高分子污泥脫水絮凝劑的研究進(jìn)展
行業(yè)動(dòng)態(tài)
隨著我國(guó)污水處理產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，以及污水處理能力的迅猛增長(zhǎng)，污泥的產(chǎn)量也隨之迅速增加。2020年，城鎮(zhèn)污水處理廠的剩余污泥（以含水率80%計(jì)）總產(chǎn)量將超過(guò)6000萬(wàn)噸。污泥是城市廢水處理后的終端產(chǎn)物，含有大量病菌、金屬等有害物質(zhì)，并且顆粒小、有機(jī)物質(zhì)含量高、含水率高，使得污泥處理處置問(wèn)題引起人們廣泛關(guān)注。
污泥處理方法主要是濃縮、脫水、干化等工藝，污泥處置的方法主要是填埋、土地利用、焚燒等工藝，而污泥處理的效果會(huì)影響到污泥的處置，所以污泥的處理問(wèn)題是急需解決的。污泥處理的目的主要是對(duì)污泥進(jìn)行減量、減容以及無(wú)害化。目前，國(guó)內(nèi)外采用的污泥處理方法主要是污泥脫水，所占比率達(dá)70%以上。
污泥脫水就是將污泥的含水率降低到80%（我國(guó)“十二五”規(guī)劃規(guī)定城市污水處理廠污泥含水率必須低60%才能外運(yùn)）以下，這樣便于污泥的處置與利用。在污泥脫水前需要對(duì)污泥進(jìn)行污泥調(diào)理，從而改善污泥的脫水性能，調(diào)理后的污泥，其脫水壓力大大減小，脫水后的污泥含水率大大降低。污泥調(diào)理的方法有：物理、化學(xué)和物理化學(xué)三種?；瘜W(xué)調(diào)理就是向污泥中投加各種脫水絮凝劑，使污泥中細(xì)小顆粒形成大的絮凝體并釋放吸附水，從而提高污泥脫水性能。一種良好的污泥脫水絮凝劑，須在提高污泥脫水性能狀況下，不造成環(huán)境的二次污染，不增加污泥的容積與重量。因此，污泥脫水絮凝劑的研究與發(fā)展是很值得關(guān)注的。
1 脫水絮凝劑的發(fā)展
隨著科技的發(fā)展，脫水絮凝劑的種類(lèi)也日益增多。目前，應(yīng)用比較廣泛的主要有無(wú)機(jī)高分子污泥脫水絮凝劑、有機(jī)合成高分子污泥脫水絮凝劑、無(wú)機(jī)-有機(jī)高分子污泥脫水絮凝劑以及天然高分子改性污泥脫水絮凝劑。
1.1 無(wú)機(jī)高分子脫水絮凝劑
一般無(wú)機(jī)高分子絮凝劑主要以聚合鋁鹽、聚合鐵鹽為主，主要是通過(guò)吸附電中和、網(wǎng)捕和卷掃作用，使污泥細(xì)小顆粒形成大的絮凝體并釋放吸附水，從而提高污泥脫水性能。20世紀(jì)60年代，無(wú)機(jī)高分子絮凝劑因具有沉降速度快、用量少、效果好、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，就發(fā)展成為一種新型絮凝劑，并在全世界取得迅速的發(fā)展。
無(wú)機(jī)高分子絮凝劑可分為陽(yáng)離子型、陰離子型和復(fù)合型三大類(lèi)。陽(yáng)離子型無(wú)機(jī)高分子絮凝劑主要包括聚合鋁鹽和聚合鐵鹽兩大類(lèi)，如聚合氯化鋁（PAC）、聚合氯化鐵（PFC）等，至今仍備受關(guān)注。使用聚合氯化鋁進(jìn)行污泥脫水實(shí)驗(yàn)，通過(guò)濁度和毛細(xì)吸水時(shí)間的性能測(cè)定，確定其較佳的投加量，并研究提高污泥調(diào)理效果的問(wèn)題。陰離子型無(wú)機(jī)高分子絮凝劑主要指活性硅酸絮凝劑，在用酸溶解的水玻璃中加入一定量的鐵、鋁，加水稀釋至一定的濃度，充分?jǐn)嚢韬箪o置陳化一段時(shí)間，制得活性硅酸絮凝劑。實(shí)驗(yàn)證明，pH值在8以上，投加量在40～50mg/L的條件下，其脫水絮凝效果比一般的無(wú)機(jī)絮凝劑要好。復(fù)合型無(wú)機(jī)高分子絮凝劑主要是硅鋁、硅鐵和硅鐵鋁的聚合，如聚合硅酸硫酸鋁（PASS）絮凝劑，日本率先開(kāi)展了對(duì)此絮凝劑制備的研究，我國(guó)在復(fù)合型無(wú)機(jī)絮凝劑方面也做了大量的研究。
無(wú)機(jī)高分子絮凝劑雖然處理效果較好，但生成的絮凝體沒(méi)有有機(jī)高分子絮凝劑生成的大，污泥顆粒釋放的水分也就少，脫水效果也就沒(méi)有有機(jī)高分子絮凝劑的好，而且單獨(dú)使用時(shí)投加的量大。因此，有機(jī)高分子絮凝劑也就逐步發(fā)展起來(lái)。
1.2 有機(jī)合成高分子脫水絮凝劑
有機(jī)合成高分子污泥脫水劑的相對(duì)分子質(zhì)量較大，根據(jù)離子帶電荷的特性分為非離子型、陰離子型、陽(yáng)離子型和兩性四大類(lèi)。較典型、應(yīng)用較廣的有機(jī)合成高分子絮凝劑就是聚丙烯酰胺（PAM），在有機(jī)合成高分子絮凝劑中用量達(dá)80%以上。PAM根據(jù)離子特性可分為陽(yáng)離子型、陰離子型以及兩性型。
1.2.1 陽(yáng)離子型PAM
陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺（CPAM）是由丙烯酰胺與陽(yáng)離子單體共聚合成的，對(duì)有機(jī)物和無(wú)機(jī)物都有很好的處理效果，對(duì)污泥調(diào)理進(jìn)行后，有利于顆粒的沉降和過(guò)濾脫水，提高了污泥的脫水性能。常用的陽(yáng)離子單體有二甲基二烯丙基氯化銨（DMDAAC）、甲基丙烯酰胺氧乙基三甲基氯化銨為共聚單體得到陽(yáng)離子型高分子絮凝劑（PAM-DMC），在陽(yáng)離子度大于52%時(shí)，對(duì)染料廢水的脫色處理效果較好。以丙烯酰胺（AM）、DMC以及二甲基二烯丙基氯化銨（DMDAAC）為原料，水溶性偶氮化合物為引發(fā)劑，合成了三元共聚陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑，水溶性極好，用模擬煤泥水進(jìn)行試驗(yàn)研究，表明當(dāng)投加量為10mg/L時(shí)，處理25min后濁度低，絮凝效果好。
1.2.2 陰離子型PAM
在污泥脫水中，陰離子型聚丙烯酰胺（APAM）絮凝劑的調(diào)理效果沒(méi)有CPAM好，而且應(yīng)用范圍限制大，對(duì)陰離子型絮凝劑的研究較少。但是由于APAM大都用于石油化工、采油等，加上我國(guó)石油行業(yè)發(fā)展迅速，這就加大了APAM的需求量，因此，陰離子有機(jī)合成高分子絮凝劑仍在研究中。用陰離子型聚丙烯酰胺AN934PWG作為污泥脫水調(diào)理劑并與陽(yáng)離子型PAM進(jìn)行比較，試驗(yàn)中投加率在0.077%～0.617%，結(jié)果發(fā)現(xiàn)藥劑存在一個(gè)投加范圍，超過(guò)投加量時(shí)，污泥脫水性能反而下降，當(dāng)陰離子型PAM投加率在0.31%時(shí)，而陽(yáng)離子型PAM的投加率要在0.634%時(shí)，兩者的污泥比阻低，由此得出陰離子型的脫水效果要好。
1.2.3 兩性型PAM
由于陰、陽(yáng)離子型高分子絮凝劑使用范圍受限制，兩性型有機(jī)合成高分子絮凝劑可能有逐漸取代二者的趨勢(shì)。兩性型有機(jī)合成高分子絮凝劑就是指在高分子鏈節(jié)上同時(shí)擁有正、負(fù)電荷基團(tuán)的高分子化合物，適用于陰、陽(yáng)離子共存的污水處理中。在污泥脫水處理中，兩性型絮凝劑通過(guò)電性中和、吸附架橋以及分子間的網(wǎng)捕作用，使處理的污泥顆粒變得粗大，提高了污泥的脫水性能。采用丙烯酰胺（AM）、二甲基二烯丙基氧化胺（DMDAAC）和2-丙烯酰氨基-2-甲基丙磺酸（AMPS）作為單體原料，以過(guò)硫酸銨（APS）-亞硫酸氫鈉氧化還原體系為引發(fā)劑，并且當(dāng)n（AM）：n（AMPS）：n（DMDAAC）=8:1:1，單體質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，反應(yīng)溫度為50℃時(shí)，合成出的兩性共聚物的熱穩(wěn)定性比PAM好，對(duì)于洗煤水的凈化、污泥脫水等具有良好的效果。以陰離子或非離子聚丙烯酰胺、甲醛、有機(jī)胺、亞硫酸氫鈉、新鮮水原料，加以少量助劑，一定溫度下，通過(guò)改性合成FY高效兩性污泥脫水劑，對(duì)石油、化工行業(yè)的污泥脫水具有良好的效果，一般的投加量在3～1000μg/g，處理后的濾液COD基本低于2000mg/L，油含量在1000mg/L。
無(wú)機(jī)與有機(jī)高分子脫水絮凝劑對(duì)于特定的污水污泥有很好的處理效果，但仍存在一定的限制，其中重要的限制就是它們處理的對(duì)象比較單一，為此，就有無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合型脫水絮凝劑的研究。
1.3 無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合型高分子脫水絮凝劑
無(wú)機(jī)-有機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑在某種程度上可以認(rèn)為是無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑的分子在一定條件下的協(xié)同作用，以達(dá)到絮凝增效的目的。無(wú)機(jī)高分子絮凝劑與有機(jī)高分子絮凝劑單獨(dú)使用時(shí)，都存在使用范圍的限制。無(wú)機(jī)高分子絮凝劑是對(duì)膠體脫穩(wěn)凝聚，實(shí)現(xiàn)固液分離，但是投加量大，處理效果不是很好；有機(jī)高分子絮凝劑的絮凝效果雖然較好，但是濾餅的含水率較高。但兩者結(jié)合使用則可以增大使用范圍，脫水效果也會(huì)有所提高。
目前，污泥脫水中用得較多的無(wú)機(jī)高分子絮凝劑是聚合氯化鋁（PAC），但其穩(wěn)定性差，沉淀速度慢。若將其與有機(jī)高分子絮凝劑結(jié)合使用，可以改善絮凝劑的穩(wěn)定性，加大污泥的脫水性能。利用正交實(shí)驗(yàn)，對(duì)單獨(dú)使用PAC、PAM和兩者結(jié)合使用處理濃縮污泥進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果表明，PAC、PAM用量分別為240mg/L，60mg/L，且投加方式為先加PAC，攪拌后再加PAM，污泥脫水效果比單獨(dú)使用要好，形成的泥餅含固率22%，且藥劑費(fèi)用比單獨(dú)使用PAM更經(jīng)濟(jì)。復(fù)合型絮凝劑的脫水效果能達(dá)到一定的滿意程度，因此，這種復(fù)合型絮凝劑的研究仍是可以推廣的。
1.4 天然高分子改性脫水絮凝劑
天然有機(jī)高分子分布廣，來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，活性基團(tuán)多，又具有高效、無(wú)毒、安全、易生化分解，不造成環(huán)境的二次污染的特點(diǎn)，應(yīng)用前景非常廣泛。目前，天然有機(jī)高分子絮凝劑主要是以天然高分子物質(zhì)為原料經(jīng)化學(xué)改性后得到的。常用的改性原料有可溶性淀粉、木質(zhì)素、甲殼素/殼聚糖等。
1.4.1 淀粉類(lèi)脫水絮凝劑
淀粉是一種豐富的有機(jī)資源，屬于高分子碳水化合物，具有許多直鏈和支鏈結(jié)構(gòu)以及羧基，本身就具有絮凝沉降性能。經(jīng)過(guò)改性的淀粉，對(duì)污泥中的懸浮體和顆粒的絮凝作用更強(qiáng)，從而可以提高污泥的脫水性能。以玉米淀粉與丙烯酰胺為主要原材料，在硝酸鈰銨引發(fā)下制得綠色天然有機(jī)高分子絮凝劑，對(duì)油田含油廢水進(jìn)行絮凝性能測(cè)定，結(jié)果表明投加量為3mL，pH為7時(shí)絮凝效果佳。以玉米淀粉為原料，3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨作為陽(yáng)離子醚化劑，采用預(yù)干燥干法紙杯季銨型陽(yáng)離子淀粉絮凝劑，并對(duì)高色值糖蜜酒精廢液進(jìn)行絮凝脫色性能測(cè)定，結(jié)果表明當(dāng)原液初始pH值為9.0，淀粉質(zhì)量濃度為500mg/L時(shí)，脫色率達(dá)53.6%，絮凝脫色效果較好。在處理焦煤懸浮液實(shí)驗(yàn)時(shí)，對(duì)淀粉接枝丙烯酰胺共聚物和支鏈淀粉接枝丙烯酰胺共聚物進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)前者的處理效果優(yōu)于后者。以自制的陽(yáng)離子淀粉醚St-GTA和陽(yáng)離子單體甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨（DMC）為原料，合成了三元陽(yáng)離子淀粉絮凝劑St-GTA-g-DMC，絮凝劑粘度為0.82dL/g，取代度為1.087，應(yīng)用于2%高嶺土溶液，在加藥質(zhì)量濃度為5mg/L時(shí)，絮凝效果較好。
1.4.2 木質(zhì)素類(lèi)脫水絮凝劑
木質(zhì)素是植物細(xì)胞中一種復(fù)雜的芳香族化合物，分子含有不同種類(lèi)的活性官能團(tuán)，具有可再生、可降解、無(wú)毒等特點(diǎn)，是改性原料的選擇之一，吸附能力強(qiáng)，能帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益，至今仍備受關(guān)注。改性木質(zhì)素的研究，大都用來(lái)處理印染廢水的脫色與吸附。用季銨鹽單體和季銨化木質(zhì)素在溫度50℃下，反應(yīng)4h后接枝共聚制得改性季銨鹽木質(zhì)素，處理印染廢水效果好，脫色率高，且能增大污泥脫水性能。以造紙黑液中的木質(zhì)素為原料，合成了二甲基烯丙基木質(zhì)素季銨鹽（DL）絮凝劑，并測(cè)定了木質(zhì)素二甲基烯丙基季銨鹽對(duì)酸性黑ATT的絮凝性能，溫度為30℃，在pH值=1.5的條件下，具有良好的絮凝脫色效果。以酶解木質(zhì)素、甲醛、二甲胺以及陽(yáng)離子試劑為原料，制備木質(zhì)素基陽(yáng)離子絮凝劑，在70℃下縮合2h，制得的絮凝劑陽(yáng)離子度高，當(dāng)投加量分別為35、35、50mg/L時(shí)，絮凝劑對(duì)酸性黑10B、直接紅2B、活性紅X-3B三種染料廢水的絮凝脫色效率均超過(guò)95%，具有很好的絮凝性能。在160℃熱水條件下，從硬木中提取并分離出木質(zhì)素，通過(guò)光分散和微量電泳法進(jìn)行分離和改性，制備出納米級(jí)陽(yáng)離子性木質(zhì)素高分子絮凝劑，對(duì)印染廢水的絮凝效果達(dá)90%以上，效果良好。由此可看出，處理印染廢水時(shí)，木質(zhì)素類(lèi)絮凝劑是一個(gè)很好的選擇。
1.4.3 甲殼素類(lèi)脫水絮凝劑
甲殼素是一種天然生物多糖高分子材料，其基本結(jié)構(gòu)與纖維素類(lèi)似，在自然界存在豐富。主要是從蝦殼、蝦頭里提取制備，因其重復(fù)的單元體中有乙?；虬被云浠瘜W(xué)性質(zhì)較為活潑，具有的生物官能性和相容性、安全性、微生物降解性等優(yōu)良性能，并對(duì)污泥有很好的調(diào)理作用。作為一種天然資源，在農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥、水處理等行業(yè)都有著廣泛的應(yīng)用前景。
用殼聚糖對(duì)厭氧消化污泥進(jìn)行脫水處理試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)污泥脫水時(shí)，加入殼聚糖后，離心分離出來(lái)的懸浮固體量（以污泥中懸浮固體含量計(jì)）明顯升高，表明殼聚糖具有脫水性能。通過(guò)席夫堿反應(yīng)得到多種殼聚糖季銨鹽，發(fā)現(xiàn)在乙酸緩沖溶液中，季銨化殼聚糖的抗菌活性比殼聚糖強(qiáng)，并且具有一定的脫水性能。通過(guò)將殼聚糖與陽(yáng)離子劑（二甲基二烯丙基氯化銨）接枝共聚改性來(lái)改善絮凝效果，以硫酸鈰為引發(fā)劑，水溶液聚合法合成陽(yáng)離子型殼聚糖絮凝劑（chitosan-g-PDMDAAC）。與在污泥、污水處理中常用的絮凝劑CPAM、PAM、PAC進(jìn)行絮凝效果比較，結(jié)果表明，陽(yáng)離子型殼聚糖絮凝劑的絮凝效果優(yōu)于其它幾種絮凝劑，污泥含水率能從95%以上降至濾餅含水率為68%左右。合成出殼聚糖接枝聚丙烯酰胺絮凝劑共聚物，測(cè)試出共聚物對(duì)高嶺土懸濁液有良好的絮凝效果。通過(guò)殼聚糖的氨基與甲醛和酚類(lèi)物質(zhì)的曼尼希反應(yīng)引入硫酸根基團(tuán)，制備的兩性殼聚糖衍生物，對(duì)高嶺土懸浮液有良好的絮凝效果。由此可見(jiàn)，改性后的殼聚糖絮凝劑均有良好的絮凝效果，是污泥脫水絮凝劑的一個(gè)發(fā)展方向。
2 發(fā)展趨勢(shì)
隨著治理環(huán)境要求的不斷提高，污泥年產(chǎn)量的增加，污泥調(diào)理中所用的化學(xué)試劑也需不斷地發(fā)展與創(chuàng)新，以達(dá)到滿足污泥處理的效果的目的。日前，污泥脫水劑的總發(fā)展趨勢(shì)是：減少無(wú)機(jī)絮凝劑的使用量，減少對(duì)環(huán)境的二次污染，具有無(wú)毒，易于生物降解等特點(diǎn)，能很好的提高污泥的脫水性能。
隨著人們對(duì)環(huán)境的要求提高，絮凝劑的研究也需同步改變與發(fā)展。天然高分子脫水絮凝劑對(duì)環(huán)境不造成二次污染，無(wú)毒，易被微生物分解，原料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，是研究絮凝劑的原材料選擇。相信通過(guò)不斷地深入研究，生產(chǎn)工藝的不斷完善，可生產(chǎn)出高效率、無(wú)污染、價(jià)格低廉的高分子絮凝劑，促使天然高分子絮凝劑在水處理方面以及污泥脫水方面發(fā)揮其作用。
熱門(mén)產(chǎn)品
