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長(zhǎng)沙固特瑞闡述絮凝沉降法是最重要的水處理方法
作者： 湖南固特瑞 瀏覽量：9204 發(fā)布時(shí)間：2014-01-09
1 低分子無(wú)機(jī)鋁鹽
低分子無(wú)機(jī)鋁鹽主要有硫酸鋁和氯化鋁，絮凝形態(tài)學(xué)把鋁化合物在溶液中水解聚合的形態(tài)分為3類(lèi)：①Ala，包括快速絡(luò)合的自由離子、單體及初聚物；②Alb，包括慢速絡(luò)合的低聚和中等聚合物；③Alc，包括長(zhǎng)時(shí)間難以絡(luò)合的高聚物及溶膠。其中Alb部分絮凝能力最強(qiáng)，而又尤以Al13O4(OH)247+為最優(yōu)，它是起絮凝作用的主要活性物質(zhì)。低分子鋁鹽的主要作用形態(tài)是初聚物、低聚物和凝膠沉淀物，它們的作用機(jī)理是：(1)電性中和和吸附架橋；(2)凝膠絮團(tuán)粘結(jié)卷掃。低分子鋁鹽要達(dá)到絮凝要求所需要的用量較大，所以使用成本較高，且絮凝效果差。
2 高分子鋁鹽絮凝劑
20世紀(jì)30年代，美國(guó)、德國(guó)、前蘇聯(lián)、日本等國(guó)就陸續(xù)有化學(xué)家研究聚鋁，了解它們的組成和特性，發(fā)現(xiàn)其有更高的絮凝能力。到了60年代，日本的前田稔提出了幾種聚鋁的工業(yè)制造流程，肯定了聚鋁的絮凝能力高于硫酸鋁。此后聚鋁在日本水處理技術(shù)中迅速發(fā)展起來(lái)。聚鋁是一種高效的無(wú)機(jī)高分子，一般是指A13+鹽到Al(OH)3之間的一系列準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，即二鋁到十三鋁的羥基絡(luò)合物，其中Al3+與Al3＋可能出現(xiàn)共享羥基絡(luò)合物或共享氧基配位的結(jié)構(gòu)特征。在凝聚-絮凝過(guò)程中，其主要作用機(jī)理是對(duì)水體顆粒物的電中和與吸附架橋兩種作用。隨著分子量的增加，吸附架橋作用被增強(qiáng)。
一般認(rèn)為，在絮凝過(guò)程中投加鋁鹽絮凝劑后發(fā)生了金屬離子水解和聚合反應(yīng)，以其水解和聚合產(chǎn)物與水體顆粒進(jìn)行電中和脫穩(wěn)、壓縮雙電層、吸附架橋或粘附卷掃和沉淀物網(wǎng)捕等作用，而生成粗大絮凝體加以分離去除，從而完成絮凝過(guò)程。因此，鋁鹽絮凝劑的形態(tài)與其帶電特性密切相關(guān)，陰、陽(yáng)離子是影響鋁鹽形態(tài)分布及帶電特性的重要因素。所以新型聚鋁高分子研制的主要方向是向其引入其他離子，制備復(fù)合型絮凝劑，優(yōu)化產(chǎn)物形態(tài)，改變帶電特性。
2.1 陽(yáng)離子復(fù)合型絮凝劑
鐵鋁復(fù)合是具有代表性的陽(yáng)離子復(fù)合型絮凝劑，即在PAC中引入Fe3+。田寶珍[7]等根據(jù)鐵具有極強(qiáng)的親OH-能力、而鋁的親OH-能力較弱的特點(diǎn)，合成了鋁鐵共聚復(fù)合絮凝劑——聚合氯化鋁鐵(PAFC)。鋁鐵復(fù)合后其性質(zhì)不是單純的鋁系、鐵系聚合物的簡(jiǎn)單混合，而是發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生了共聚。高寶玉等人發(fā)現(xiàn)鋁鐵共聚物中既有以羥基橋聯(lián)的鋁聚合物,又有以羥基橋聯(lián)的鐵的聚合物。鐵鋁復(fù)合絮凝劑在一定程度上是FeCl3、PAC取長(zhǎng)補(bǔ)短增效，處理高濁度水時(shí)，投加量?jī)H相當(dāng)于硫酸鋁或PAC的1/3左右。在相同投藥量下，除色率比單用硫酸鋁提高10.8％，且溫度、pH值適用范圍寬。采用PAFC處理造紙工業(yè)廢水，COD去除率達(dá)到90.58%，比PAC和聚合硫酸鐵(PFS)的COD去除率平均高出15%。
2.2 陰離子復(fù)合型絮凝劑
目前國(guó)內(nèi)外研究較多的是將Cl-、SO42-、PO43-、OH-等陰離子引入鋁鹽絮凝劑合成聚合鋁化物。這些陰離子可以是單一的類(lèi)型，也可以是復(fù)合的類(lèi)型。聚硫酸鋁(PAS)中的陰離子是SO42-、HSO4-，由于SO42-空間尺寸較大，比較難于接近Al3+，配位效應(yīng)很弱，可以簡(jiǎn)單地看成與聚鋁離子形成離子鍵，其產(chǎn)品容易受環(huán)境的電性影響，因此PAS表現(xiàn)較差的儲(chǔ)存性，但有較大的脫穩(wěn)能力。
對(duì)于Cl-，因空間尺寸較小，能接近Al3+，Cl-與Al3+能形成四配位，具有一定的配位效應(yīng)，同時(shí)與OH-具有相似的配位體型，能夠出現(xiàn)羥氯鋁配位體，因此Cl-與聚鋁離子間不是單純的離子鍵，電性影響相對(duì)減弱，所以PAC穩(wěn)定，貯存性能好，故聚鋁中最重要的品種就是PAC。
2.3 無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合型絮凝劑
復(fù)合絮凝劑目前研究較多的是無(wú)機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合型，而無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合型絮凝劑的研究也正在進(jìn)行。無(wú)機(jī)高分子絮凝劑在絮凝效果方面優(yōu)于傳統(tǒng)的絮凝劑,但與有機(jī)高分子絮凝劑相比,在聚合度及絮凝效果方面較差。有機(jī)高分子絮凝劑具有用量少,絮凝速度快,受pH值及溫度影響小等優(yōu)點(diǎn),但是價(jià)格昂貴。將兩種絮凝劑復(fù)配使用,利用無(wú)機(jī)絮凝劑的高正電荷密度和有機(jī)高分子絮凝劑的橋連作用,兩者產(chǎn)生協(xié)同作用,能夠提高絮凝處理能力,既有兩者雙重的優(yōu)點(diǎn),又避免了兩者的不足。
3 鋁鹽絮凝劑的發(fā)展前景
目前，在水處理方面應(yīng)用最廣泛的高分子絮凝劑是高分子鋁鹽和復(fù)合型無(wú)機(jī)高分子鋁鹽。無(wú)機(jī)高分子鋁鹽絮凝劑與傳統(tǒng)低分子鋁鹽相比具有較強(qiáng)的電中和能力、較大的分子質(zhì)量、較強(qiáng)的吸附性能和相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性?；趯?duì)無(wú)機(jī)高分子絮凝劑作用機(jī)理的認(rèn)識(shí)，近年來(lái)，研制和應(yīng)用聚合鋁、鐵、硅及各種復(fù)合型絮凝劑又成為熱點(diǎn)，而且，聚合鋁鹽-有機(jī)高分子復(fù)配體系也越來(lái)越受到重視。筆者以為復(fù)合高分子鋁鹽是當(dāng)今絮凝劑的研制趨向，它克服了傳統(tǒng)鋁鹽和聚合鋁鹽水解的不穩(wěn)定性，改善了絮凝性能。
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