天然有机高分子絮凝剂
《2024年水处理絮凝剂研究与应用进展》范文
《水处理絮凝剂研究与应用进展》篇一一、引言随着人类社会不断发展，水资源的污染问题逐渐加剧，因此，水处理成为了环保领域中的关键课题。
其中，水处理絮凝剂是水处理过程中不可或缺的重要物质。
本文旨在探讨水处理絮凝剂的研究与应用进展，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
二、水处理絮凝剂概述水处理絮凝剂是一种用于加速水中悬浮颗粒的聚集和沉降的化学物质。
通过使用絮凝剂，能够有效地去除水中的悬浮物、胶体、细菌等污染物，从而改善水质。
常见的絮凝剂包括无机盐类、有机高分子等。
三、水处理絮凝剂的研究进展（一）新型无机絮凝剂近年来，研究人员在无机絮凝剂方面取得了显著进展。
如聚合氯化铝、聚合硫酸铁等新型无机高分子絮凝剂具有更好的凝聚性能和较低的污染性，能够更好地满足水处理的需求。
（二）有机高分子絮凝剂相较于无机絮凝剂，有机高分子絮凝剂具有更好的亲和性和适应性。
目前，研究热点包括天然高分子改性絮凝剂和合成高分子絮凝剂。
这些新型絮凝剂在提高水质的同时，降低了对环境的二次污染。
（三）复合型絮凝剂针对单一絮凝剂的局限性，研究人员开始尝试将多种絮凝剂进行复合，以获得更好的凝聚效果。
如将无机和有机高分子进行复合，既能发挥各自的优点，又能弥补彼此的不足。
四、水处理絮凝剂的应用进展（一）饮用水处理在饮用水处理中，絮凝剂被广泛应用于去除水中的悬浮物、胶体、细菌等污染物。
新型的絮凝剂在保证水质的同时，降低了对环境的二次污染，使得饮用水更加安全、健康。
（二）工业废水处理在工业废水处理中，絮凝剂被用于去除废水中的重金属、油污等有害物质。
针对不同行业的废水特点，研究人员开发了各种针对性的絮凝剂，有效提高了工业废水的处理效果。
（三）污水处理厂在污水处理厂中，絮凝剂被广泛应用于污泥的脱水、减量化和资源化利用等方面。
通过使用新型的絮凝剂，可以有效提高污泥的脱水效果，降低污泥的含水率，为后续的污泥处置和资源化利用提供了便利。
五、结论与展望水处理絮凝剂作为水处理过程中的关键物质，其研究和应用对于改善水质、保护环境具有重要意义。
有机高分子絮凝剂的研究及应用
２ ］ 刘存海 ， 朱 玉凤 ， 张光华 ．改性壳聚糖 的制备及 在电镀含铬废 反 相悬浮聚合合成法与反相乳液聚合合成法差别不 大 ， 主要 ［ 水 中的应用 ｆ Ｊ ］ ． 陕西 师范大学学报 ：自然科 学版 ， ２ ０ ０ ９ ， ３ ７ （ ６ ） ： 是分散粒子 的粒径不 同。 我 国 目前采用反 中包括两种结构 ， 即直链与支链。一般来说 ， 支链淀 粉所 占比例较大 ， 不过支链淀粉 的絮凝性能较差 ， 因此 ， 天 然的淀
粉得到的絮凝效果不够好 ， 一般利用淀 粉分 子的改性反应得 到的 絮凝 效果较理想 。如果醚化淀粉或其衍生物 ， 就 能够得 到一种 天 能够较好地絮凝带有负电荷的颗粒 。 实验证 明， 近年来我 国科学技术 的不 断进 步也催生出多种水处理方法 ， 然高分子 絮凝剂 ， 阳离子淀粉具有 良好的脱 色性 能和脱水效果。具有特殊的网状结 包括： 物理 吸附法 、 絮凝沉淀法 、 离 子交换法 、 电渗析法等等 。 在多 对含有废水 中 种水 处理方法 中， 沉淀法可以有效改善废水 的浑色度 、 浊度 ， 并可 构的交联 淀粉处理含重金属离子的废水能力较强 ， 铜 、 汞 、 铅等重金属离子的废水来说絮凝效果较强。另外 ， 还可将 理想地去除部分重金属离子和 多种 有机 高分子物质 ， 从而达到改 也具有 良好 的去 除重 善污泥的脱 水性 能的 目的。絮凝剂作为沉淀法 中的重要 因素直接 淀粉与其 他单体共聚生成淀粉接枝共聚物 ， 并且具有用量少 、 成本低等优势。 影 响最 终的污水处理结果 。高分子絮凝剂拥有 良好的絮凝性 能并 金属 离子 的处理效果 ， ． ２壳聚糖类 兼 具操 作简便的优点 ， 目前主要应用于废水处理 的预处理过程和 ２ 在广袤 的 自然 界之 中 ， 甲壳素属于第二大类天然 的高分子化 深 度处 理过程 。常用 的絮凝剂 主要分 为两种类 型 ： 无机和有机高 而壳 聚糖 作为 甲壳 素脱 乙酰化 的一种产物 ， 同时也 是一种 分 子絮凝剂 。有机高分子 絮凝剂具有 絮凝速 度快 、 用量少等优点 合物 ， 阳离 子型絮凝剂 ， 可通过 各种化学反 应进行改性 ， 以便 赋予壳 聚 而被广泛推广 ， 吸引了越来越多的关注 。本文主要从人工有机高 糖所 需的不 同特性 。由此看 来 ， 此类絮凝剂具有相 当大 的发展潜 分 子絮凝剂 、 天然有机高分子絮凝剂 的合成 以及有机高分子絮凝
有机高分子絮凝剂的简介以及在水处理中的应用
有机高分子絮凝剂的简介以及在水处理中的应用关键词：有机高分子絮凝剂污水处理PAM 应用展望摘要：絮凝剂按照其化学成分可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两类。
其中有机絮凝剂又包括合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。
絮凝剂是一种带有正性集团中和水中的带电集团。
以降低其电势，使其处于不稳定的状态，然后利用一些聚合的性质利用各种理化方法从中分离出来。
而为了达到这种效果使用的药剂一般称为絮凝剂。
絮凝剂主要用于污水处理。
我国的无机絮凝剂品种开发较齐全，应用也很广泛，石化企业的炼厂污水处理中，目前普遍采用的絮凝剂为聚合氯化铝等无机絮凝剂。
而在有机高分子絮凝剂的品种开发上不如国外齐全，国外研究了各种用途的系列高分子絮凝剂，而国内我们在实际应用中可供筛选的有机絮凝剂不多。
有机高分子絮凝剂同无机高分子絮凝剂相比,具有用量少、絮凝速度快、受共存盐类pH值及温度影响小、生成污泥量少、并且容易处理等优点,因而有着广阔的应用前景。
今后有待于加强开发、应用。
无机高分子絮凝剂。
近年来,研制和应用聚合铝、铁、硅及各种复合型絮凝剂成为热点。
无机高分子絮凝剂的品种在我国已逐步形成系列:阳离子型的有聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合磷酸铝(PAP)、聚合硫酸铁(PPS)、聚合氯化铁(PFC)、聚合磷酸铁(PFP)等;阴离子型的有活化硅酸(AS)、聚合硅酸(PS);无机复合型的有聚合氯化铝铁(PAFC)、聚硅酸硫酸铁(PFSS)、聚硅酸硫酸铝(PASS)、聚合硅酸氯化铁(PFSC)、聚合氯硫酸铁(PFCS)、聚合硅酸铝(PASL)、聚合硅酸铁(PFSB、聚合磷酸铝铁(PAFP)、硅钙复合型聚合氯化铁(SCPAFC)等。
⑽有机高分子絮凝剂用于污水处理始于50年代末。
有机高分子絮凝剂比无机絮凝剂有用量小、絮凝能力强、反应速度快、受外界环境影响小、产生废渣少易处理等优点在发达国家已得到迅速发展，近年来，有机高分子絮凝剂新产品不断问世，产品类型、规格更加齐全;功能也逐步多样化。
絮凝剂
简介絮凝剂的理论基础是:“聚并”理论，絮凝剂主要是带有正（负)电性的基团中和一些水中带有负(正）电性难于分离的一些粒子或者叫颗粒，降低其电势，使其处于稳定状态，并利用其聚合性质使得这些颗粒集中，并通过物理或者化学方法分离出来。
一般为达到这种目的而使用的药剂，称之为絮凝剂。
絮凝剂主要应用于给水和污水处理领域。
分类聚丙烯酰胺→属于高分子聚合物。
专业针对各种难以处理的废水的处理以及污泥脱水的处理。
(污泥脱水一般采用阳离子聚丙烯酰胺)在市政污水以及造纸印染行业的污泥处理中，应用广泛。
聚合氯化铝→属于无机混凝剂。
主要是饮用水处理，市政污水处理以及造纸印染废水处理。
其价格低，市场应用范围广。
聚合氯化铝铁加入单质铁离子或三氧化铁和其它含铁化合物复合而制得的一种新型高效混凝剂。
主要用于饮用水以及工业废水处理。
有不少品种。
它们都是含有大量活性基团的高分子有机物，主要有三大类：1、以天然的高分子有机物为基础，经过化学处理增加它的活性基团含量而制成。
2、用现代的有机化工方法合成的聚丙烯酰胺系列产品。
3、用天然原料和聚丙烯酰胺接枝(或共聚)制成。
某些天然的高分子有机物例如含羧基较多的多聚糖和含磷酸基较多的淀粉都有絮凝性能。
用化学方法在大分子中引入活性基团可提高这种性能，如将一种天然多糖进行醚化反应引入羧基、酰胺基等活性基团后，絮凝性能较好，可加速蔗汁沉降。
将天然的高分子物质如淀粉、纤维素、壳聚糖等与丙烯酰胺进行接枝共聚，聚合物有良好的絮凝性能，或兼有某些特殊的性能。
国内研制的一些产品，主要应用于污水处理和污泥脱水。
在国内水处理中使用最广泛的絮凝剂，是合成的聚丙烯酰胺系列产品，主要分为阴离子型，阳离子型，非离子型和两性离子型。
聚丙烯酰胺(polyacrylamide)，常简写为PAM(过去亦有简写为PHP)。
水处理使用的各种PAM，实质上是用一定比例的丙烯酰胺和丙烯酸钠经过共聚反应生成的高分子产物，有一系列的产品。
丙烯酰胺的分子式为：CH2 = CH－CONH2丙烯酸钠的分子式为：CH2 = CH－COONa类别主要分为两大类别：铁制剂系列和铝制剂系列，当然也包括其丛生的高聚物系列。
絮凝剂主要成分
絮凝剂主要成分絮凝剂分为无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂和复合型絮凝剂。
传统的无机絮凝剂为低分子的铝盐和铁盐, 其作用机理主要是双电层吸附。
铝盐中主要有硫酸铝(Al(SO4)3·18H2O)、明矾(Al2(SO4)3·K2SO4·24H2O)、铝酸钠(NaAlO3)。
铁盐主要有三氯化铁(Fe-Cl3·6H2O)、硫酸亚铁(FeSO4·6H2O)和硫酸铁(Fe2(SO4)3·2H2O )。
硫酸铝絮凝效果较好, 使用方便,但当水温低时, 硫酸铝水解困难, 形成的絮凝体较松散, 效果不及铁盐。
三氯化铁是另一种常用的无机低分子絮凝剂, 具有易溶于水, 形成大耳中的絮体、沉降性能好、对温度、水质和pH 的适应范围广等优点, 但其腐蚀性较强, 且有刺激性气味, 操作条件差。
无机低分子絮凝剂的优点是经济、用法简单, 但用量大、残渣多。
絮凝效果比高分子絮凝剂的絮凝效果低。
无机高分子絮凝剂是20 世纪60 年代以来在传统的铁盐和铝盐基础上发展起来的一类新型水处理药剂。
其絮凝效果好, 价格相对较低, 已逐步成为主流絮凝药剂。
在日本、西欧和中国, 目前都已有相当规模的无机高分子絮凝剂的生产和应用, 其产量约占絮凝剂总产量的30%～60%。
近年来, 我国高分子絮凝剂的发展趋势主要是向聚合铝、铁、硅及各种复合型絮凝剂方向发展, 并已逐步形成系列: 阳离子型的有聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合磷酸铝(PAP)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铁(PFC)、聚合磷酸铁(PFP)等; 阴离子型的有活化硅酸(AS)、聚合硅酸(PS);无机复合型的有聚合氯化铝铁(PAFC)、聚硅酸硫酸铁(PFSS)、聚硅酸硫酸铝(PFSC)、聚合氯硫酸铁(PFCS)、聚合硅酸铝(PASI)、聚合硅酸铁(PFSI)、聚合磷酸铝铁(PAFP)、硅钙复合型聚合氯化铁(SCPAFC)等。
有机高分子絮凝剂的絮凝机理
有机高分子絮凝剂的絮凝机理有机高分子絮凝剂在对水体的絮凝过程中发生了部分物理化学变化，目前在国内外已经提出了许多不同的絮凝机理，其中广泛认可的机理主要有电中和作用及吸附架桥作用。
1、电中和作用当絮凝剂分子链和胶体颗粒表面带有相反电荷时，通常其主要的絮凝机理为电荷中和作用。
而在许多实际情况下，废水中的疏水性胶体颗粒是带负电荷的，因此在水处理中多采用阳离子有机絮凝剂。
在絮凝过程中，带有相反电荷的絮凝剂吸附在胶体颗粒表面上会导致颗粒的表面电荷减少，即zeta 电位降低，从而使得胶体颗粒之间的静电斥力变小，当范德华引力大于静电斥力时，胶体颗粒和悬浮物质开始团聚形成微絮体（图1-1）。
图1-1有机高分子絮凝的电中和机理图解研究发现，当有机高分子絮凝剂的用量刚刚完全中和胶体颗粒电荷，或者zeta电位为零（等电点）时，絮凝剂的絮凝效果达到最佳。
此时胶体颗粒在范德华力的作用下趋向于团聚，开始脱稳形成絮体，进而沉降下来。
然而，若有机高分子絮凝剂使用过量，胶体颗粒会发生电荷反转的现象，将重新分散在水中，此时颗粒带正电荷。
2、吸附架桥作用一般来说，在水处理中，当有机高分子絮凝剂为分子量高达几百万、电荷密度较低的长链聚合物时，絮凝剂的絮凝机理主要是吸附架桥作用[31]，这时分子链在氢键、静电引力、范德华力等的共同作用下吸附在颗粒表面上，可能会形成长的闭合环，这些长环和分子链末端伸展入溶液中，其长度远远超出了双电层的范围（图1-2a）。
这使得这些“悬挂”的高分子链段与其他粒子之间可能发生吸附相互作用，从而在粒子之间产生“桥接”（图1-2b）。
在吸附架桥作用中，聚合物链的长度应该足以从一个颗粒表面上延伸到另一个颗粒表面。
因此，具有更长分子链（高分子量）的聚合物的絮凝效果比较短分子链（低分子量）的更好。
此外，在胶体颗粒表面上应该有足够的未被占据的空位，以便吸附在其他颗粒上的聚合物链段吸附。
由此可见，絮凝剂的用量不应过多，否则颗粒表面会被聚合物完全覆盖，以致没有空位与其他粒子发生吸附架桥作用，胶体颗粒就会重新稳定分散下来（图1-2c）；也不应过少，否则无法形成足够多的“桥接”。
有机高分子混凝剂技术说明
有机高分子混凝剂技术说明有机高分子混凝剂又分为天然和人工合成两类。
天然有机高分子混凝剂有淀粉、蛋白质、纤维素、木刨花、动物胶、树胶、甲壳素等，它们都具有混凝或助凝作用。
在水处理中，人工合成的有机高分子混凝剂种类日益增多并居主要地位。
有机高分子混凝剂一般都是线性高分子聚合物，分子呈链状，并由许多链节组成，每一链节为一化学单体，各单体以共价键结合。
聚合物的相对分子质量为各单体的相对分子质量的总和，单体的总数称为聚合度。
高分子混凝剂的聚合度即链节数，约为1000～5000，低聚合度的相对分子质量从一千至几万，高聚合度的相对分子质量从几千至几百万。
按高分子聚合物中含有的官能团的带电与离解情况，可分为以下四种∶官能团离解后带正电的称为阳离子型高分子混凝剂；官能团离解后带负电的称为阴离子型；分子中既含正电基团又含负电基团的称为两性型；分子中不含离解基团的称为非离子型。
水处理中常用的是阳离子型、阴离子型，两性型使用极少。
高分子混凝剂中使用最多的是聚丙烯酰胺（PAM，包括其水解产品）和聚氧化乙烯（PEO），它们是非离子型聚合物，其絮凝效果比无机絮凝剂好几十倍。
其次还有阴离子型的高分子混凝剂如聚丙烯酸（PAA）、水解聚丙烯酰胺（HPAM）、聚磺基苯乙烯和阳离子型的高分子混凝剂如丁基溴聚乙烯吡啶、聚二丙烯二甲基胺等。
聚丙烯酰胺的聚合度可达20000～90000，相对分子质量可高达150万～600万。
作为絮凝剂使用的聚丙烯酰胺，相对分子质量最好在500万左右。
高分子混凝剂的混凝效果主要在于对胶体表面具有强烈的吸附作用，在胶体粒子之间起到吸附架桥作用。
为了使高分子混凝剂能更好地发挥吸附架桥作用，应尽可能使高分子的链条在水中伸展开。
为此，通常将聚丙烯酰胺在碱性条件下（pH>10）使其部分水解，生成阴离子型水解聚合物（HPAM）∶聚丙烯酰胺经部分水解后，部分酰胺基转化为羧酸基，带负电荷，在静电斥力作用下，高分子链条得以在水中充分伸展开来。
絮凝剂的介绍与选择
絮凝过程是目前国内外众多水处理工艺中应用最广泛、最普遍的单元操作之一，是废水处理过程中不可缺少的关键环节。
絮凝效果的好坏往往决定了后续流程的运行状况、最终出水水质和费用，选择何种絮凝剂，对于提高出水水质、降低制水成本有着重要的技术经济价值。
按其化学成分，絮凝剂可分为无机盐类絮凝剂、有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。
无机盐类絮凝剂的品种较少，主要是铝盐、铁盐、水解聚合物等低分子盐类以及无机高分子等絮凝剂。
有机高分子絮凝剂主要有合成的有机高分子絮凝剂和天然改性有机高分子絮凝剂。
1无机盐类絮凝剂1.1无机低分子絮凝剂无机低分子絮凝剂包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等，其中硫酸铝最早是由美国开发的，并一直沿用至今的一种重要的无机絮凝剂。
常用的铝盐有硫酸铝AL2(SO4)3·18H2O 和明矾AL2(SO4)3·K2SO4·24H2O,另一类是铁盐有三氯化铁水合物FeCL3·6H2O.硫酸亚铁水合物FeSO4·17H2O和硫酸铁。
无机絮凝剂的优点是比较经济、用法简单；但用量大、絮凝效果低，而且存在成本高、腐蚀性强的缺点。
1.2无机高分子絮凝剂无机高分子絮凝剂是20世纪60年代后期才发展起来的一类新型废水处理剂。
与传统絮凝剂相比，它能成倍的提高效能，且价格较低，因而有逐步成为主流药剂的趋势。
目前日本、俄罗斯、西欧及我国生产此类絮凝剂已达到工业化、规模化和流程自动化的程度，加上产品质量稳定，无机聚合类絮凝剂的生产已占絮凝剂总产量的30%～60%[1]。
1.2.1简单的无机聚合物絮凝剂这类无机聚合物絮凝剂主要是铝盐和铁盐的聚合物。
如聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝（PAS）、聚合氯化铁（PFC）以及聚合硫酸铁(PFS)等。
无机聚合物絮凝剂之所以比其它无机絮凝剂效果好，其根本原因在于它能提供大量的络合离子，且能够强烈吸附胶体微粒，通过吸附、桥架、交联作用，从而使胶体凝聚。
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天然有机高分子絮凝剂
随着石油产品价格不断上涨,天然有机高分子絮凝剂因其原料来源广泛、价格低廉、易于生物降解等特点显示了良好的应用前景。
近年来天然有机高分子絮凝剂的研究开发有不少进展。
碳水化合物类
碳水化合物类物质广泛存在于植物中,自然界中天然碳水化合物年产量达5000亿ｔ,包括淀粉、纤维素、半纤维素、木素和单宁等。
这类天然高分子化合物含有各种活性基团,表现出较活泼的化学性质,通过羟基的酯化、醚化、氧化、交联、接枝共聚等化学改性,其活性基团大大增加。
聚合物呈枝化结构,分散絮凝基团对悬浮体系中颗粒物有更强的捕捉与促沉作用。
壳聚糖、甲壳素类
甲壳素是自然界含量仅次于纤维素的第二大天然有机高分子化合物,壳聚糖则是甲壳素脱乙酰化的产物。
甲壳素一般由虾、蟹壳经酸浸、碱煮,分别脱去碳酸钙与蛋白质后分离得到。
由于这类物
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质分子中均含有酰氨基、氨基和羟基,因此具有絮凝、吸附等功能。
壳聚糖是线性聚胺,当它在酸性介质中溶解后,随着氨基的质子化,表现出阳离子聚电解质的性质,不仅对重金属有螯合吸附作用，还可有效吸附水中带负电荷微细颗粒,已有用于ＨＣｌ、Ｈ2ＳＯ4、多氯联苯(ＰＣＢ)、染料以及某些农药吸附等的报道。
其中作为高分子絮凝剂最大优势是对食品加工水的处理,壳聚糖可使各种食品加工废水的固形物减少70%～98%。
微生物絮凝剂类
微生物絮凝剂是利用生物技术,通过微生物的发酵、抽提、精制而得到的,是一种无毒的生物高分子化合物,包括机能性蛋白质或机能性多糖类物质。
微生物絮凝剂可广泛用于畜产废水、粪尿废水的处理以及砖厂生产废水和纸浆废水、染料废水等的处理。
为了将微生物絮凝剂更广泛地应用到实际中,价格低廉的培养基研究显得十分重要。
Ｋｕｒａｎｅ研究发现培养基中增加1%的乙醇时,可大大提高絮凝剂的活性。
此外,利用大豆饼作为培养基的有机氮源,可使成本下降为原来的1/3;利用水产加工废水不仅提高絮凝活性,缩短培养时间,同时成本也大大降低,是酵母浸液的1/4;采用连续培养,生产周期缩
本文由提供短为间歇培养时的2/5等。