS杂化复合絮凝剂,使用高岭土悬浮液对其絮凝性能进行了考察;当PFC-CTS投加量为5mg/L、m(CTS)/m(PFC)=2∶1、pH=7.0时絮凝效果最佳,与CTS、PFC、PFC-CTS复配絮凝剂对比处理高岭土悬浮液废水,得到PEC-CTS杂化复合絮凝剂絮凝效果最好,且用量最少。刘桂萍等[25]、孙爱平等[26]通过室温共混法分别制备了CTS-铝矾土、聚合氯化铝铁/壳聚糖(PAFC-CTS)杂化复合絮凝剂。利用CTS-铝矾土复合絮凝剂对活性艳红X3B和还原大红R模拟废水进行絮凝脱色,其脱色效果明显优于单独使用CTS或铝矾土。在染料质量浓度为100mg/L、pH=5、絮凝剂用量为1.25g/L时,3种质量比的复合絮凝剂对活性艳红X3B的脱色率分别达到75%、90%和97%以上;而在用量为0.5g/L时,3种质量比的复合絮凝剂对还原大红R的脱色率均可达到100%。同时CTS-铝矾土具有很好的可重复利用性,重复使用3次的CTS-铝矾土复合絮凝剂对活性艳红X3B的脱色率仍高于94%[25]。谢玲玲等[27]用PAC和壳聚糖制备了复合絮凝剂PAC-CTS,处理郑州市五龙口污水厂的城市生活污水,当投加量为80mg/L时,对生活污水的固体悬浮物(SS)和CODCr的去除率分别达到了95.55%和71.13%,与传统絮凝剂PAM和PAC相比,该复合絮凝剂在絮凝过程中形成的絮体更加密实,沉降速度明显加快。Zeng等[28]以CTS、PAC和硅酸盐为原料,制备了一种新型的无机/有机复合絮凝剂,该絮凝剂对所处理污水的COD、SS、Al3+的去除率较PAC分别提高了1.8%~23.7%、50%和61.2%~85.5%,且处理成本下降了7%~34%;该絮凝剂是一种高效、环境友好且价格低廉的絮凝剂。杨万政等[29]以三氯化镧、三氯化铈、甲壳素为原料,合成了一种除浊性能优良的稀土/甲壳素复合絮凝剂,对模拟高岭土悬浮液进行除浊处理,除浊率达98%以上。

  You等[30]制备了阳离子淀粉/壳聚糖交联共聚物复合絮凝剂,探讨了温度、pH值及其用量对其絮凝性能的影响,结果表明:处理浓度5g/L的高岭土悬浮液时低温下其絮凝性能较好,酸性和碱性条件下的絮凝性能优于壳聚糖和微波辅助下制备的阳离子淀粉的絮凝性能,更优于PAM和Fe2(SO4)3的絮凝性能。Zou等[31]制备了SiO2/淀粉(St)接枝聚(丙烯酰胺-丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵)复合絮凝剂[SiO2/St-g-P(AM-DMC)],同样剂量下将其处理钻井废水时絮凝效果优于其它絮凝剂的。Wang等[32]采用均匀设计和响应曲面试验法优化了St-g-P(AM-DMC)处理纸浆厂废水中混凝剂与絮凝剂用量、溶液pH值对絮凝过程中澄清液浊度、木质素去除和水的回收的影响,考察了其相互作用,得到最优条件为混凝剂用量为871mg/L,絮凝剂用量为22.3mg/L,pH=8.35。张淑娟等[33,34]以天然高分子淀粉、铝盐、铁盐为主要原料,通过升温物理共混法制备了无机-有机杂化复合絮凝剂PST,评价了其絮凝性能,得到最优制备条件应根据CODcr与色度去除要求选择优化制备条件;当Al3+/淀粉(质量比)=1∶1、Fe3+/淀粉(质量比)=0.1∶1、pH=1、60℃恒温磁力搅拌器反应4h时,COD去除率达87.86%,脱色率为95.40%[33]。赵树发等[35]制备了聚硅酸硫酸铝(PSAS)/淀粉接枝聚丙烯酰胺复合絮凝剂,对含油废水进行处理,含油量去除率可达94%,达到了油田回注水的要求。

  Das等[36]制备了羧丙基甲基纤维素接枝聚丙烯酰胺(HPMC-g-PAM),处理了高岭土和铁矿悬浮液模拟废水以及实际矿物废水,通过测定浊度、絮体尺寸和沉降速度,表明该复合絮凝剂的絮凝性能优于碱性多糖聚合物,絮凝动力学可用颗粒聚集和碰撞模型拟合。

  有机高分子絮凝剂,特别是合成高分子絮凝剂虽然对污水的处理效果好,但其降解产物有毒,而天然高分子絮凝剂无毒、易降解,但相对分子质量相对较小,导致其絮凝效果不佳,因此将合成有机高分子与天然有机高分子化合物进行复合,制得的有机/有机复合絮凝剂可兼具两者的优势———主要依靠絮凝剂之间的协同作用来提高絮凝效果。有机/有机复合絮凝剂主要有淀粉、壳聚糖、木质素、纤维素、海藻酸钠、植物胶等天然高分子化合物与聚丙烯酰胺以及它们的非离子、阳离子、阴离子、两性改性衍生物等的接枝复合[37~43]。Yang等[42]采用γ-辐射溶液聚合法制备了羧甲基壳聚糖接枝PAM复合絮凝剂(CCTS-g-PAM),对不同pH值(酸性→中性→碱性)下高岭土悬浮液的絮凝过程研究表明,絮凝过程生成的絮体颗粒形态、形貌和絮凝机理随悬浮液pH不同而不同,并应用分形理论对絮凝过程进行了分析。Mishra等[43]通过微波辐射聚合法制备了羧甲基纤维素接枝聚丙烯酸絮凝剂(CMC-g-PAA),应用于河水处理具有很好的澄清效果。Mishra等[43,44]采用微波聚合法分别制备了琼脂-聚丙烯酰胺(Ag-g-PAM)、海藻酸钠接枝聚甲基丙烯酸甲酯(SAG-g-PMMA)有机/有机复合絮凝剂,并应用于废水处理中,絮凝效果优于单一絮凝剂Ag或SAG的絮凝性能。Kathmann等[45]以新型羧基甜菜碱-2-(2-丙烯酰胺基-2-甲基丙基二甲胺)乙酸(AMPDAE)、丙烯酰胺为原料,通过自由基共聚制得了一种具有良好的污泥脱水性能的两性聚合物絮凝剂。诸晓锋等[46]通过在黄原胶(XG)分子链上接枝聚丙烯酸-丙烯酰胺,再复合海泡石纤维,制备了一种复合絮凝剂,用该复合絮凝剂处理含油废水,得到对含油废水的COD去除率和浊度去除率分别达到了88.3%和95.6%。Tian等[47]采用自由基溶液共聚法制备了β-环糊精(CD)接枝丙烯酸(AA)-丙烯酰氧基乙基三甲基氯化铵(DMC)[β-CD-g-P(AA-DMC)],并应用于2种模拟反应染料废水脱色处理,得到染料性质和溶液pH值显著影响其脱色效率,溶液中无机盐的存在降低了染料脱色效率,脱色过程中电中和作用大于该聚合物的架桥作用。Pal等[48]采用传统接枝法和微波接枝法制备了羧甲基瓜尔胶接枝聚丙烯酰胺(CMG-g-PAM),比较了CMG-g-PAM与CMG对高岭土悬浮液及市政废水的絮凝效果和对亚甲基蓝染料溶液的脱色效果,得到微波接枝法制备的CMg-g-PAM复合絮凝剂的絮凝及脱色效果更好。

  微生物絮凝剂因其成本高、用量大等问题严重制约了它的大规模生产和应用,因此,研究微生物絮凝剂与其它絮凝剂的复合或复配使用,是微生物絮凝剂发展的一个重要方向[7]。目前,关于微生物复合絮凝剂的研究较少,主要种类有微生物/无机复合絮凝剂、微生物/微生物复合絮凝剂,微生物/有机复合絮凝剂。Yang等[49]采用反应曲面分类研究法研究了微生物絮凝剂MBFGA1与PAC复合的絮凝剂(MBFGA1-PAC)对高岭土悬浮液的絮凝效果,该复合絮凝剂比单一的微生物絮凝剂和无机絮凝剂具有更好的絮凝效果,且降低了处理成本,减少了二次污染。马放等[50]采用廉价的原料纤维素为底物经过多株菌混合发酵后制得了微生物/微生物复合絮凝剂,把其中任意两株混合培养之后,发现发酵液的絮凝效率较原来的单株菌均有提高,对源水的絮凝效果好,且明显降低了水中的细菌总数。赵军等[51]从活性污泥中筛选出四株产微生物絮凝剂的菌株,将任意两株复合培养后,发现微生物絮凝剂ZJTL2和KJTD6构建的复合菌群(复合1)的絮凝效率达到83.5%。优化复合1的培养条件后,复合1的絮凝率最高为97.3%,将复合1应用于印染废水的处理,COD和色度去除率分别为81.4%和89.5%。

  综上所述,杂化复合絮凝剂比单一絮凝剂对各种废水、污水具有更好的絮凝效果,兼具了各种絮凝剂的优点,应用范围更广。无机/合成高分子复合絮凝剂的制备工艺较为完善,应用范围也比较广泛,可以代替传统絮凝剂应用于给水、染料废水、焦化废水等常规水处理中,还可代替合成高分子絮凝剂用于污泥脱水处理,但使用中仍存在难降解、污染环境的问题;而无机-天然有机复合絮凝剂由于天然有机物成分复杂、稳定性较差,相关体系絮凝机理研究很少等原因,还难以进行大规模工业化生产,应用也很少。

  2絮凝作用机理

  无机高分子的絮凝机理类似于有机高分子絮凝剂,但由于它的分子量和尺度远低于有机高分子,主要借助于微米级小颗粒的相互聚集成为链状物进行电中和及架桥作用,同时本身又逐步转化为凝胶沉淀物形态。因此,虽然类似有机高分子絮凝剂但又有所不同。它的絮凝作用机理应介于传统絮凝剂和有机絮凝剂之间,属于多核羟基络合物的表面络合、表面水解及表面沉淀过程;其絮凝机理模型如图1所示[52,53]。

  有机高分子的絮凝作用机理主要分为两种[53]:(1)吸附架桥作用。有机高分子浓度较低时,高分子长链同时吸附在两个或多个颗粒表面上,通过“架桥”方式将两个或更多的微粒联在一起,从而导致絮凝。架桥的必要条件是微粒上存在空白表面;如果有机高分子浓度很大,微粒表面已全部被所吸附的有机高分子所覆盖,则微粒不会再通过架桥连接而絮凝,相反,此时有机高分子反而对颗粒起到稳定保护作用;(2)电中和作用。当有机高分子带有与粒子相反的电荷时,将产生强烈的定量吸附作用,此时为电中和作用。当然,有时絮凝剂是架桥和电中和共同作用,一般同电荷以吸附架桥为主,异电荷以电中和为主。图2、图3分别为两种絮凝作用模型示意图。

  在无机/有机高分子复合絮凝剂的研发中,一个很重要的问题是研究有机成分对无机成分形态分布的影响,研究复合絮凝剂中各组分之间的相互作用以及这些因素如何影响絮凝效果,这对于研制开发高效的无机/有机复合絮凝剂具有非常重要的意义。

  Gao等[54]深入探讨了PAC-PDMDAAC复合絮凝剂中Al的形态变化。周春琼等[3]对无机/合成有机高分子复合絮凝剂作用机理进行了详细论述,在此不再赘述。

  对无机/天然高分子复合絮凝体系絮凝机理,潘汉平等[55]认为絮凝初期,复合絮凝剂中的铝和铁部分发生水解,生成络离子,吸附水中的带电胶粒,中和胶团表面电位,使胶粒脱稳;部分絮凝剂聚合形成羟基络合物,与溶液中的胶体粒子发生键联架桥作用,吸附电中和与架桥作用机理同时进行,絮凝剂与胶体形成孔隙率较低、结构紧密的絮凝颗粒;在静置沉降阶段,絮凝颗粒碰撞凝结,发挥网捕卷扫作用,使溶液中的悬浮物得以沉降去除。Zeta电位研究结果表明,由于复合絮凝剂具有巨大的分子量和柔性线性分子链,絮凝过程依靠“絮凝架桥”和“卷扫网捕”作用,而“吸附电中和”作用主要发生在絮凝初期,最佳絮凝点的Zeta电位并不在接近零电点处。张文艺等[56,57]认为,合成的新型无机/有机复合絮凝剂主要通过双电层压缩、吸附电中和、吸附架桥和网捕等作用对废水中悬浮物进行絮凝:(1)废水中的胶体粒子相互靠近导致双电层发生重叠,从而产生了静电斥力,它的存在使胶体粒子之间具有排斥势能,不能相互碰撞而凝聚。当将带正电荷的复合絮凝剂加入到废水中后,增加了体系中阳离子,新增的阳离子与胶体粒子吸附的反离子发生交换或挤入吸附层,使带电胶粒表面的扩散双电层被压缩,加入的阳离子与扩散层原有阳离子之间的静电斥力把原有部分阳离子挤压到吸附层中,从而使扩散层厚度减小,影响颗粒间的排斥位能,增加吸引力,相互碰撞凝聚而沉降;(2)复合絮凝剂中存在大量的氢键,且无机絮凝剂中大量聚铁、聚铝基团与CTS直接存在着相互作用,将聚铁、聚铝基团引入CTS的长链的配位键及其它化学键位,从而借助这些键位吸附废水中的胶体颗粒分子,在颗粒间起到“中间桥梁的作用”,同时絮体在自身沉降过程中,能卷扫、网捕水中的其它微粒,粘结聚集形成共沉;(3)废水中含有大量的胶体和悬浮物,通常带负电荷,复合絮凝剂依靠带正电荷的基团靠近并吸附带负电荷的胶体粒子,使水中悬浮颗粒物的电荷被中和而脱稳聚沉。此外,CTS分子中的氨基与废水中的多种重金属离子形成稳定的螯合物,吸附去除废水中的金属离子。他们研究了聚硅酸氯化铝铁(PSAFC)与天然有机高分子CTS复合絮凝剂[58],红外光谱测试认为PSAFC与CTS反应前后物质结构发生了变化:首先利用氢键形成聚合体,然后聚合体的基团结构在酸性条件下脱水,CTS环上的羟甲基与PSAFC中的聚铁、聚铝基团发生桥联反应,形成PSAFC-CTS聚合配位化合物。扫描电镜照片显示,PSAFC和CTS在聚合过程中形成新的相互交联的三维网状结构,能够更好地发挥其对废水的絮凝性能。石宝友[59]研究了PAC/有机高分子复合絮凝剂PACP中铝盐的分布,发现有机高分子引入到PAC中并非形成简单的混合体系而是相互之间发生一定的反应,Alb的含量随有机高分子含量的增加而降低,Ala的含量随有机高分子含量的变化影响不大,同时有机高分子自身化学结构、所带电荷以及分子量对铝盐的形态分布均产生不同程度的影响。

  3结论与展望

  近年来,对无机/有机高分子杂化复合絮凝剂的研究发展迅速,合成了一批新型、高效的复合絮凝剂,尤其是对无机/合成有机复合絮凝剂的性能及絮凝机理研究都取得了相当的成果。但目前的研究大多还处于实验室阶段,在复合絮凝剂的性能优化、复合机理、絮凝特性及机理等方面还有许多工作要做:

  (1)实验室阶段对无机/有机高分子复合絮凝剂的研究表明,它具有很广阔的应用前景。然而,在无机/有机杂化复合絮凝剂的制备过程中各种相关因素的影响缺乏系统研究,在有效组分的配比筛选、制备工艺流程的设计、工艺参数的确定及产品性能等方面尚有大量的工作,如通过改变无机/有机复合絮凝剂制备工艺,控制合成条件,达到提高其稳定性目的;筛选无机/有机复合絮凝剂的最佳工艺生产路线,最合适的工业化处理废水条件,加大复合絮凝剂推广应用力度;

  (2)无机/合成有机高分子复合絮凝剂的发展较快,但其最大的缺陷是难降解,污染环境,因此应大力发展低毒性或无毒性、高生态安全、低健康风险的无机/天然高分子复合絮凝剂,深入研究无机高分子絮凝剂与天然高分子复合的可行性、复合影响因素,如改性有机部分,降低其对环境的负效应,降低成本,并尽可能减少可能存在的二次污染问题;

  (3)微、纳米颗粒与有机絮凝剂的复合体系絮凝性能优于常用的聚合物絮凝剂,然而国内几乎无该方面的研究,应借鉴国外该类复合絮凝剂研究成果,扩大微纳米无机/有机高分子复合絮凝剂特别是天然高分子材料原料的筛选范围,大力研究该种类型的复合絮凝剂及其工业化处理废水条件;

  (4)加强对絮凝剂复合机理及絮凝机理的研究。水解形态的分析与确定是无机高分子絮凝剂基础研究的核心问题之一,有机高分子的引入定会对无机高分子絮凝剂的形态分布产生一定的影响。目前公开报道仅见有机高分子(PAM、PDMDAAC、CTS)的引入对铝盐中铝离子形态分布的影响,且仅仅只是定性研究;有机高分子的引入对无机铁离子和硅类絮凝剂形态分布的影响、天然高分子絮凝剂的引入对无机盐形态分布的影响研究太少。因此,以机理研究成果指导合成高效的无机/有机杂化复合絮凝剂将是今后研究的一个重点;

  (5)无机/有机杂化复合絮凝剂的电荷特征与结构形貌是直接影响其絮凝效果的重要因素,有机高分子引入后对无机絮凝剂的电荷特征和结构形貌会产生怎样的影响,该方面的研究很少报道,应加大研究力度。