聚合氯化鋁絮凝劑處理生活污水的基本技術
聚合氯化鋁處理生活污水，絮凝劑處理生活污水，生活污水的基本技術
1997年1月20日，聯合國發出了淡水資源短缺的警報：“缺水問題將嚴重制約下世紀的經濟和社會發展，并可能導致國家間的沖突”。這份題為《對世界淡水資源的全面評估》的報告指出，目前全世界1／5以上的人口，即12億人面臨“中高度到高度缺水的壓力”。該報告還預測，到2025年，世界人口將激增到83億，全世界將有1／3的人口遭受“中高度到高度缺水的壓力”。
一、背景和意義
1997年1月20日，聯合國發出了淡水資源短缺的警報：“缺水問題將嚴重制約下世紀的經濟和社會發展，并可能導致國家間的沖突”。這份題為《對世界淡水資源的全面評估》的報告指出，目前全世界1／5以上的人口，即12億人面臨“中高度到高度缺水的壓力”。該報告還預測，到2025年，世界人口將激增到83億，全世界將有1／3的人口遭受“中高度到高度缺水的壓力”。
隨著工業的發展和人口急劇增長，淡水緊缺問題已引起世界各國的普遍關注，我國面臨的淡水緊缺問題尤其嚴峻。我國水資源居世界第六位，但人均水量僅為世界人均水量的四分之一，居109位，加之淡水資源的時空分布不均和我國人口分布不均、社會發展不均，造成部分城市淡水資源嚴重緊缺。目前全國有300多個城市缺水，50多個城市嚴重缺水。淡水資源緊缺已嚴重影響這些地區的人民生活和經濟發展，每年造成直接經濟損失數千億元。
進入21世紀，我國人口繼續增長，將達到16億高峰，對土資源的開發將達到臨界狀態，對水的需求也將進一步增加。1993年全國工農業生產和城鄉居民生活用水已達到5250億m3，人均用水紡450m3。根據人口增長，工農業生產發展，如不節約用水，初步估計2030年需增加供水2000～2500億m3才能滿足各方面的需要。黃、淮、海三流域2010年以后，隨著人口的增加，人均水資源將不足400m3，當地水源已無潛力可挖，缺水只有遠距離從長江調水才能得以解決。而長距離調水成本高、投資大、資金籌措困難，并還受到社會和環境等因素制約，工程的實施難度極大。因此，首先需要采用各種高新技術，通過節約用水、利用雨水、污水處理回用、海水利用等途徑，千方百計努力提高工農業用水的效率。
隨著工農業生產的迅速發展和人民生活水平的不斷提高，對水的需求量也越來越大，與此同時，水資源的污染也日趨嚴重，人類可取的水資源正在逐漸減少。我國是水資源貧乏的國家之一，人均水量僅為世界人均水量的1/4，目前國內已有300多個城市缺水，日缺水量約1000萬立方米以上，嚴重地影響了國內的工業生產和人民生活。工業用水一般占城市用水的70%－80%，節約用水、合理用水的處理受到各行各業的普遍關注，各種水處理劑的需求量也日益增加。聚鐵、鋁鹽具有絮凝體形成速度快、礬花密實、沉降速度快、對低溫高濁度原水處理效果好、適用水體ｐＨ值范圍廣等特性，同時還能去除水中的有機物、懸浮物、重金屬、硫化物及致癌物，無鐵離子的水相轉移，脫色、脫油、除臭、除菌功能顯著，且價格便宜，與其他凈水劑相比，有著很強的市場競爭力，其經濟效益也十分明顯，值得大力推廣應用。
目前我國每年的廢水排放量約365億噸，年處理量僅100億噸，處理率不足１／３。目前世界水處理市場中，包括聚鐵在內的無機絮凝劑已占有３／４以上的市場份額。我國水處理劑工業雖已具有了一定的規模和水平，但仍遠遠不能滿足大量的工業廢水及民用水處理的要求，與國外先進水平相比還有不小的差距。業內人士預計：今后幾年國內水處理劑的生產將有較快的發展，年需求量將達到30萬噸左右，其中絮凝劑的需求量為18萬噸。
二、關鍵技術和預期水平效益
現代廢水處理方法主要分為物理處理法、化學處理法和生物處理法三類。
物理處理法：通過物理作用分離、回收廢水中不溶解的呈懸浮狀態的污染物(包括油膜和油珠)的廢水處理法。通常采用沉淀、過濾、離心分離、氣浮、蒸發結晶、反滲透等方法。將廢水中懸浮物、膠體物和油類等污染物分離出來，從而使廢水得到初步凈化。
化學處理法：通過化學反應和傳質作用來分離、去除廢水中呈溶解、膠體狀態的污染物或將其轉化為無害物質的廢水處理法。通常采用方法有：中和、混凝、氧化還原、萃取、汽提、吹脫、吸附、離子交換以及電滲透等方法。
生物處理法：通過微生物的代謝作用，使廢水溶液、膠體以及微細懸浮狀態的有機物、有毒物等污染物質，轉化為穩定、無害的物質的廢水處理方法。生物處理法又分為需氧處理和厭氧處理兩種方法。需氧處理法目前常用的有活性污泥法、生物濾池和氧化塘等。厭氧處理法，又名生物還原處理法，主要用于處理高濃度有機廢水和污泥，使用處理設備，主要為消化池等。與物理、化學方法相比較，生物法具有運行費用低、處理效果好的特點。但生物法存在著處理時間相對較長、廢水中含有有毒物質存在時難以使用等缺陷。生物學家和工程技術人員正不斷努力，通過改良微生物菌種、改良處理工藝等手段提高生物處理的效果。
通過各種手段對廢水進行處理后再排放可減少污染，但徹底消除污染的方法是不產生污染物。科學家們正在不斷努力，一方面，尋找更有效的廢水處理方法，消除污染物；另一方面，研制設計出新的清潔生產工藝，減少污染物的產生。
下面我們來著重談談化學處理法中的絮凝法：
強化絮凝過程需要提高兩方面的技術：
（一）、發展新型高效能絮凝劑
（二）、發展高效絮凝反應器，技術上取得新的突破。
同時做到相互協同發展，進而將這兩方面優勢有機地結合起來，建立新型絮凝工藝技術系統，從整體上改進水處理絮凝過程的質量和面貌。
在研究開發新型高效絮凝劑方面
無機高分子絮凝劑（IPF）
無機高分子絮凝劑（IPF）無疑是當前研究的重點。由于它比傳統絮凝劑具有適應性強、無毒、可成倍提高效能且相對價廉等優點，因而近年已得到廣泛重視，正逐步發展成為混凝過程的主流藥劑。其中，聚合氯化鋁是當前工業生產技術最成熟、效能最高、應用最為廣泛的無機高分子絮凝劑品種。同時，以聚合氯化鋁產品作為基本原料，還可衍生制備出多種系列的適合于不同水質處理狀況的復合型無機高分子絮凝劑。如聚合鋁鐵、聚合硅鋁以及有機復合型絮凝劑。
盡管大量的混凝實踐證明聚合鋁絮凝劑比傳統鋁鹽凝聚劑的混凝效能提高2~3倍。但對于這類新型藥劑為何會突出地高效尚缺乏全面深入的科學驗證和理論診斷，一般的認識和處理方法尚停留在沿用傳統凝聚劑的概念或主觀推斷，尚缺少直接的實驗驗證。實際上，在聚合鋁應用基礎方面，從形態分布及其轉化規律，聚合反應控制參數及其制備條件，投加后的形態轉化及其穩定性，高效凝聚絮凝機理及效能，以及應用工藝技術等諸多方面，均有別于傳統凝聚劑，這些問題只有經過全面系統深入地研究，才能夠得到較確切的解答，同時促進這類新型藥劑的進一步提高并擴展其應用范圍。
基于上述原因，我們就以現代化學及絮凝理論為基礎，追蹤當前國際研究發展動向，同時結合實際生產工藝及水處理實踐，從混凝理論的發展，聚合鋁水解形態轉化及其分布特征，絮凝形態穩定性及電動特性，以及高效凝聚絮凝效能，作用機理與絮凝動力學，聚合鋁高效絮凝應用實踐等多方面進行了全面深入、系統地研究，為深入揭示聚合水解－聚合反應過程及形態轉化規律，闡明聚合鋁水解聚合形態與凝聚作用機理及絮凝動力學的相互關系，建立定量聚合鋁的表面吸附沉淀模式提供科學理論研究的基礎。同時也為進一步改進聚合鋁產品質量，提高凝聚劑絮凝效能，拓寬應用范圍提供必要的應用基礎理論研究依據。最終為推動和發展我國無機高分子絮凝劑的基礎應用理論研究，提高工業化生產技術水平及其應用實踐作出貢獻。
有機高分子絮凝劑 高分子絮凝劑種類
目前應用于水處理中的高分子凝劑，為分子量由數萬至數百萬的高分子水溶性有機聚合物。有機高分子絮凝劑具有在顆粒間形成更大的絮體及由此產生的巨大表面吸附作用。因而，近年來國內外在研究和應用方面都進展得很快。絮凝劑的種類很多，按其來源可分為天然和人工合成的兩大類。
天然高分子絮凝劑 淀粉、單寧、纖維素、藻朊酸鈉、古爾膠、動物膠和白明膠等等。天然高分子絮凝劑可經過各種化學改性以適應不同的需要，如淀粉可改性為糊精、苛化淀粉、含磷酸鹽－CH2OPO（CH）2和含胺基－CH2CH2NH2的淀粉等。一般來說天然高分子絮凝劑價格低廉，但分子量較低且不穩定，使用時用量高，效果不佳且排放時有可能產生BOD等問題。所以，除考慮到毒性而使用人工合成的高分子絮凝劑。其中用得最為廣泛的要屬分子量為300萬以上的聚丙烯酰胺及其衍生物。實踐證明，不同的高分子絮凝劑，對不同的水質處理效果相差很大，其最佳效果的用量幅度很小，超過一定范圍，反而會形成復穩。
高聚合度的水溶性有機高分子聚合物或共聚物的分子中，含有許多能與膠粒和細徽懸浮物顆粒表面上某些點位起作用的活性基團，分子量在數十萬至數百萬。根據聚合物單體上活性基團在水中的離解情況，按官能團分類可分為非離子型、陰離子型和陽離子型三類。表1是許多高分子絮凝劑的主要官能團。
國內外常用的具有代表性的高分子絮凝劑有：非離子型－聚丙烯酰胺（簡寫為PAM，分子量在150萬－900萬，商品濃度一般為8%）、聚氧化乙烯；陰離子型－聚丙烯酸（PAA）、聚甲基丙烯酸水解聚丙烯酰胺（HPAM）、聚磺基苯乙烯；陽離子型－丁基溴聚乙烯吡、聚二丙烯二甲基胺（PDADMA）。用量一般為廢水量的百萬分之一至百萬分之二。
當絮凝劑為離子型，且其電性與膠粒表面電荷相反時，絮凝劑就考慮到降低ξ電位和吸附橋連的雙重作用，絮凝效果就特別顯著；而當其點性與膠粒表面電荷相同時，則要求雙方的電荷都不太強。為要充分發揮絮凝劑的吸附橋連作用，應使它的長鏈生長到最大限度，同時讓可離解的基團達到最大的離解度且得到充分的暴露，以便產生更多的帶電部位，并與微粒有更多的碰撞機會，結果絮凝效果可提高數倍。
表1：高分子絮凝劑的主要官能團
非離子型官能團——OH羥基
——CN腈
——CONH2酰胺
陽離子官能團——NH2伯胺
——NH—R仲胺
——N—RR叔胺
R——N—RR季胺
陽離子型官能團——COOH羧酸
——SO3H磺酸
——OSO3H硫酸脂
當然，絮凝劑的選擇及使用量要根據廢水的具體性質而定，總的原則是所用的絮凝劑必須價廉、易得、高效、使用量少。生成的絮凝物易沉降分離。使用無機絮凝劑時要注意其適用的pH值范圍，一般在投加無機鹽絮凝劑后再添加pH調節劑。對高分子絮凝劑，為了充分發揮其在水中的化學架橋作用，應選用能在水中均勻分散、溶解，具有吸附活性基因的高分子化合物、水容性高分子化合物。為了使其在水中處于較大的分散狀態，一般先用純水或軟水溶解配成一定濃度的溶液，然后再加到待處理的廢水中去。因為這些高分子化合物往往會受到水質的影響。使分子的擴散和離子基的離解受到抑制，處理效果下降。
在絮凝反應器方面
目前處于主流的反應器有：隔板反應池、渦流式反應池、機械攪拌反應池、靜態混合器、文丘里管道混合器、機械加速澄清池、固定絮凝器等等。為了使膠體脫穩和絮體顆粒增大密實，并降低能耗、藥耗，就需要對絮凝設備結構構造進行深入研究，開發出新型高效的絮凝設備。根據渦流理論設計的多極渦流管式混合器和通過一系列格網以增加水流紊動度來提高絮凝效果的豎流往復折流式絮凝反應器便是其中效果較好的兩種絮凝設備。
公司網址：www.zzrmjs.com