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油田污水处理絮凝剂的研究进展-技术文献-无锡市绿之星环保有限公司提供工业污水处理设备,油田污水,污泥处理工艺技术设备服务
 
油田污水处理絮凝剂的研究进展
 

摘要:水的净化处理方法中,絮凝沉淀法使用的絮凝剂,根据其化学成分的不同,可以分为无机、有机和微生物絮凝剂。本文综述了各种絮凝剂的新研究进展及在污水处理方面的应用,并对今后的发展提出建议。

关键词:絮凝剂 污水处理 研究进展

随着工业的发展及人类生活水平的提高,用水量不断增加,水污染现象日益严重。絮凝沉淀法以其简便易行、分离效率高而成为水处理工业中对不易沉降的颗粒进行固液分离的重要方法。絮凝剂的性质直接影响到絮凝效果,进而决定后续流程的进行和出水的质量。因此,必须不断发展,以适应污水成分的日趋复杂的要求。作者在此介绍了近期国内外化学絮凝剂的研究进展。

絮凝剂的种类繁多,随着科学技术的发展,絮凝剂逐渐从单一化向多样化转变,研制开发新型高效的絮凝剂是实现絮凝过程优化的核心技术,也是广大环境科学工作者一直致力研究的课题。按化学组成的不同,絮凝剂可分为无机、有机、微生物和复合型四大类。

1.无机絮凝剂

无机絮凝剂主要包括无机低分子絮凝剂和无机高分子絮凝剂。目 前应用和研究较多的是无机高分子絮凝剂,主要有聚铁类无机高分子絮凝剂和聚铝类无机高分子絮凝剂。无机高分子絮凝中使用较多的是聚合硫酸铁(PFS)和聚合氯化铝(PAC)。聚合硫酸铁具有絮凝能力强、 沉降快、使用范围广、对金属设备腐蚀性小及二次污染小等优点,但产生的污泥量较大、生产工艺复杂、成本较高;聚合氯化铝处理含油污水时,其絮凝效果明显优于其它铝盐,通常也比聚铁类絮凝剂好, 主要表现为投量较少且产生的污泥量小,缺点则是絮凝沉降速度较慢、易造成二次污染。

1.1单一型无机絮凝剂

聚合铝盐(统称为聚铝)和聚合铁盐(统称为聚铁)是普遍使用的无 机高分子絮凝剂,主要有聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合 磷酸铝(PAP)和聚合氯化铁(PFC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合磷酸铁 (PFP)。这些聚合物水解后生成单核配位物,再经聚合生成多核配位 物,能有效压缩双电层,降低或消除水体中胶体的ζ电位,使颗粒之 间的排斥力降低。具有较高的正电荷和比表面积,能迅速吸附水体中带负电的杂质,表现出了很强的吸附能力和净水性能。聚铝类絮凝剂是国内外研究和使用为广泛的絮凝剂,其絮凝效果优于小分子无机盐絮凝剂。

1.2复合型无机絮凝剂

(1)多阳离子型。多阳离子型复合絮凝剂初是在总结聚铝和聚铁各自优缺点的基础上,共聚复合而成的实现多核络离子配位的一类性能较强的絮凝剂。它具备铁系絮凝剂的费用低、受温度影响小和铝系絮凝剂的絮体卷扫与夹杂作用明显等优点,同时还避免了铁盐的 强腐蚀性、储存与稀释稳定性差和铝盐对人体有毒以及低温除浊能力差的缺点。

(2)聚硅酸金属盐类。聚硅酸金属盐类絮凝剂是一类新型复合无机高分子絮凝剂,其作用机理是金属盐水解形成的多羟基阳离子对胶体产生很强的电中和作用,而聚硅酸是阴离子型絮凝剂,它具有的较高分子量可以对脱稳微粒产生很强的吸附架桥作用,多种聚合物之间的协同效应会增强絮凝效果。如何控制絮凝剂化学结构使凝聚-絮凝效果得到优化是此类絮凝剂应用的关键。

2.有机高分子絮凝剂(OPF)

有机高分子絮凝剂也称为聚电解质,主要包括人工合成类和天然聚合物改性类两种。有机高分子絮凝剂与无机絮凝剂相比,具有用量少、受盐类及环境条件影响小、污泥量小、避免了Al3+和Fe3+在溶液中 的残留等优点。表1为常用有机高分子絮凝剂所带官能团及类型。 人工合成有机高分子絮凝剂分子量大、官能团多,而且可根据不同污水的处理要求调节产品的分子量大小及其分布,选择单体结构和 所需官能团,进行有目的的合成。

2.1人工合成有机高分子絮凝剂

(1)聚丙烯酰胺(PAM)及其改性产品。我国聚丙烯酰胺用量占 合成有机高分子絮凝剂总量的86%,分为阳离子型(CPAM)、阴离子 型(APAM)、非离子型和两性离子型。其中CPAM对一些工业废水的 絮凝效果优于其它类型的聚丙烯酰胺,这是由于阳离子对污水中的胶 体微粒具有很强的电性中和及吸附作用,有助于沉降和过滤脱水。 CPAM的合成方法中,通过AM与阳离子单体共聚的方法在工业 上较容易实现。常用的阳离子共聚单体是二甲基二烯丙基氯化铵,也 有一些其它阳离子共聚单体的报道。Shen等以2-甲基丙烯酰氧乙基三 甲基氯化铵为共聚单体得到阳离子型高分子絮凝剂P(AM-DMC),能 够有效地处理染料废水,阳离子度是影响CPAM脱色性能的主要因素,当染料的芳环数量增加时,染料和聚阳离子的静电作用更强。


(2)其它新型有机高分子絮凝剂。有机高分子絮凝剂有多种类 型,这在文献中已有详细的介绍。Ma等合成了链端基带有-OH基团 的对温度敏感的新型高分子絮凝剂。Huang等研究的微颗粒体系絮凝 剂在国内少有报道。一些结构特殊的聚合物如聚酰胺树型大分子被用于处理油田污水。

天然改性类有机高分子絮凝剂可生物降解,美、英等发达国家研究较多。这类絮凝剂按原料的来源可分为淀粉衍生物、天然胶衍生物、木质素衍生物和甲壳素衍生物等,其中改性淀粉絮凝剂受关注。

(1)改性淀粉絮凝剂。淀粉是自然界丰富的植物资源,其分子链上的大量羟基基团可以通过醚化、酯化、氧化、交联、接枝共聚 等反应进行改性,从而使分子链增长并呈高度支化结构,增强对污水 中胶体颗粒的吸附和凝聚作用。改性淀粉絮凝剂主要包括接枝共聚物 和阳离子淀粉。阳离子淀粉是由高聚糖和一系列带正电荷的基团如氨 基、亚氨基、铵基等基团反应制得的,因为pH值适用范围广、无毒、易生物降解且对环境无污染而日益受到瞩目。Pala等及Vera等分 别报道了用淀粉和季铵盐类阳离子醚化剂3-氯-2-羟丙基三甲基氯化 铵(CHPTAC)在NaOH存在的碱性条件下反应制备阳离子淀粉,所得 产品能显著提高脱水效率。

(2)壳聚糖絮凝剂。甲壳素在自然界储量巨大,由于其良好的 生物相容性、成膜性和一定的可再生能力被称为新的绿色高科技材 料,引起环保界的极大关注。壳聚糖是甲壳素脱乙酰化率大于60%的 产品,它同时含有胺基和羟基,自身是一种阳离子型絮凝剂。 Strand等研究了壳聚糖和细菌悬浮物之间的吸附架桥关系以及用壳聚 糖处理不同细菌的絮凝效果。Sayed等采用丙烯腈、丙烯酸与甲壳素 接枝共聚,得到的接枝共聚物可有效去除印染废水中的染料。

(3)天然植物胶改性絮凝剂。国外天然植物胶改性产品接枝聚 丙烯酰胺近年来应用极广,絮凝效果要好于各单一组分。Monika等合 成了车前子胶聚丙烯酰胺接枝共聚物(Psy-g-PAM),用其处理制革 和生活污水,在佳投药量(60×10-6 ) 的条件下,制革污水和生活污

2.2 天然改性有机高分子絮凝剂

水的固体颗粒去除率分别为95%以上和89%以上。X-射线衍射实验表 明此聚合物和污水的晶体颗粒之间主要是通过吸附架桥絮凝作用,它 们之间除了有键存在以外,还有一定的螯合作用。

3 微生物絮凝剂

微生物絮凝剂可称为第三代絮凝剂。它是利用生物技术,从微生物或其分泌物提取、纯化而获得的一种安全、高效、能自然降解的新 型水处理剂,它可归类为天然高分子改性絮凝剂,也可单列为一类。 微生物絮凝剂是一种无毒的生物高分子化合物,包括机能性蛋白质和 机能性多糖类物质,其絮凝性主要由位于染色体上和染色体外的絮凝 遗传基因决定。至今发现具有絮凝性的微生物已有数种,包括霉菌、 细菌、放线菌和酵母菌等。一般来说,微生物所产生絮凝物质的分子 质量多在103以上。“桥联机理”认为,絮凝剂大分子借助离子键、 氢键和范德华力,同时吸附多个胶体微粒,在颗粒间产生“架桥”现 象,从而形成一种网状三维结构沉淀下来。

目前,微生物絮凝剂研制的关键问题是成本过高,主要是各种絮凝剂产生菌的培养大都是在实验室中以葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉等 作为有机碳源,以酵母浸出汁,牛肉膏、蛋白陈、酪蛋白氨基酸等作 为有机氮源。随着培养条件的改进,研制出低成本的培养源,不仅可以使微生物絮凝剂的价格降低,还可提高活性,缩短培养时间,若规模化生产,成本还可进一步降低,其经济效益十分显著,应用前景诱人。

4 复合型絮凝剂

在高效的絮凝剂单剂开发的基础上,有效也常用的方法是将不同的絮凝剂复合或复配使用,这样能更好地发挥不同类型和不同结 构絮凝剂的长处。一般采取将无机絮凝剂相互复合、有机絮凝剂相互 复合、有机和无机絮凝剂复合等。刘明华用二氰二胺与甲醛的聚合 物、聚硫氯化铝或/和聚硫氯化铝钙进行聚合反应制得一种复合型絮 凝剂,特别适用于高碱度和高色度废水的处理,而且生产工艺简单。 周启星等以铝盐、淀粉为主要成分,无水乙醇作反应溶剂,用 NaOH将淀粉改性,制得了经济、高效、生态安全性高的复合高效絮凝剂,不仅适用性广,且对环境无污染。

5.絮凝剂的发展趋势

(1)随着人们环保意识的加强,含油污水的处理将会越来越受到重视,絮凝剂的研究和开发工作也会不断地完善和进步。用于油田 含油污水处理的絮凝剂正逐步由无机向有机、单一向复合转化,并形 成系列化产品。深入研究各种絮凝剂的作用机制及相互间的复合、复 配使用,以提高絮凝剂处理含油污水的作用效果,是今后絮凝剂研究开发的重点。

(2)微生物絮凝剂将可能在未来取代或部分取代传统的无机高分子和合成有机高分子絮凝剂。但就当前而言,絮凝剂的研究主要集中在高分子絮凝剂方面。国外微生物絮凝剂的研究已很广泛,国内的 研究处于菌种筛选阶段,存在生产成本较高的缺点。因此,必须制备 价格低廉的高活性培养基。同时利用基因技术构筑高效遗传菌株,使其能降解多种底物。无机高分子的研究主要集中在铝、铁盐的复合聚合。有机高分子絮凝剂的研究主要为天然高分子化合物,研究较多的是淀粉、壳聚糖和微生物胞外高分子化合物。复合型絮凝剂主要是在无机盐和有机高分子絮凝剂联合使用方面的研究。总之,研制新型、高效、安全、经济的絮凝剂是絮凝剂产业发展的必然方向。

 
 
 
 
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