一种新型复合絮凝剂的制备及研究毕业设计论文(编辑修改稿)

一种新型复合絮凝剂的制备及研究毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

与此同时，随着工农业生产的迅速发展和人民生活水平的不断提高，用水量越来越大，对水质要求也越来越高，工业废水和生活污水的排放量也越来越多。 我国每年污水的排放量达到 600 亿吨 [4]，面对如此严峻的形势，有效处理废水和再生水资源是缓解水荒极其重要的途径。 而且在很多地方，并不是没有水，而是水质不合用，因此迫切要求进行水质处理，并且要求废水处理必需达到一定的量。 水处理目标实现的关键取决于水处理技术和水处理药剂的发展，尤其是对水处理药剂 要求不仅效果好，而且要对水质没有二次污染。 水处理的主要任务是改善水质，研究与开发良好的水处理药剂是提高水处理效果、从根本意义上改善水质的重要手段之一，其中絮凝剂是水处理中应用最多的水处理药剂 [5]。 絮凝剂的分类及研究应用现状 絮凝剂又称沉降剂，是一类可使溶液中不易沉降的固体悬浮颗粒凝集、沉淀的物质。 目前絮凝沉降技术己被广泛应用于给水、废水处理和污泥脱水等领域，絮凝效果主要取决于絮凝剂种类 [6]。 絮凝剂分类的方法很多。 按组成不同，一般可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂以及近年来兴起的生物絮凝剂；若根据分子量 的高低、官能团的特性及官能团离解后所带电荷的性质，可分为高分子、低分子、阳离子型、阴离子型和非离子型絮凝剂等等，如表 所示。 随着科学技术的发展和人类生活水平的提高，人们对水质提出了越来越高的要求。 这自然推动了水处理技术科学的飞速发展。 用于水处理的传统絮凝剂都是低分子的无机盐类，由于其存在投量大、处理效果差等问题，已逐渐被高分子絮凝剂所替代。 高分子絮凝剂以其良好的絮凝效果、较强的除浊脱色能力和操作简便等优点，已成为现代水处理应用中的主流絮凝剂。 高分子絮凝剂主要有无机高分子絮凝剂、有机高分子絮凝剂和生物絮凝 剂三个大类。 安徽工程大学毕业设计（论文） 3 表 絮凝剂 品种 分类 无机絮凝剂 无机絮凝剂按金属盐可分为铝盐系及铁盐系 :按阴离子成分可分为盐酸系和硫酸系 :按分子量可分为低分子系和高分子系 [7]，现分述如下。 (1)无机低分子絮凝剂 无机盐类絮凝剂主要分为铝盐和铁盐，包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等。 它们存在很大的缺点：用于水处理时，无机低分子絮凝剂存在着成本高、腐蚀性大以及在某些场合净水效果还不理想等缺点 [8]，残留在水中的铝离子会导致二次污染；铁离子本身有颜色，并对设备有腐蚀作用；投加量大，产泥量高，运行费用高．为克服二次污染及腐蚀设备问题，从 20 世纪 60 年代开始无机盐聚合物的研究．使用无机盐聚合物类絮凝剂效果好，残留在水中的铝、铁离子少，而且易生产、价廉、使用范围广，在我国实际用量占絮凝剂总量的 80％以上。 （ 2）无机高分子絮凝剂 无机低分子絮凝剂在水处理过程中存在一些问题，如处理水中残余离子浓度较大，影响水质；絮体沉降速度相对较慢，有的还会使水体带色。 造成二次污染，为此出现了无机高分子絮凝剂。 无机高分子絮凝 剂是 20 世纪 60 年代以来在传统的铝盐、铁盐低分子混凝剂的基础上发展起来的，主要是聚铝、聚铁、聚硅酸及其复合物，它们的混合和反应时间比传统絮凝剂要短，同时具有更好的电中和脱稳和吸附架桥及网捕功能，更适合于接触絮凝作用。 目前，国内外对无机高分子絮凝剂的研究与应用己有相当规模，且种类繁多。 它们都是铝和铁盐的水解过程的中间产物与不同阴离子的结合体，是经基多核络合物或无机高分子化合物 [9]。 主要包括简单的无机聚合物絮凝剂、改性的无机聚合物絮凝剂、复合无机聚合物絮凝剂。 无机絮凝剂的共同特点是用量大、具有一定的腐蚀性和毒性、对环境有二次污染。 有机絮凝剂 有机絮凝剂主要依靠架桥作用使粒子沉降，故常常被称为助凝剂 [10]。 近几十年来有毛龙飞：一种新型复合絮凝剂的制备和性能研究 4 机絮凝剂的发展十分迅速，现 多采用 无机 /有机复合絮凝剂 以弥补单独使用有机絮凝剂与无机絮凝剂的不足 ,来促进有机高分子絮凝剂的作用。 有机高分子絮凝剂出现于 20世纪 50年代，它们应用前途广阔。 与无机絮凝剂相比，有机高分子絮凝剂具有用量少、絮凝速度快、受共存盐类、介质 pH值及环境温度影响小、生成物泥量少、可具链状、环状等多种结构、利于污染物进入絮体、脱色性好等优点 [11]。 而天然类有机高分子絮凝剂又经历了由简单的天然有机高分子絮凝剂到天然改性有机高分子絮凝剂的飞跃过程。 根据化学成分， 有机絮凝剂大体可分为合成类有机高分子絮凝剂和天然类有机高分子絮凝剂两大类。 （ 1） 合成类有机高分子絮凝剂 从结构上看，有机合成高分子絮凝剂以聚乙烯、聚丙烯类聚合物及其共聚物为主，其中聚丙烯酞胺类用量最大，占有机高分子絮凝剂的 80%左右 [12]。 目前，国内外有关阳离子型合成高分子絮凝剂的报导比较多，主要是季胺盐类、聚胺盐类以及阳离子型聚丙烯酞胺等，其中研究与应用最多的是季胺盐类 [1316]。 它们均己研制成功并在工业水处理中得到了广泛的应用。 目前的有机高分子絮凝剂产品以粉末型为主，存在溶解速度慢，作业时粉尘飞扬的缺点。 近年来开发出了乳液型高分子絮凝剂，其固体质量分数可达 30 一 40%，比传统的水溶液型高分子絮凝剂高出很多。 因其采用反相乳液聚合法制造，高分子粒径可小至 一 5um，所以在水中的溶解分散速度快，只需 10~15min，易于在生产时实现 自动化。 目前乳液型高分子絮凝剂在美国的市场比例己占 70%左右，欧洲需求已达 30%，日本已有多家公司生产，市场比例约占 10%，而且需求量正逐年增加 [17]。 （ 2）天然类有机高分子絮凝剂 天然有机高分子絮凝剂包括碳水化合物类 (多聚糖类、淀粉类和单宁 )、壳聚糖和甲壳素类、微生物絮凝剂类等，目前其产量约占高分子絮凝剂总量的 20%左右 [18]。 由于原料来源广泛、价格低廉、无毒、絮凝效率高、易于生物降解和对生态环境无不良影响等优点，所以天然高分子絮凝剂具有良好的应用前景。 我国在有机高分子絮凝剂研制及应用方面起步较晚，也取得了一定的成就，但在生产规模和工艺水平、产品质量、品种和应用上与国际先进水平存在较大差距。 国内现在研究工作多偏重于实际应用，针对有机高分子絮凝剂在水中的形态特征、功能特性及絮凝作用机理等基础方面进行的系统研究比较少。 只有在理论指导下进行新型、复合型絮凝剂的开发和应用，才能尽快缩短与国外的差距 [19]。 微生物絮凝剂 由于微生物絮凝剂不存在二次污染，具有使用安全、方便、絮凝效果好等特点，因此，其开发和应用引人注目，前景极为广阔。 国外微生物絮凝剂的商 业化生产始于 20世纪 90年代，如红平红球菌及由此制成的 NOC1是目前发现的最佳微生物絮凝剂，具有很强的絮凝活性，广泛用于畜产废水、膨化污泥、有色废水的处理 [20]。 然而目前微生物絮凝剂的研究还处于菌种筛选的实验室研究阶段，所用成本较高，一些工艺条件不太成熟，离工业化生产还有一定的距离。 微生物絮凝剂主要包括利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂，利用微生物细胞壁代谢产物的絮凝剂、直接利用微生物细胞的絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂。 微生物产生的絮凝剂物质为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素、 DNA等高分子化合物，相对分子质量在 105以上。 微生物絮凝剂是利用生物技术，从微生物体或其分泌物提取、纯化而获安徽工程大学毕业设计（论文） 5 得的一种安全、高效，且能自然降解的新型水处理剂。 由于微生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷，最终实现无污染排放，因此微生物絮凝剂的研究正成为当今世界絮凝剂方面研究的重要课题。 复合絮凝剂的发展趋势及国内外现状 从化学组成上来看，复合絮凝剂大致上可以分为无机复合絮凝剂，有机复合絮凝剂及无机有机复合絮凝剂三大类，其中无机有机复合絮凝剂以其品种多样化、性能多元化而占主导地位。 无机有机复合絮凝剂的复配机理主要与其协同作用有关。 一方面污水杂质为无机絮凝剂所吸附，颗粒逐渐变大。 另一方面又通过有机高分子的桥连作用，利用有机高分子的活性基团吸附胶体颗粒，从而网捕其它的杂质颗粒一同下沉，起到优于单一絮凝剂的絮凝效果。 在国内，环境工作者对无机 合成有机絮凝剂和无机 天然有机絮凝剂也有一定的研究。 龙柱等 [21]人利用协同增效原理将聚 和氯化铝与有机合成高分子复合，制得一种新型有机一无机复合高分子絮凝剂，处理造纸废水，效果优于单独使用聚和氯化铝。 孔爱平等 [22]人以壳聚糖（ CTS）和聚合氯化铝铁为原料，制备了聚合氯化铝铁 壳聚糖（ PAFCCTS）无机与有机复合絮凝剂，结果表明 : 通过正交试验确定 PAFCCTS 的最佳复合工艺条件，在除浊、除色、除 COD 中配比（ PAFC： CTS）为主要影响因素，且最佳PAFC： CTS 为 5： 1。 在对城市生活污水的絮凝试验中，在最佳投加量为 34 mg L1，废水水样 pH 为 6～ 8 时，浊度去除率达 95%以上，色度去除率达 71%， COD 去除率最高达%。 陆金仁等 [23]人制备了镁铁复合絮凝剂 (MFF),研究了其对印染废水的处理效果 ,并与 MgCl PAC 和 PFS 进行了比较。 结果表明 MFF 在一定程度上结合了镁盐和 PFS 各自的优点 ,所能适应的 pH 范围广 ,去除 COD 及脱色效果较好 ,形成污泥沉降性能好 ,综合性能优于 PFS、 PAC及镁盐。 田澍等 [24]人以接枝共聚物壳聚糖季铵盐 (PCD)和聚合氯化铝 (PAC)为原料 ,制备了一种新型复合絮凝剂 PCDAC,并用于印染废水的絮凝脱色，结果表明在pH 值 PCDAC 投 药量 200 mg/L 条件下 ,浊度去除率和脱色率最高分别可达 98. 2%和 96. 1%。 国外很少有无机 有机复合絮凝剂的研究。 但国外关于无机、有机絮凝剂复配使用的研究较多 ,而且絮凝剂的复配品种、搭配方式都比较多样 ,同时对无机与有机之间的协同作用也进行了研究。 这些都给无机 有机复合絮凝剂的研究开辟了新的思路 ,具有一定的参考价值。 Entry 等 [25]将 PAM 分别与 A12(SO4)3和 CaO 连用 ,使牲畜废水中的总大肠杆菌数和粪大肠杆菌数都减少了 30— 50%。 对渗滤液中的 NH4+、正磷酸盐和总磷也有一定的去除作用。 Aguilar 等 [26]以 Fe2(SO4)3作混凝剂 ,分别以阳离子 PAM、聚乙烯醇、聚丙烯酸、阴离子 PAM 等作助凝剂处理屠宰场废水。 其中 Fe2(SO4)3与阴离子 PAM 复合使用对颗粒物的去除率达到了 99%。 在纳米无机材料与有机絮凝剂的复合方面 ,Xiao等 [27]将 N三甲基丙基硅烷 N,N,N三甲基氯化胺在纳米硅表面通过共价结合 ,生成季胺型纳米硅絮凝剂。 本课题选题的目的和意义 污水是一种复杂、稳定的分散体系，单一的絮凝剂往往无法满足处理的需要，因此为了满足水处理的需要，研发各种新型高效、低毒、特性和专属型絮凝剂势在必行。 絮凝技术（ flocculant technique）是目前国内外普遍用来提高水质处理的一种既毛龙飞：一种新型复合絮凝剂的制备和性能研究 6 经济又简便的水处理方法，它被广泛应用于循环用水、工业废水的处理及污泥脱水等过程 [28]。 絮凝剂是絮凝法水处理技术的核心。 近年来，絮凝剂的开发从传统无机絮凝剂发展到无机高分子絮凝剂、有机高分子絮凝剂。 无机盐类絮凝剂主要分为铝盐和铁盐，包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等， 它们存在很大的缺点：用于水处理时，无机低分子絮凝剂存在着成本高、腐蚀性大以及在某些场合净水效果还不理想等缺点 [8]，残留在水中的铝离子会导致二次污染。 在水处理系统中 ,锌盐是一种常用的、极好的缓蚀剂 ,它成膜迅速 ,成本低 [29],因此 ,近两年才出现的新型含锌絮凝剂 ,具有安全无毒、无腐蚀等优点 [30]。 无机小分子锌盐和铝盐在净水过程中起着相似的絮凝作用，它们都能使水中的微细胶体凝聚成较大颗粒后共同沉降，使浑水变清。 而且锌盐比铝盐的凝聚沉降速度更快，沉淀物含水率更低等，但是对 COD 的去除和脱色等处理锌盐没有铝盐好。 有机高分子具有以下优点：（ 1）分子量高，絮凝效果好，对胶体物质的吸附架桥能力强；（ 2）适用范围广，产品稳定性好；（ 3）投加量少，产生的污泥量少。 单独使用有机絮凝剂时存在的缺点是合成工艺较复杂，最佳投药范围窄，水处理成本高 [31]。 两类絮凝剂各自存在优缺点，二者在性能和成本上又具有很强的互补性，因此考虑将二者复配制成有机 无机复合絮凝剂，以克服各自缺点，强化效能，拓展应用领域。 所以将锌盐和铝盐 等无机低分子盐类按一定的比例 与有机高分子絮凝剂 聚丙烯酰组合，配制出一种新型无机 /有机复合絮凝剂，它将具有有机絮凝剂 和无机絮凝剂的作用，同时无机盐部分还包含铝盐和锌盐的优点，不仅 COD 和色度等去除率高，而且凝聚沉降快、沉淀物含水率低。 安徽工程大学毕业设计（论文） 7 第二章 实验材料、仪器及方法 化学试剂 主要试剂 如表 所示： 表 2. 1 试验药剂 药品名称 分子式 型号 （含量） 聚丙烯酰胺 》 10000000 非离子型 氯化锌 ZnCl2 》 99% 氯化铝 AlCl3 分析纯 氯化铁 分析纯 硫脲 CH4N2S 》 99% 硫酸亚铁铵 （ NH4） 2Fe(SO4) 分析。