关于无机高分子混凝剂的发展

[摘要]随着环境污染的日益加剧，水资源的再生利用对现实社会具有深远的意义。传统的永处理工艺已跟不上实际要求，研制和开发新型高效、经济的无机混凝剂，已成为一十重要与紧迫的研究课题。近十几年来，无机高分子混凝剂(IPC)的研究、发展受到了国内外水处理界的广泛重视。本文概括了无机高分子混凝剂的研制和开发现状；介绍了聚合铝、聚合铁、聚合硅酸和复合型四种无机高分子混凝剂的混凝作用机理和应用；并对无机高分子混凝剂今后的研究发展方向作出展望。 [关键词]无机高分子混凝剂混凝发展 随着全球化进程的加剧。人类面临着日益严重的全球性环境污染和资源枯竭的重大问题。水处理剂在防止或消除污染，保护资源和环境方面正起着越来越重要的作用。混凝是常规水处理工艺中的关键环节之一，混凝剂的优劣直接髟响到混凝效果。无机高分子絮凝剂自60年代开发以来，因其絮凝效果较好，价格相应较低，而有逐步取代传统的铝盐、铁盐等无机絮凝剂，成为主流水处理剂的趋势。在我国絮凝剂市场上，传统絮凝剂的用量仅占20％，而无机高分子絮凝掷的用量则占80％以上。近年来，这类絮凝剂的研制和应用正成为热点，专利产品也有逐年增加的趋势。 一、传统混凝剂与无机高分子混凝剂的混凝机理 传统絮凝剂在投药后主要经过水解和吸附过程，在浓溶液中的化合态主要是单体初聚物A11-3投入水中后发生水解，向生成初聚体和低聚体816-8方向发展或直接生成Al(OH)3，。这些低聚体以及沉淀物吸附在颗粒物的表面。发挥电中和及粘结架桥或卷扫作用。 而高质量的无机高分子絮凝剂与颗粒物的吸附实际是表面络合配位作用，表面羟基将会适当补充其未饱和位，吸附在表面后，仍会从溶液申吸取羟基。继续其水解沉淀过程，直到饱和成为氢氧化物沉淀凝胶，与颗粒物一起生成絮团。因此，无机高分子的凝聚——絮凝机理实际是表面络合与表面沉淀过程。 传统絮凝剂作用机理是絮凝剂投入水中后，经水解而全部水解生成氢氧化铝沉淀，实际是带电荷的氢氧化铝凝胶吸附在颗粒物表面发挥凝胶——絮凝作用。无机高分子的作用机理则与此不同。它们是投入水中后主要以Al1-3直接吸附在颗粒物表面。在表面上继续水解而转化为沉淀，由此进行电中和及牯结架桥的凝聚——絮凝作用，因此，无机高分子的絮凝计算模式应是建立在表面络合及表面沉淀的基础上。 二、无机高分子絮凝剂的研制和开发现状 无机高分子絮凝剂传统上可分为聚合铝、聚合铁、聚合硅酸以及复合型无机高分子絮凝剂四大类，但按照水中胶粒所带电荷种类也可以将其分为阳离子型、阴离子型和若干复合系列。 无机高分子絮凝剂的研制与开发大致经历了以下4十阶段；①聚合铝、聚合铁或聚硅酸；②在聚台铝、聚合铁或聚硅酸中引入单种金属离子AL或Fe；③在聚合钼、聚合铁或聚硅酸中同时引入两种金属离子Al和F：④在聚合铝、聚合铁或聚硅酸中引入多种金属离子AL、fe、Mn、Ca等。改性的目的是引入某些高电荷离子以提高电荷的中和能力，引入羟基、磷酸根等以增强配位络合能力，从而达到改善其絮凝效果的目的。 聚合铝的缺点是在热力学上不稳定而失去活性。为保证其有适宜的储存性能租适度的稳定性，必须控制适当的碱化度和聚台度成加入稳定增效剂。尤其是活性铝，毒性较大，同时聚铝制备方法不完善，致使较多水解铝的徽细颗粒存在于溶液中，这在一定程度上限制了聚合铝的使用。通过改善混凝反应条件，延长慢速混凝时间，能有效降低水中铝的含量。对聚铁来说，其盐基度越高，分手聚合度越大，形成的羟基配合物就具有更多的电荷和更大的表面积，絮凝性能也就更好。因此制备聚合铁时，盐基度的控制是一个关键因素。 聚硅酸对细泥类悬浮物有加速沉淀的作用，其最大缺点是稳定性差，在溶液中能自行聚台成不溶于永的高聚物，只能现配现用，而向硅酸溶胶中加入某些金属离子，可以阻止或减缓硅酸缩聚时间，同时也可以延长聚硅酸的存入时间，但还无法制备出聚硅酸金属盐混凝剂的固体产品。使其应用范围大大受到了限制。 无机复合型高分子絮凝剂中由于引入其它离子，尤其是高电荷离子，其聚合度和电荷中和能力大大加强，絮凝性能远优于聚硅酸或单独的聚金属离子。其缺点是制备过程操作技巧性比较强，产品成本也鞍高。与无机高分子絮凝剂相比，有机高分子絮凝剂投加量少。絮凝速度快，受共存盐类、pH和温度等周围环境影响小：另外，有机高分子絮凝剂分子所带的－NH－、－COO－、－SO3－，等具有链状、环状等多种结构的亲水基团，有利于污染物进人絮凝体，脱色性好。但有机高分手絮凝剂的水解或降解产物多有毒，而且价格较高。而无机一有机高分子絮凝剂连用正好可以综合二者的优点，因此无机一有机复合型应用前景广阔。 三、各类无机高分子混凝剂的混凝作用机理及应用 1、聚合铝 ①混凝作用机理 聚合铝包括聚合氯化铝和聚合硫酸铝。聚合铝实际上是一种多铝多羟基络合物，它是一条件控制下铝盐的水解——聚合——沉淀过程的中间产物。在水解过程中，铝由单体逐步聚合，其形态转化过程为：A13+→A12(OH)4+2→A17(OH)5+16→Al1304(OH)7+24 水处理中聚合铝的混凝作用机理是：以其水解产物对水中颗粒或胶体污染物进行电中和和脱稳，吸附架桥或牯附卷扫而生成粗粒絮凝体再加以分离去除。对混凝过程中起主要作用的因素是药剂投加置。pH值和颗粒表面积浓度等参数。 ②应用 聚合铝，特别是聚合氯化铝具有絮凝体形成快、沉降迅速、混凝效果好、污泥脱水容易、对原水性质变化适应性强、适宜的范围宽、用量小、腐蚀小、成本低等优点。因而广泛地应用于给水净化、废水处理以及铸造、轻工、医药、机械等方面。