絮凝技术（精选12篇）
絮凝技术 篇1
洗煤、选矿行业大量应用阴离子聚丙烯酰胺作为尾矿水处理剂及浮选剂。HPAM为应用最广的水溶性有机高分子絮凝剂, 由于其分子量高, 溶解速度慢, 溶解过程中容易形成胶团堵塞设备管路等问题, 制约了洗煤、选矿企业的生产效率。为了提高溶解性和分子量, 许多学者通过改变聚合方式和引发体系做了大量的工作, 马希晨[1]等应用反相悬浮共聚法制备速溶型阴离子淀粉接枝絮凝剂, 溶解速度优于同类反相乳液聚合产品。兰晓霞[2]采用过硫酸铵、尿素和氨组成的复合催化剂, 合成了速溶型高分子量的HPAM。王光华[3]等采用微乳液法制备了速溶HPAM, 对合成的粉状阴离子HPAM进行了表征[4], 认为合成的HPAM具有纤维状、层状、空状结构, 这种结构是产品速溶的主要原因。陈菊[5]等在进行了丙烯酰胺的反相微乳液聚合, 在体系中加入硫酸钠以提高聚合物溶解速度, 得到了比较满意的效果。史凤来[6]提出了提高HPAM溶解速率的技术措施是改变HPAM的聚合方式或在制造过程中加入适量能与酰胺基产生氢键的低分子物质, 以减少HPAM链间氢键数量。
本文以HPAM成品为主原料, 研究与HPAM分子官能团具有相似结构的有机、无机助溶剂配方, 在溶解过程中, 低分子助溶剂渗入高分子HPAM结构中, 通过“同性排斥”原理, 提高HPAM高分子链的伸展速度, 来提高阴离子HPAM成品的溶解速度。
1 实验
1.1 原料及仪器
阴离子聚丙烯酰胺, 爱森 (中国) 絮凝剂有限公司;多元羧酸, 苏州锦联化工有限公司;一元羧酸盐, 嘉兴市昌利化工有限公司;弱酸钠盐, 山东海化股份有限公司;硫酸铜, 分析纯试剂。
JJ-4六联同步电动搅拌器, 金坛市白塔金昌试验仪器厂;JH3101电子精密天枰, 上海仪田精密仪器有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 制备方法
将阴离子型聚丙烯酰胺、多元羧酸、一元羧酸盐、弱酸钠盐按顺序加入到烧杯中, 常温下搅拌分散, 复合过程30min, 制成速溶型复合絮凝剂干粉。
1.2.2 溶解速度测定
向100m L水中加入3g无水Cu SO4, 搅拌均匀配置成3%的蓝色溶解液。HPAM0.06g为主料, 添加不同助剂混合均匀, 配总重量为0.1g, 添加100m L溶解液配置成1‰溶液。 (配方8#为空白样, 未添加助剂, 主料重量与其他样本相同为0.6g, 以做对比, 加入100m L溶解液配置成0.6‰的溶液。) 各配方均用3%硫酸铜溶解液配置为100m L, 观察复配物颗粒在蓝色溶解液中的溶解状态, 当复配物颗粒在有色溶剂中完全透明为未溶解状态, 当颗粒内部开始发生染色情况时为溶胀状态, 完全染色至分散于溶剂中为溶解状态[7]。
1.2.3 废水处理
取不同类型废水, 分别用普通HPAM絮凝剂和速溶型复合絮凝剂进行絮凝处理, 各种配方 (见表3) 均用去离子水配置成100m L0.1%浓度的溶液, 测量其700nm波长的透光率、絮凝体沉降高度、沉降时间数据, 比较絮凝效果。
2 结果与讨论
2.1 助溶剂类型对于HPAM溶解速度的影响
选取水解度10%-20%, 分子量800-1800万HPAM为主原料, 添加不同助剂类型, 比较溶解速度, 见表1。
由表1得出溶解速度为:配方1#>配方7#>配方5#>配方4#>配方3#>配方2#>配方8#>配方6#。结果表明:三种助剂同时添加具有协同作用, 对溶解的促进作用可以达到最大, 单独添加多元羧酸与单独添加一元羧酸盐效果基本相同, 原因为两种物质作用机理相似, 都是通过静电排斥作用加快溶解速度, 而一元羧酸盐由于分子较小, 能够更快的渗透入高分子絮凝剂分子链中, 效果相对明显;而弱酸钠盐作用为调节加入助溶剂 (多元羧酸、一元羧酸盐) 之后的p H值, 单独加入的话会使整个分散系统偏碱性, 会抑制分子链的溶胀伸展, 与其他两种助溶剂同时添加, 由于弱酸钠盐的水解会促进多元羧酸的电离, 所以会使三种物质的协同作用最大化。
2.2 助溶剂对于不同指标HPAM溶解速度的影响
选取不同指标HPAM作为主原料, 考察相同助溶剂对不同指标HPAM溶解速度的影响, 见表2。结果表明, 助溶剂对水解度越高的HPAM助溶效果越明显, 原因是水解度高的HPAM分子链上官能团较多, 分子间排斥力较大, 对低水解度的HPAM助溶效果略差, 但同时水解度越高的HPAM分子量越大, 分子链伸展溶胀速度较慢, 总体表现结果为对水解度20%-30%的HPAM助溶效果最佳。
2.3 助溶剂对于HPAM絮凝剂应用效果的影响
取不同类型洗煤、选矿废水, 分别用普通HPAM絮凝剂和速溶型复合絮凝剂进行絮凝处理, 结果见表3。
结果表明, 速溶型复合絮凝剂的絮凝效果与普通HPAM絮凝剂絮凝效果相比, 沉降速度快, 分离液透光率大, 澄清度高, 形成絮凝体高度低, 絮体紧实, 总体絮凝效果优于HPAM絮凝剂。
3 结论
一元羧酸盐、多元羧酸、弱酸钠盐三种助溶剂同时添加具有协同作用, 对HPAM助溶效果最佳。助溶剂对不同指标HPAM均具有助溶效果, 对20%-30%水解度HPAM助溶效果尤为明显。速溶型复合絮凝剂在处理洗煤、选矿行业废水上, 絮凝效果优于HPAM絮凝剂。
参考文献
[1]马希晨, 聂新卫, 刘宪军, 宋辉.反相悬浮共聚法制备速溶型阴离子淀粉接枝絮凝剂及其应用于印染废水处理[J].大连轻工业学院学报, 2004, 23 (3) :157-159.
[2]兰晓霞.速溶高分子量聚丙烯酰胺合成参数的确定[J].化学工程师, 2001 (1) :9-10.
[3]王光华, 李文兵.速溶聚丙烯酰胺的制备及应用[J].应用化工, 2004, 33 (4) :57-59.
[4]李文兵, 王光华.速溶型聚丙烯酰胺的表征[J].武汉化工学院学报, 2004, 26 (1) :19-21.
[5]陈菊, 张正彪.速溶型聚丙烯酰胺的反相微乳液聚合[J].苏州大学学报, 2002, 18 (1) :89-91.
[6]史凤来.提高聚丙烯酰胺溶解速率的技术措施[J].中国石油和化工标准与质量, 2011, 31 (11) :48.
[7]董明, 琼芳, 高浩其, 王家荣.目视色差法判断阴离子型聚丙烯酰胺在水中的溶解程度[J].发明专利, CN101769870A.
絮凝技术 篇2
生物絮凝剂絮凝特性与絮凝条件优化研究
摘要：在温度为30℃、转速为150 r/min、培养时间为24 h的条件下,利用二株芽孢杆菌F2和F6经纯培养分别得到生物絮凝剂1#和2#,将双菌按照1:1混合培养得到生物絮凝剂3#.采用5 g/L的高岭土配水进行混凝杯罐试验,发现3#生物絮凝剂的`絮凝能力优于1#和2#,其絮凝活性物质主要为菌体分泌物,具有良好的热稳定性.正交试验结果表明,3#生物絮凝剂的最佳絮凝条件为:絮凝剂投量为6 mL/L,助凝剂CaCl2的投量为15 mg/L,pH值为8.5,水温为(30±1)℃,采用二段式搅拌(第一段的搅拌速度为160 r/min、搅拌时间为40 s,第二段的搅拌速度为40 r/min、搅拌时间为280 s),絮凝率可达98.2%;各因素按照影响絮凝效果的强弱排序为:pH值＞水力条件＞水温＞絮凝剂投加量＞CaCl2投加量.作 者：朱艳彬 马放 黄君礼 刘元浩 ZHU Yan-bin MA Fang HUANG Jun-li LIU Yuan-hao 作者单位：哈尔滨工业大学,市政环境工程学院,黑龙江,哈尔滨,150090 期 刊：中国给水排水 ISTICPKU Journal：CHINA WATER & WASTEWATER 年，卷(期)：, 22(3) 分类号：X703.1 关键词：生物絮凝剂 絮凝条件优化 高岭土 混凝杯罐试验絮凝技术 篇3
关键词：电絮凝；电渗析；循环水；排污水；回用
中图分类号： F540.33 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）24-249-2
0 引言
电絮凝及电渗析技术在石油、化工、钢铁、造纸等领域的污水处理中有着广泛的应用，但在汽轮机机组循环水系统中相对应用较少。汽轮机组循环水每天定期排污，排污水直接排到雨水沟中，既不符合污水直排的要求，又造成大量水资源浪费。因此有必要引入电絮凝、电渗析技术处理这部分排污水，回用至循环水系统中。
1 概述
石家庄炼化分公司汽机装置共有两台抽凝机组，2#机组（C12-35/10）额定负荷为12MW，3#机组（C25-3.43/0.981-6）额定负荷为25MW，两台机组共用一套循环水系统，循环水设计处理量为1万吨。
2、3#汽轮机组循环水系统需要定期排污，以保证循环水的浓缩倍率控制在合格范围内。为回用这部分排污水，该厂投资建设循环水排污水深度处理回用装置，此装置设计工艺分为两部分，一部分为一体化预处理单元，一部分采用电渗析技术对预处理后的排污水脱盐。出水作为循环水系统的补给水回用至系统中。
2 工艺流程简介
循环水排污水首先进入电絮凝预处理单元，预处理单元采用专利技术 “三法净水”一体化设备。分为电絮凝反应池、沉淀池和双介质过滤池三个部分。
经反应池处理后的水依次进入沉淀池沉淀及过滤池过滤后，进入滤后水池，增压进入精密过滤器，出水进两级电渗析脱盐，其中一级脱盐设备的淡水回用至循环水系统，浓水进入二级脱盐设备，二级脱盐设备产生的淡水与一级脱盐淡水一起回用到循环水系统，其浓水排入污水池。
3 电絮凝原理
电絮凝是在电场作用下产生的高活性吸附基团如
Fe（OH）3，吸附水中的悬浮物、有机物和重金属离子等杂质，形成较大的絮凝体从水中析出，沉降过滤后达到降低水的硬度、碱度的目的。其处理过程包含三种作用。
3.1 气浮作用 通过对极板加电使水分子离解产生H+和OH-并发生定向迁移，在阴阳两极分别生成H2和O2。它们可以作为非常良好的载体携带水中的杂质共同上浮至反应池表面。同时，反应新生成的活性[O]及羟基自由基[OH.]可以氧化水中部分溶解性有机物。
3.2 电解絮凝作用 通过加碱调节原水pH值，同时对反应池中的电极板加电，采用金属铁作为电极，电解消耗析出Fe2+进入水中，与水中溶解的OH-结合生成Fe（OH）2以及其他单核羟基配合物、多核羟基配合物和聚合物等，形成的配合物作为一种高活性的吸附基团，再利用吸附架桥作用和网捕卷扫作用吸附水中的胶体颗粒、悬浮物、高分子有机物等杂质共同沉降。
3.3 沉降过滤作用 采用高负荷斜管沉淀池，反应池产生的大量絮凝体在沉淀池沉淀下来，剩余的微量絮体进入高效过滤池中，高效滤池中以石英砂和无烟煤为滤料，过滤去除水中的杂质颗粒。
4 电渗析原理
电渗析是在直流电场作用下利用离子交换膜的透过选择性，把电解质从水中分离出来的过程。其本体由电极和阴阳离子膜组成。在电场作用下利用半透膜对离子的选择性吸附从而达到脱盐效果。电渗析阳膜允许阳离子通过而吸附阴离子，阴膜允许阴离子通过而吸附阳离子，阴阳离子在电场作用下定向迁移，在两个膜的中间隔室中，盐的浓度降低，而靠近电极的两个隔室则分别为阴、阳离子的浓缩室，最后在中间的淡化室内达到脱盐的目的。
5 运行效果
循环水排污水回用装置一年共处理排污水24万吨，回用18万吨。处理后的水质总硬、钙硬及电导率等指标明显下降，可以作为循环水的补充水回用至系统中。
5.1 稳定运行参数 ①处理水量：30m3/h；②电极电流：30A；③电极电压：5V；④反应池pH值：11.2；⑤出水pH值：7-8；⑥一级电渗析电流：50A；⑦一级电渗析电压：60V；⑧二级电渗析电流：50A；⑨二级电渗析电压：50V。
5.2 水质比较 选取装置运行的十四天电絮凝进出水水质数据，如下表1。
根据进出水质数据比较，电絮凝处理后的回用水总硬与钙硬都有明显降低，而且符合设计的出水总硬低于450mg/L的要求。电导率的大部分数据也都在1000μS/cm以下，符合设计要求，只有一天的电导率为1310μS/cm，分析认为采样时正是电渗析极板倒极过后，残余的浓水流入淡水管使出水电导率短时偏高。
5.3 节水分析 循环水排污水回用装置投用前，为保证循环水的浓缩倍率在3.5～4.5之间，每天需要大量排污，每小时排污量约在100t/h。按平均一天排污5小时计算，每天约排掉循环水500t，从而需补充新鲜水至少500t。回用后，进入回用装置的水量为30t/h，则每天处理量为720t，按装置回用水率75%计算，约有540t的水作为补充水回用至循环水系统中，约180t浓水排掉。
分析投用前后的水量比较，可以得出投用回用装置后，每天可节约新鲜水500t，全年大约节水18万吨。
6 循环水排污水回用处理中存在问题及对策实施
6.1 电絮凝沉淀池上浮絮体多 电絮凝设备经过一段时间的运行，沉淀池斜板上结垢严重，且沉淀池表面上浮较多小絮体和浮渣。形成的絮体无法通过斜板路径很好沉降，小的絮体和浮渣就沉积斜板表面或漂浮于水面上，有些浮渣随水流进入电絮凝过滤池，长期在这种状况下，造成了过滤池滤料板结，出水不畅，形成溢流。
针对这种问题，制定解决问题的方案。
①定期高压水清洗斜板，保证水流道畅通；②在保证循环水补水量足够的情况下，减少电絮凝的进水流量至30t/h；③将加酸位置改至电絮凝过滤池上，使絮体及浮渣溶解，避免滤料板结。
6.2 腐蚀问题严重 将加酸位置改至电絮凝过滤池上，30%的盐酸随水流进入布水槽流下，当上游沉淀池排污后，进入布水槽的水量减少，盐酸浓度增高，在对布水槽后端的过滤池反冲洗出水阀的密封面腐蚀后，含浓度较高盐酸的水流进入反冲洗管，对碳钢管线造成严重腐蚀。
针对这种负面影响，采取措施治理。
①在布水槽底部开四个φ10mm的圆孔，减少含盐酸水在布水槽的聚集；②将硬密封蝶阀更换为D671F46-16型号的全衬四氟蝶阀，杜绝阀门内漏，切断水流；③将材质为20#的反冲洗管更换为内衬四氟的钢衬管，根除腐蚀现象。
6.3 电渗析极板开裂 在电渗析运行期间共出现四次大的极板开裂情况，开裂部位均在塑料焊缝处。设备本体多采用塑料热熔焊，焊缝处耐压较低，使用说明手册中也
未对电渗析最高运行压力有明确说明。根据开裂前的相
关运行参数和设备状况，分析认为保证电渗析系统运行压力很重要。通过长时间的观察和摸索，电渗析本体的进水压力不应大于0.15MPa，可通过以下三种措施防止系统超压。
①将电渗析的增压泵变频器的加速时间延长，减少泵启动期间对极板有过大的冲击；②电渗析人口压力达到0.15MPa即进行酸洗；③加强对倒极阀的巡检，防止阀门拒动造成系统超压。
7 结论
絮凝技术 篇4
关键词：微絮凝,过滤技术,低浊水
0 引言
广胜寺镇位于洪洞县东部, 以发展旅游为主导产业, 是山西省经济发达的城镇之一。霍泉是广胜寺镇的主要供水水源, 位于广胜寺脚下。目前, 霍泉水经高位水池重力流向镇区供水。随着镇区的快速发展, 需水量不断增大, 现有供水设施已不能满足镇区对水量、水质及水压的需求。因此, 为给镇区的发展提供水量充足、水质安全的水源保障, 规划新建净水厂一座, 设计供水规模11 000 m3/d。
1 原水水质特征分析及工艺的选择
1.1 原水水质特征分析
霍泉出露于霍山大背斜的南端, 泉水出露点集中, 水量充沛, 流量较为稳定, 1952年~2005年多年平均流量为3.74 m3/s, 现状流量为3.1 m3/s, 1958年扩泉后, 建有长155 m、宽5 m、深6 m~7 m的截流槽, 槽中大小泉眼108个。根据山西省水环境检测中心临汾分中心对霍泉泉水的水质化验报告可知, 除总大肠菌群外, 其余各项水质指标均符合GB 5749-2006生活饮用水卫生标准的要求, 其中浊度小于1 NTU。但是由于霍泉水出露于地表, 收集在集泉池中, 水质不可避免地将会受到自然和人为的污染, 引起浊度的增高及微生物的滋生, 因此需要进行净化处理。
对比原水水质指标及可能受到的污染与出厂水执行的《生活饮用水卫生标准》, 本项目生活饮用水需要处理的主要项目为:浊度和总大肠菌群。因此, 针对霍泉水浊度较低且可能超标的特点, 结合国内外的经验, 对低温低浊原水采用微絮凝直接过滤工艺应该是比较合适的[1], 而针对大肠杆菌超标, 采用消毒进行去除。
1.2 微絮凝过滤机理
微絮凝是指在含有悬浮颗粒的浑浊水中, 通过加入絮凝剂形成微小的聚集体的絮凝过程。与其结合的过滤方式有接触过滤和直接过滤。这两种过滤过程能与混凝有机结合成一体, 形成新的单元处理过程。接触过滤即将絮凝反应过程全部移至滤池中进行, 而直接过滤则在滤池前设置适当的絮凝反应池, 即将絮凝反应部分在反应器内进行, 部分移至滤池中进行, 以增大初级絮体颗粒粒径, 达到减少滤池水头损失, 改善出水水质的目的[2]。
我国的微絮凝直接过滤工艺自20世纪80年代起有了一定的开发和应用, 迄今为止分别在上海嘉定、浙江舟山与宁波、陕西西安、山东青岛等地采用[3]。鉴于传统常规工艺在处理低浊水, 其沉淀工艺难以起到理想的作用, 特别是在冬季低温时, 絮凝更加困难, 沉淀效果不明显, 甚至有时会出现沉淀池出水浊度反而大于进水浊度的现象, 因此省去沉淀过程直接过滤的微絮凝技术较适用于低温低浊水的处理。直接过滤的主要优点是构筑物简单、工程投资省、操作管理方便、投药量少、占地少[1]。
1.3 水厂处理工艺选择
针对原水的水质特点, 结合微絮凝过滤技术的适用范围及优点, 本工程采用微絮凝过滤作为水厂的处理工艺。工艺流程如下:
2 主要设计参数
本工程采用微絮凝过滤工艺。净水装置是以重力式无阀滤池为主体, 进水分配箱兼具微絮凝池作用的一体化净水装置。PAC药剂投加在净水装置进水管混合器上, 在管道内混合后进入进水分配箱微絮凝, 然后进入无阀滤池进行过滤。工程设计规模为11 000 m3/d, 考虑水厂内滤池反冲水等工艺用水, 取5%的水厂自用水量, 则净水车间内各构筑物的设计处理水量为11 550 m3/d。净水设施设在净水车间内, 净水车间为钢筋混凝土框架结构建筑, 平面尺寸为23.9 m×12.5 m。
2.1 混合和加药
2.1.1 混凝剂选择
由于原水絮凝过程部分在滤床空隙内完成, 因此选择最佳絮凝剂对直接过滤效果具有十分重要的意义[3]。聚合氯化铝良好的絮凝效果已在大量混凝实践中得到证实。研究表明, 在微絮凝直接过滤工艺中, 对于低温低浊水、有色水和受微污染水, 使用聚合氯化铝的综合效能显著高于氯化铝, 聚合氯化铝最佳剂量仅为氯化铝的1/4, 且水头损失、出水水质、运行周期及产水率明显高于氯化铝。因此, 在微絮凝直接过滤工艺中, 使用聚合氯化铝絮凝剂要比传统絮凝剂具有更显著的除浊除色效果, 较低的运行成本和良好的运行周期[4,5]。因此, 选用固体聚合氯化铝 (PAC) 作为混凝剂。
2.1.2 混凝剂投加量
混凝剂投加量过多会形成过多过大的絮凝体, 造成滤料表层过滤, 不能充分发挥整个滤料的截污能力, 使水头损失增长过快, 药剂投加量不足, 刚形成的絮凝体过小, 易于穿透滤层, 影响滤后水质, 故设计中要通过大量中试实验, 选择合适的药剂投加量, 而且在实际生产中需要对投加量进行连续监测及使用自动化控制系统, 一般投药量控制在10 mg/L左右[4]。因此, 本工程设计最大加药量为10 mg/L。
2.1.3 混合设备
由于管道混合絮凝易于实现快速均匀混合, 能够充分发挥聚合氯化铝高效絮凝剂的反应特性。因此, 本工程中采用管道静态混合器进行混合, 混合器安装在无阀滤池的进水管上。
2.2 净水装置
净水车间内设一体化净水装置两套, 净水装置以无阀滤池为主体, 进水分配箱兼具微絮凝池的作用, 每套主体设备外形平面尺寸8.4 m×6.0 m, 钢结构。
重力式无阀滤池因过滤过程依靠水的重力自动流入滤池进行过滤或反洗, 且滤池没有阀门而得名。其运行过程全部自动进行, 操作方便, 工作稳定可靠, 结构简单, 可成套定型制作 (钢制) , 造价也较低, 适用于县镇的中小型水厂。在本工程产水量不大、资金有限的情况下, 采用重力式无阀滤池具有投资省, 检修使用方便等优势, 故本工程推荐选用重力式无阀滤池。滤池平面图如图1所示。
重力式无阀滤池采用双层滤料 (无烟煤和石英砂) , 分配水箱容积保证絮凝时间停留3 min。每座无阀滤池分两格, 能独立工作, 单格滤池主要设计参数见表1。
3 结语
1) 本工程针对霍泉水的水质特点, 设计采用以重力式无阀滤池为主体的微絮凝处理工艺, 该工艺流程简单, 占地面积小, 运行管理方便, 适合于以低浊水为原水的小型水处理厂。
2) 霍泉水经水厂配水井靠重力流进入净水车间, 首先经无阀滤池进水管上的管道静态混合器混合, 采用聚合氯化铝作为混凝剂, 最大投药量为10 mg/L;混合后水进入滤池的分配水箱, 进行微絮凝, 停留时间为3 min;而后进入滤池进行过滤, 过滤速度8.8 m/h, 滤池出水经加氯消毒后进入镇区配水管网。
参考文献
[1]闫东晗, 王健, 曹伟新, 等.微絮凝直接过滤净水工艺设计[J].中国给水排水, 2006, 22 (10) :43-45.
[2]栾兆坤, 李科, 雷鹏举.微絮凝深床过滤理论与应用的研究[J].环境化学, 1997, 16 (6) :590.
[3]陈启宏.微絮凝—直接过滤在水处理中的应用[J].辽宁城乡环境科技, 2005, 2 (1) :52-54.
[4]包晨雷, 杨琳, 杨忠宇.微絮凝直接过滤处理低温低浊水的研究和探讨[J].中国科技信息, 2010, 14 (11) :78-79.
[5]李科, 栾兆坤.微絮凝—直接过滤中应用聚合氯化铝处理低浊低色水研究[J].中国给水排水, 1998, 14 (6) :1-4.
絮凝技术 篇5
高产絮凝剂复合菌的基因分型及絮凝效果研究
摘要：利用从土壤中经分离、纯化得到的絮凝剂产生菌筛选出产高效絮凝剂的复合菌,并借助电子显微技术、随机扩增多态性DNA技术等对其进行了系统鉴别.研究表明:三种菌中有两种是放线菌,一种为酵母菌,它们的`生理、生化特性有相似之处.基因分型结果表明,三种菌的DNA存在一定的同源性,但特异性显著.处理污染水体的试验结果表明,该复合菌所产絮凝剂能够很好地絮凝如赖氨酸废水、铬黑T废水、高岭土悬浊液等,与传统絮凝剂相比其絮凝效果更显著.作 者：张玉玲 张兰英 任何军 姚军 张春玲 ZHANG Yu-ling ZHANG Lan-ying REN He-jun YAO Jun ZHANG Chun-ling 作者单位：张玉玲,张兰英,任何军,张春玲,ZHANG Yu-ling,ZHANG Lan-ying,REN He-jun,ZHANG Chun-ling(吉林大学,环境与资源学院,吉林,长春,130026)姚军,YAO Jun(长春市城建疏浚工程有限公司,吉林,长春,130021)
期 刊：中国给水排水 ISTICPKU Journal：CHINA WATER & WASTEWATER 年，卷(期)：, 22(11) 分类号：X703.1 关键词：复合型微生物絮凝剂 基因分型 DNA多样性微生物絮凝剂絮凝胶清的研究 篇6
关键词 微生物絮凝剂 ；胶清橡胶 ；性能
分类号 TQ333.99
Abstract This paper introduced that skim is flocculated by a microbial flocculant， the optimal dosage of microbial flocculant was determined， simultaneously， the physical and chemical properties， curing characteristics and mechanical properties of shim rubber coagulated by microbial flocculant were investigated， comprehensively， which compared with sulfuric acid coagulated skim rubber. The results showed that the optimal dosage of microbial flocculant was 0.6 g/L， the physical and chemical properties and mechanical properties especially antioxidant index and anti-aging properties of shim rubber coagulated by microbial flocculant were better than those of sulfuric acid coagulated skim rubber. As to the curing characteristics， the vulcanization rate of shim rubber coagulated by microbial flocculant was higher than that of sulfuric acid coagulated skim rubber.
Keywords microbial flocculant ； skim rubber ； properties
胶清是天然胶乳制备成浓缩胶乳时由离心机分离出来的副产品。胶清具有干胶含量低、非橡胶物质含量和氨含量高，在生产过程中一般都是直接加硫酸凝固。在20世纪中期，国内外专家[1]曾将氢氧化钠和硫酸锌、硫酸铝等盐类加入胶清，使之就地生成胶态氢氧化物，并沉淀在胶粒蛋白质层上形成絮凝。获得的絮凝胶清橡胶变异较小，但在高温下较易老化，并含有较多的灰分。张炼辉等[2]采用硫酸铝和三氯化铝加入胶清，制成的胶清橡胶除了灰分超标以外，其余指标都符合胶清橡胶一般标准。由于无机盐絮凝胶清达不到改善胶清橡胶的性能及提高其使用价值的目的，而微生物絮凝剂是一类由微生物或其分泌物产生的代谢产物，具有良好的絮凝作用和沉降效果，在工业领域有着广阔的开发应用前景[3]。因此本文通过加入一定量的微生物絮凝剂研究其对胶清絮凝效果和胶清橡胶性能的影响。
1 材料与方法
1.1 材料
胶清：由广东省广垦橡胶集团茂名分公司提供；微生物絮凝剂：廊坊洛尼尔生物科技有限公司产品；其他配合剂和助剂均为市售工业品。
1.2 微生物絮凝剂用量的确定
取1 500 mL胶清并分成5份，微生物絮凝剂的用量分别为0.2、0.3、0.4、0.5、0.6 g/L，在50℃下搅拌3 h，停放1 h后通过观察分离效果来确定最佳用量。
1.3 胶清橡胶的制备
取5 000 mL胶清，加入最佳用量的微生物絮凝剂，在50℃下搅拌3 h后让胶清放置絮凝一段时间，然后进行分离、过滤、挤压清洗、脱水、干燥等工序制得胶清橡胶。
1.4 胶清硫化胶配方
胶清橡胶100 g，硬脂酸0.5 g，氧化锌6 g，促进剂M 0.5 g，硫磺3.5 g。
1.5 胶清橡胶理化性能测试
杂质含量按天然橡胶GB/T 8086标准测定；灰分含量按天然橡胶GB/T 4498标准测定；挥发物含量按天然橡胶ISO 248标准测定；氮含量按天然橡胶GB/T 8088标准测定；塑性初值（P0）和塑性保持率（PRI）分别按天然橡胶GB/T 3510、GB/T 3517 标准测定。
1.6 胶清硫化胶硫化特性与力学性能测试
在开炼机上，按常规混炼法将胶清橡胶混炼，混炼后在145℃下测定其硫化特性，并置于平板硫化仪中硫化制备硫化胶。硫化胶的300%和500%定伸应力、拉伸强度、扯断伸长率，按GB /T528- 92测定，撕裂强度按GB /T528-91测定，硬度按GB /T531-92测定。
1.7 胶清硫化胶热氧老化性能测试
参照GB/T 3512-2001的标准测试浓缩处理后胶清硫化胶热氧老化性能。测试条件：老化时间24 h，温度设定100℃。老化后的物理机械性能测试参见1.6。
2 结果与分析
2.1 微生物絮凝剂用量实验结果分析
往烧杯中加入不同量的微生物絮凝剂，其它条件不变，做絮凝试验。结果如表1所示。
由表1可以看出，随着微生物絮凝剂用量的增加，胶清絮凝效果越来越明显。当用量达到0.6 g/L时，胶清中的橡胶颗粒几乎完全从水中分离出来。这是因为微生物絮凝剂是一类由微生物或其分泌物产生的代谢产物，其物质为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素、DNA等高分子化合物，根据目前普遍接受的微生物絮凝机理[4]，微生物絮凝剂中的大分子借助离子键、氢键和范德华力，同时吸引多个橡胶颗粒，因而在颗粒中起了“中间桥梁”的作用，并形成一种网状三维结构。因此，微生物絮凝剂用量的增加，絮凝活性也会相应地增加，从而增大了与橡胶颗粒架桥结合的可能性。
nlc202309030931
2.2 胶清橡胶理化性能分析
本实验对微生物絮凝胶清所制备胶清橡胶的理化性能跟传统硫酸凝固胶清得到的胶清橡胶进行了对比，其结果见表2。
从表2可以得出，微生物絮凝制得的胶清橡胶的杂质含量、灰分含量、挥发物含量均低于硫酸凝固所得到的胶清橡胶。这是因为微生物絮凝剂将橡胶颗粒从乳清中分离出来，而且在分离过滤的过程中，部分非橡胶物质比如水溶性物质、无机盐等都随着乳清被滤除出去。这就导致了微生物絮凝的胶清橡胶中杂质含量、灰分含量和挥发物含量都低于硫酸凝固胶清橡胶。而对于氮含量，微生物絮凝胶清橡胶比硫酸凝固胶清橡胶的稍微高一些。这主要是微生物絮凝剂含有一些蛋白质、DNA等大分子物质，在絮凝过程中起到连接橡胶颗粒的作用，因此会有部分残留在胶清橡胶里面使其氮含量有所增加。另外，微生物絮凝胶清橡胶的P0和PRI均明显高于硫酸凝固胶清橡胶。这说明用微生物絮凝剂制备的胶清橡胶有较好加工性能和抗氧化性能。原因一方面可能避免了由于硫酸与橡胶分子所产生的环化反应和退化反应所导致的橡胶分子结构破坏[5]；另一方面可能是因为在絮凝过程中，胶清中有促使橡胶老化的铜、锰、铁等有害金属与橡胶颗粒的分离，使得胶清橡胶的塑性初值和塑性保持率都有所增加。
与此同时，微生物絮凝胶清橡胶的质量指标与胶清橡胶国家质量标准相比，其生胶质量已远远超过胶清橡胶一级级别质量标准。因此，这可以表明采用微生物絮凝剂絮凝胶清可以改善胶清橡胶的性能及提高使用价值。
2.3 胶清橡胶硫化特性分析
表3是胶样在145℃条件下用橡胶硫化分析仪所测的硫化特征参数。
从表3可以看出，微生物絮凝胶清橡胶混炼胶的ML、MH都高于硫酸凝固胶清橡胶，而t10和 t90则小于硫酸凝固胶清橡胶，硫化速度Vc更快。说明微生物絮凝胶清橡胶的焦烧时间和正硫化时间变短，原因可能是因为用酸凝固时，会有酸残留在胶清橡胶中，残留酸有阻碍橡胶硫化的作用[1]，而采用微生物絮凝剂凝固，其中的蛋白质组分促进了胶清橡胶的硫化，提高了胶清橡胶的硫化速度[6-7]。
2.4 胶清橡胶力学性能分析
胶清经微生物絮凝后制得的胶清橡胶，其硫化胶的力学性能以及老化性能与硫酸凝固胶清橡胶硫化胶的相比，结果见表4。
由表4可知，在老化前，用微生物絮凝剂作为凝固剂时，胶清橡胶硫化胶300%、500%定伸应力以及拉伸强度均高于硫酸凝固胶清橡胶硫化胶。其中，微生物絮凝胶清橡胶硫化胶的拉伸强度达到30.3 MPa，撕裂强度达到45.6 MPa，与硫酸凝固胶清橡胶硫化胶相比，分别高出21.7%和13.4%。原因可能是采用微生物絮凝剂凝固的胶清橡胶的交联密度比硫酸凝固胶清橡胶的高，分子链间网络缠结比较致密，表现出较好的力学性能[8-10]。
硫化胶试样在100℃×24 h条件下进行老化后，微生物絮凝剂作为凝固剂时，硫化胶力学性能保持率分别为：300%定伸应力保持率162.1%，500%定伸应力136.1%，拉伸强度保持率80.0%，扯断伸长率保持率81.3%；硫酸凝固时，硫化胶力学性能保持率分别为：300%定伸应力保持率136.0%，500%定伸应力121.9%，拉伸强度保持率53.0%，扯断伸长率保持率69.6%。可见，微生物絮凝剂胶清时，其硫化胶的老化性能要比硫酸凝固时的好。
3 结论
本文研究了微生物絮凝和硫酸凝固两种凝固方法对胶清橡胶的理化性能、硫化特性和力学性能的影响。结果表明，采用微生物絮凝剂作为凝固剂时，所制得的胶清橡胶跟硫酸凝固的相比具有较快的硫化速度，更好理化性能和力学性能，尤其是胶清橡胶的抗氧指数和耐老化性能有明显的提升。
参考文献
[1] 何映平. 天然橡胶加工学[M]. 海南：海南出版社，2007：73-375.
[2] 张炼辉，邱于献，吴 杰，等. 铝盐絮凝胶清的研究[J].热带农业工程，2012，36（4）；72-75.
[3] 李和平.微生物絮凝剂[J].重庆环境科学，2000，22（2）：18-21.
[4] 罗 平，黄锃峰，杨 萍. 复合型微生物絮凝剂絮凝条件的优化[J]. 环境工程学报，2012，6（8）：2 635-2 639.
[5] Sakdapipanich J T， Nawamawati K Y. Recovery of deproteinised small rubber particles from skim natural rubber latex： effect of some inorganicsalts[J].Rubber Res 2002（5）： 1.
[6] 袁小龙，陈 鹰，黄茂芳. 低蛋白天然胶乳的制备及其性能研究[J].热带作物学报，2002，23（2）：17-26.
[7] 李普旺，陈 鹰，许 逵，等. 低蛋白天然橡胶的性能研究[J]. 世界橡胶工业，2004，31（8）：5-7.
[8] Akatova I N， Nikulin S S， Korystin S S， Kondrat， eva， N.A. Effeet of the nature of coagulant on coagulation and properties of rubbers，rubber compounds and vulcanized rubbers[J]. Kauchuk1Rezina，2003（6）： 2-4.
[9] 黄克奋. 浅谈有关标准橡胶拉伸强度的几个问题[J].热带农业工程，1993（3）：2.
[10] A.B.Othm等. 李思东译. 非胶组分对硫化天然胶弹性的影响[J].热带作物加工，1994（4）：33.
电絮凝技术在水处理中的应用 篇7
1 电絮凝技术原理
铝材和铁材由于价廉,易得和有效性而成为最常用的电絮凝极板材料[3]。以铝做电极材料为例,说明电絮凝技术原理,电极反应如下[4]:
阳极反应:
Al-3e-→Al3+ (1)
Al3++nH2O→Al(OH)3-nn+nH+ (2)
阳极反应:
3H2O+3e-→3/2H2(g)+3OH- (3)
可溶性阳极在通入电流作用下,溶解产生大量阳离子,阳离子经过水解、聚合形成一系列多核羟基络合物和氢氧化物,这些产物吸附能力很强,起到凝聚、吸附等作用。电解过程中,阳极和阴极上产生的氧气和氢气,黏附性能很强,在其上浮过程中将悬浮物带到水面上。在电流作用下,还会发生电解氧化还原反应。影响电絮凝对水的处理效果主要包括电极材料,电流密度,反应时间,极板间距,原水pH值等。
2 电絮凝用于水处理
2.1 电絮凝用于工业废水处理
电絮凝技术自20世纪初就已开始应用于废水处理中。近年来,国内外电絮凝正逐步应用于电镀、化工、印染、制药、制革、造纸等多种工业废水的处理,它可以有效去除工业废水中的重金属,色度,有机物等。
2.1.1 对重金属离子的去除
当含有重金属离子的工业废水中未被处理而直接排放时,容易被植物和鱼类吸收,这将通过食物链最终在人体内积累。电絮凝可以有效去除水中的重金属离子。F.Akbal等[5]利用铁—铝电极能有效处理电镀废水,反应时间为20 min,电流密度为10 mA/cm2,pH为3.0时,铜、铬和镍的去除率达到100%。M. S. Bhatti等[6]用铝做电极材料处理初始浓度为100 mg/L的含Cr(VI)废水,当pH为5,电压为24 V,反应24 min,Cr(VI)的去除率达到90.4%。M. Kobya等[7]利用铁电极对汽车组装厂废水进行处理,电流密度为60 A/m2,pH为3.0,反应15 min后,锌的去除率达到97.8%。
2.1.2 电絮凝对色度的去除
纺织废水、造纸废水和制革废水都有很高色度,对其进行有效处理有着重要意义。M.Zaied等[8]在初始pH为7,反应时间为50 min,电流密度为14 mA/cm2的最佳条件下对造纸黑液进行处理,色度、COD和酚类的去除率分别为99%、98%和92%。S.Aoudj等[9]利用电絮凝方法处理含直接红81的合成废水,原水pH为6,电流密度为1.875 mA/cm2,极板间距为1.5 cm,加入NaCl电解质,色度去除率为98%。.A.engil等[10]利用铁电极处理含活性黑5的合成废水,染料初始浓度为100 mg/L,当初始pH值为5,电流密度为4.575 mA/cm2,盐浓度为3 000 mg/L,温度为20 ℃,极板间距为2.5 cm,色度去除率为98.8%。
2.1.3 电絮凝对有机物的去除
U.T.Un等[11]用电絮凝对练油废水进行处理,铝做电极材料, pH为7,反应时间90 min,电流密度35 mA/cm2时,COD去除率为98.9%。M. Kobya等[12]用电絮凝处理废旧金属切割液,铝做电极材料时,pH为5.0,电流密度为60 A/m2,反应25 min,COD去除率为93%。
2.2 电絮凝用于给水处理
饮用水中的氟化物,砷化合物,硬度,腐植酸等物质对人体产生危害。我国规定生活饮用水中氟的浓度不超过1.0 mg/L。M. Behbahani等[13]用铝做电极材料,在原水pH为7,初始氟化物浓度为25 mg/L,电流密度为16.7 A/cm2,反应25 min,氟化物浓度去除率为94.5%。D. Ghosh等[14]发现极板双极连接对氟化物的去除优于单极连接,初始氟化物浓度为10 mg/L,电流密度为625 A/m2,反应30 min,出水氟化物浓度低于1 mg/L。N. S. Kumar等[15]研究了动态实验下电絮凝对水源中砷和硝酸盐的去除情况,硝酸盐和砷去除率分别达到84%和75%。M.Malakootian[16]等人利用铁棒做电极材料,在pH为10,电压为12 V,反应60 min后,对钙和总硬度的去除率分别达到98.2%和97.4%。冯启言等[17]利用电絮凝去除地表水中的腐植酸,铝做电极材料,在电流密度为47.6 A/m2,极板间距为1.0 cm,腐植酸浓度从20 mg/L去除至0.43 mg/L,去除率达到97.8%。
2.3 电絮凝用于生活污水处理
电絮凝可以有效处理生活污水中的N和P。陈男等[18]利用电絮凝法处理合并净化槽出水,铝做电极材料时出水色度较低,当极板间距为2 cm,电流密度为4 mA/cm2,反应10 min后,出水TP浓度<0.1 mg/L,符合我国污水综合排放一级标准。杨毅等[19]利用电絮凝处理城镇生活污水,铝板为阳极,不锈钢板为阴极, pH为6.7~9之间,电解30 min,电流密度为0.25~0.60 A/dm2时,COD、SS和色度去除率分别为70%、70%和80%以上,出水COD达到城镇污水二级污水排放标准。
3 电絮凝技术的研究方向
制约电絮凝广泛应用的主要原因是能耗较高,电极消耗快,导致运行成本较高,可从以下方面对此的问题进行研究。
3.1 改进电源技术
直流电絮凝电极在长时间工作后容易钝化从而导致能耗高。脉冲电通过重复进行供电与断电,电解效率得到大幅提高,能耗大大降低。林辉等[20]利用脉冲电絮凝法处理餐饮废水,发现脉冲电解可以有效消除铝电极钝化现象,达到相同去除率时,脉冲电絮凝比直流电絮凝节能30%。陈意民等[21]人以铝作阳极采用脉冲电絮凝技术对难降解染料废水进行处理,脉冲电絮凝技术相比于直流电絮凝,在处理难降解染料废水中有着明显的节能优势,单脉冲和双脉冲电絮凝的能耗分别降低84%和87%。
3.2 新型电极的利用
相比传统的二维电极,三维电极增加了电解槽的面体比,增大物质传质速度,提高电流效率和处理效果。程爱华等[22]利用三维电极电解法处理偶氮染料废水,填料为全炭,电压为30 V,电解质(Na2SO4)浓度为0.01 mol/L,pH值为8,反应60 min后,甲基橙的脱色率可达93%。吴薇等[23]利用复极性三维电极去除表面活性剂废水,混合填料是活性炭和玻璃珠,两者体积比为2:1,LAS初始浓度为250 mg/L,pH为2,电压为30V,反应时间60 min, LAS去除率可达90.6%。
3.3 与其他技术的联用
M.Boroski等[24]联用电絮凝和TiO2催化处理化妆品与药品公司出水,电絮凝能去除大部分溶解性有机物和悬浮物,原水COD为1753 mg/L,电絮凝处理后出水COD为160 mg/L,再经TiO2催化氧化后出水COD为50 mg/L。Shuang Song等[25]利用臭氧化和电絮凝联合处理偶氮废水,染料初始浓度为100 mg/L,初始pH值为5.5,电流密度为10 mA/cm2,盐浓度为5 000 mg/L,温度20 ℃,臭氧流量20 mL/min,电极间距为1 cm情况下,色度和COD去除率分别达到94%和60%,去除每千克COD耗能33 kWh。Qianhai Zuo[26]等联用电絮凝和电气浮能有效去除饮用水中的氟,水力停留时间仅为30 min,当初始pH为6.0~7.0时不需改变pH值,当初始氟浓度为4.0 mg/L时,出水氟浓度为0.87 mg/L。
4 结 论
絮凝技术 篇8
微生物絮凝剂是一种天然有机高分子物质, 它是由微生物分泌得到的, 最为鲜明的特征是具有絮凝活性。微生物絮凝剂在应用过程中, 主要作用于液体当中的难以降解的某些成分, 如固体悬浮颗粒、细菌细胞和胶体粒子等, 可以使这些本不易降解的成分发生快速凝聚和沉淀, 絮凝效果非常强。和传统的絮凝剂相比, 微生物絮凝剂的优势在于, 它利用的是生物降解原理, 不仅安全、环保, 而且高效、可靠、便于操作, 是一种受到业内人士广泛称赞的新型水处理剂。根据组成成分对微生物絮凝剂进行分类, 一般可以分为四类, 第一类是有效组成成分为微生物细胞的微生物絮凝剂, 微生物细胞自身具有的絮凝活性可以很好的实现水中不易降解成分的凝聚和沉淀;第二类是有效组成成分为微生物细胞壁中的某些成分的微生物絮凝剂, 同样可以实现水中不易降解成分的凝聚和沉淀;第三类是有效组成成分为微生物的代谢产物的微生物絮凝剂, 这些微生物代谢产生的物质也可以达到絮凝效果;第四种是利用细胞克隆制备的微生物絮凝剂。总而言之, 微生物絮凝剂中的有效成分必然和微生物有关, 要么是微生物本身, 要么是微生物的组成部分或者代谢产物。
2 利用复合菌群制备微生物絮凝剂
和单一菌群相比, 复合菌群中存在的微生物种类更加丰富和多样, 并且已经具有了微生物间良性共生的稳定环境, 功能更加齐全、多样, 在处理水的过程中的效果更加明显, 并且在运用和维护过程中具有良好的便捷性。因此, 用复合菌群来制备微生物絮凝剂, 可以在一定程度上降低制备成本, 提升絮凝的效果, 并有效避免了再次污染的出现。
罗平等人, 从土壤中分离筛选出了三株絮凝活性较高的菌种, 对其进行两两混合、培养, 最终得到的结果是, 该微生物絮凝剂对高岭土悬液的絮凝效果产生了明显提升, 并在同样的条件下具有更好的热稳定性。姬秀娟等人将蜡状芽孢杆菌和膜璞毕赤酵母菌按照1:1 的体积比例混合, 制备出二者共生的混合菌株, 命名为HXJ-1, 然后将制酒废水经过处理后制成培养基, 对HXJ-1 进行培养, 得到复合型微生物絮凝剂XJBF-1, 此种微生物絮凝剂的突出优势在于, 减少了微生物絮凝剂的制备周期, 同时对难以处理的制酒废水进行了二次利用, 实现了良好的废物循环利用效果。张玉玲等人利用污水灌溉区的土壤微生物, 先进行分离然后进行纯化、筛选, 最终得到了9 种高效复合的微生物絮凝剂产生菌。
3 利用廉价培养基制备微生物絮凝剂
培养基成本居高不下, 一直是制约微生物絮凝剂大量制备的因素, 寻找廉价培养基进行微生物絮凝剂的制备, 是一个需要探讨的课题。首先, 制备微生物絮凝剂的培养基碳源选择, 可以是蜜糖废水、洗糟废水、甘蔗渣、生物制氢废液等, 这些碳源的来源较多, 价格低廉, 并且可以实现废物利用, 将这些直接排放到环境中会造成污染的碳源进行二次利用, 不仅降低了微生物絮凝剂的制备成本、实现了微生物絮凝剂活性的提升, 并且避免了环境污染, 可谓一举双得, 不过需要注意的是, 直接将这些有机废液作为微生物絮凝剂培养基的氮源, 会在很大程度上影响到微生物絮凝剂的实际絮凝效果, 因为有机废液中的成分是比较复杂的, 很多无关成分也会参与到微生物的培养当中, 因此, 必须事先对有机废液进行预处理, 除去无用的成分, 并使有机废液中的碳源可以最大限度地被产絮菌所利用, 达到最佳的培养效果。
其次, 制备微生物絮凝剂的培养基氮源选择, 可以是秸秆粉、养猪粪水、麦芽根等, 这些含氮废水处理难度大、造成的污染也大, 将其应用到微生物絮凝剂的培养中, 同样可以实现废物利用, 并有效降低微生物絮凝剂的制备成本。和实验室常用的氮源如蛋白胨、铵盐、牛肉膏、酵母膏等相比, 含氮废水的价格更低、更加容易获得, 大大降低了微生物培养基的价格成本。但在应用这些含氮废水之前, 需要对其进行适当的预处理, 使其变得容易被产絮菌所吸收, 并提升微生物絮凝剂的絮凝效果。
最后, 可以利用有机废水制备微生物絮凝剂。食品加工行业产生的高浓度有机废水通常难以处理, 但其中含有丰富的有机碳源、氮源和其他多种无机盐, 这些东西都是微生物生长需要的, 因此, 利用高浓度有机废水替代实验室培养基, 培养产絮菌, 可以获得非常好的培养效果, 常用的有酱油酿造废水、乳制品废水、啤酒废水等。
4 利用污泥制备微生物絮凝剂
水处理过程中会产生剩余污泥, 包含了多种微生物形成的菌胶团和其他有机物、无机物。其中, 菌胶团中心是微生物, 外围是微生物分泌的天然有机高分子物质, 这些天然有机高分子物质构成了聚合物EPS, EPS的功能和微生物絮凝剂较为类似, 同样可以在一定条件下实现絮凝效果。由于水处理过程中的剩余污泥产量较大、来源较多并且需要无害化处理, 因此, 可利用剩余污泥作为原料, 制备微生物絮凝剂, 从而降低制备成本, 并提供剩余污泥处理新渠道。
目前研究的进展为:一是利用脱水污泥制备微生物絮凝剂, 对脱水污泥进行超声波破碎、丙酮沉淀、冷冻干燥等处理, 得到微生物絮凝剂, 这种微生物絮凝剂絮凝效果不错, 并且产量也比普通培养基培养的产量要大很多;二是利用污泥残渣制备微生物絮凝剂, 此种方法制备的微生物絮凝剂具有较好的热稳定性, 并在不同的PH环境中具有良好的稳定性, 目前认为此种微生物絮凝剂的絮凝机制为, 絮凝剂和高岭土之间产生结合反应, 结合的方式为离子键结合, 继而产生吸附架桥效应, 达到絮凝沉淀的效果;三是从剩余污泥中直接分离提取微生物絮凝剂, 具体的方法为, 将酸碱增溶剂和剩余污泥混合反应, 再从上清液中得到微生物絮凝剂, 也可以从曝气生物滤池中利用超声和碱处理等技术提取微生物絮凝剂, 也可以对剩余污泥进行液氮冻融破碎处理提取微生物絮凝剂, 还可以将树脂法和超声法联合运用从剩余污泥中提取微生物絮凝剂。
需要注意的是, 采用超声法从剩余污泥中分离、提取、制备微生物絮凝剂时, 超声时间超过合理的范围或者超声功率超过合理的范围, 都会使絮凝活性物质活性降低甚至失去活性, 因此需要严格控制超声时间和超声功率, 一般来说超声时间控制在1 到3min为佳, 超声功率控制在210 到270W为佳。此外, 由于不同浓度的污泥中所能提取的微生物絮凝剂浓度不同, 污泥浓度越高, 所能提取的微生物絮凝剂浓度也越高, 因此需要对提取的微生物絮凝剂浓度进行准确标记、合理区分, 在实际絮凝过程中根据微生物絮凝剂的浓度科学投加。
5 结语
目前, 在微生物絮凝剂的制备方面, 已经有不少的研究探讨, 并在一定程度上降低了微生物絮凝剂的制备成本, 并在综合利用有机废物和污染物的同时, 达到了微生物絮凝剂制备效果的提升。但客观来看, 当前的微生物絮凝剂制备技术仍然不足以支撑微生物絮凝剂的工业化制备和生产, 必须在持续进行研究拓展的基础上, 形成一套完整的、高效的、适合于大规模推广的制备工艺技术, 才能真正意义上实现微生物絮凝剂的工业化大规模生产。对新技术进行不断的分析和研究, 有利于技术的革新和推广, 有利于提高推动生产力的不断发展。
摘要：微生物絮凝剂具有一系列优良特性, 如高校、无毒、无二次污染等, 这是微生物絮凝剂得以广泛应用并具有良好应用前景的重要原因。然而, 一直以来微生物絮凝剂的推广和应用都受到了其较高的制备成本费用的约束, 给微生物絮凝剂的发展带来了极大的阻碍。因此, 实现微生物絮凝剂的工业化制备, 首要解决的问题就是如何降低微生物絮凝剂的制备成本。本文系统总结了近年来国内外在降低微生物絮凝剂制备成本方面做出的积极尝试和得到的最新突破, 希望能够给微生物絮凝剂制备技术的继续发展带来一些有益的思考。
关键词：微生物絮凝剂,制备技术,新进展
参考文献
[1]甘莉.微生物絮凝剂的研究进展[J].水处理技术, 2006 (4) .
[2]陶涛, 卢秀清, 冷静.微生物絮凝剂的研究进展[J].环境科学进展, 1999 (6) .
[3]马放, 李淑更, 金文标, 杨基先.微生物絮凝剂的研究现状及发展趋势[J].工业用水与废水, 2002 (1) .
絮凝技术 篇9
1 老水厂主要存在的问题
云南省普洱市一水厂位于云南省西南部，设计处理规模为1.5×104m3/d，采用的是气浮处理工艺，处理工艺为：原水→气浮池→无阀滤池→清水池→市政管网。该工艺主要针对洗马河水库水浊度低(常年浊度在2～15度)、藻类多(每毫升水中藻类达356×10个)而设计的。随着普洱市主城区水库功能的调整，普洱市一水厂的水源调整为可实现全程重力流供水的纳河水库，洗马河水库作为一水厂的后备水源。因纳河水库水藻类较少，雨季浑浊度超过100度，气浮池出水效果较差。同时，近年来主城区需水量明显增大，一水厂基本处于满负荷运行，工艺设备不堪重负，水质难以保障，水厂急需改造。
合理的净水工艺流程是保证供水水质的关键，直接关系到工程造价、运行成本和出水水质。根据纳河水库源水水质化验资料分析，纳河水库水质达到Ⅱ类饮用水标准，水质良好，因此，采用混凝、反应、沉淀、过滤、消毒的常规处理工艺。其中，混凝、反应、沉淀采用接触絮凝沉淀水处理技术工艺。即：根据厂区现状土地新建两组絮凝沉淀池，絮凝沉淀池构筑物占地224m2，设计水处理能力为1.5×104m3/d。同时保留气浮工艺，气浮池构筑物占地396m2。此次工艺改造，把两套工艺并联起来，让两套工艺能分别处理两种不同水质的水。两套工艺并联使用，一水厂处理规模可达到2.5×104m3/d。
2 接触絮凝沉淀水处理技术原理简介
接触絮凝沉淀水处理技术是传统絮凝沉淀技术的发展与创新，是根据微水动力学原理、流体边界层及边界层分离、沉淀理论和沉淀池的接触絮凝作用，提出的水处理技术。该技术包括三个工艺过程：直列式混合工艺、星形翼片絮凝工艺、接触絮凝(V型斜板)沉淀工艺。
2.1 直列式混合工艺
主要原理是使水流通过列管时，在管束边界层的作用下，产生系列涡旋，并在其后的空间衰减，产生高频涡流，从而使混凝剂复杂的水解产物与原水中的胶体颗粒得到充分混合。它混合效果好，构造简单，制作安装方便，水头损失小，可节约药剂，运行费用低。
2.2 星型翼片絮凝工艺
主要原理是利用边界层脱离理论和颗粒碰撞的惯性效应，在絮凝池中顺水流方向布置隔板，垂直水流方向设置翼片，使水流产生高频谱涡旋，为药剂和水中颗粒的充分接触提供了微水动力学条件，并产生密实的矾花，设计时可进行水力分级和流态的控制得到理想的絮泥效果，絮泥时间短，施工方便，管理维修简单，对原水水量和水质变化适应性较强，絮泥效果稳定。
2.3 V型斜板沉淀工艺
根据浅池理论，在利用沉淀池中，设置V型斜板沉淀设备。该设备是在逆向流斜板设备中，利用设备截面差，造成沿重力方向的速度差，从而在上向水流顶托作用下，斜板沉淀单元内部形成一定厚度的具有自我更新能力的絮体粒子动态悬浮泥渣层，只有尺度和密度足以克服上向水流顶托作用的较大絮体才能沉降下来。絮体粒子动态悬浮泥渣层可以利用接触絮凝过滤网捕作用有效抑制小矾花的逃逸从而保证出水水质。它具有表面负荷高、有利于排泥、上升流速大、沉淀效果好的特点。
3 老水厂改造工程的基本情况
水厂内现有的生产构筑物主要有气浮池、无阀滤池、清水池等，新建配水井一座、絮泥沉淀池一座，同时保留原来的构筑物。
3.1 接触絮凝沉淀技术工艺工作原理
原水经配水井后，通过直列式混合器充分混合(混凝剂投加在混合器前端加药口处)，进入絮泥池，絮泥池设计水力分为三级，采用竖向流翻腾式，池中设有星形絮泥设备，密实的矾花在这里形成。在絮泥池后设置过渡段，采用配水花墙进行配水，然后进入沉淀池，沉淀池采用异向流V形沉淀池，池中设V形沉淀设备，较大絮体在这里沉降，最后，清水通过上层集水槽汇集进入滤池。絮泥沉淀池的泥采用重力斗式收集排出。
水厂改造后的净水工艺流程图：
3.2 主要的工艺参数
1)直列式混合器的水头损失不大于0.5m，混合时间为3s;
2)絮泥池设计水力分级：一级流速0.12m/s;二级流速0.09m/s;三级流速0.06m/s;絮泥时间为11分钟。
3) V形斜板上升流速2.3m m/s，安装倾角60度。
4 改造前后运行效果对比及效益评估
运行效果对比。新建絮泥反应沉淀池设计处理规模与气浮池相同，负荷率也基本一样。从反应池运行的直观效果看，反应池内源水反应效果明显：形成的矾花层次清晰、颗粒硕大.对于沉淀非常有利。为了更加清楚地了解反应池的实际运行效果，我们收集了去年同期气浮池与今年絮泥沉淀池的水质数据和能耗进行对比(见表)。投加药剂为固体聚合氯化铝，浓度配制为10%。其原水都为洗马河水库水。
从气浮池与絮泥沉淀池的水质数据和能耗表可看出：2007年同期混凝剂用量为132.7Kg/d，电耗为3592度，出水水质平均为3.2度。2008年同期混凝剂用量为111.7Kg/d，电耗为2412度/d，出水水质平均为2.0度。即：在出水水质有明显提高的情况下，电耗节省32.9%，药耗节省15.8%;另外，从絮泥沉淀池抗冲击运行效果表中，也可看出：在水库原水浊度变化较大时，接触絮泥沉淀水处理技术体现了抗冲击能力强的特点。
5 本次改造取得的成果
1)新建絮泥反应池生产工艺的先进性，提高了出厂水水质，基本保障了出厂水浊度≤1度的新国家饮用水卫生标准。
2)较常规水处理工艺占地省约43%，基建投资节省约30%。
3)运行费用和维护费用明显降低，提高了水厂的经济效益。
4)两套工艺能同时使用，有力保障了供水安全，同时水厂生产能力从1.5×104m3/d提高到2.5×104m3/d。
6 结语
普洱市一水厂运行结果表明，接触絮凝沉淀水处理技术在混合絮凝沉淀工艺阶段与传统的工艺比较具有一定的技术设备优势，能取得较好的处理效果，特别是因该技术出水水质稳定，抗冲击负荷能力强，占地面积小，处理效率高，制水成本及运行费用低等优势，使其在老水厂改造中具有很好的推广前景。
摘要：随着经济的发展, 生活质量的不断改善, 人民对生活饮用水的水质要求也在不断的提高。为保证城市的供水安全, 提高供水质量, 选择一种出水水质稳定优良、处理效率高、制水成本低的水处理工艺就成为那些老水厂改造的新课题。
关键词：絮凝,气浮,水处理
参考文献
[1]徐立群.微动力学混凝沉淀工艺理论与技术[J].中国给水排水, 2002.
絮凝技术 篇10
随着我国石油化工技术的发展与进步, 催化剂的品种日渐增多, 生产规模相应扩大, 而且我国的市场经济日渐完善, 环保要求日益严格, 要求我们提高催化剂的生产效率, 减少废水的排放, 由于技术和经济等原因, 中石油系统催化剂厂工艺废水一直未得到有效的处理, 如不加处理, 直接影响到中石油公司的排污水合格率。为此, 针对催化剂废水的水质特点, 讨论研究催化剂生产废水的技术经济可行性[1]。
中国石油兰州石化公司污水处理厂催化剂污水处理装置处理能力为650m3/h, 负责处理催化剂厂所排放生产废水和炼油系统排出的高浓度有机、含硫、含酚废水, 由于催化剂污水属高悬浮物、高氨氮废水, 且含硅铝凝胶, 不易沉淀, 造成现有工艺二沉池出水悬浮物偏高, 生化系统填料极易堵塞, 影响系统处理效果, 出水水质易出现波动[2]。
为降低二沉池出水及最终产水的悬浮物、浊度含量, 降低进生化系统进水的悬浮物含量, 用电絮凝[3]代替药剂絮凝, 做催化剂污水处理的应用研究试验, 以降低生化系统进水的悬浮物含量, 以保证后续生化工艺出水的稳定性并满足达标排放要求。
2 电化学絮凝的处理效果
中国石油兰州石化污水处理厂催化剂污水存在主要问题是悬浮物、浊度、氨氮高的特点, 需要进行降低去除。试验采用“三法净水”一体化设备对原水进行预处理, 通过对一体化设备的缓冲池、沉淀池与出水的pH值、电导率、浊度、SS、COD、氨氮、总硬度以及二氧化硅进行测定, 对比污水厂二沉池的MLSS, 验证预处理的除悬浮物、无机颗粒、胶体等低浊度的效果, 评价该工艺处理效果、工艺稳定性以及能耗等。通过试验考察技术的合理性和稳定性, 为后续污水处理装置升级改造、处理工艺提供参考。
2.1电化学絮凝一体化进出水数据分析
由于催化剂污水成分复杂, 按照中国石油兰州石化污水处理厂的实际要求, 研究检验电絮凝法对催化剂污水悬浮物、浊度、COD、硬度、氨氮等污染物的去除效果, 着重以SS、COD、氨氮、硬度、浊度的值来表征催化剂污水污染物的去除效果, 并用上述指标分析电絮凝一体化设备在催化剂污水处理中的运行效果, 分析论证电化学絮凝可否代替加药絮凝。
2.1.1进出水悬浮物检测结果分析
图1为一体化各部分取样与进水的悬浮物浓度对比, 由于进水与一体化各部分结果差别较大, 故采用对数法作图减小不同曲线的纵坐标差距。从图中可以看出原水进入一体化后, 悬浮物去除明显, 缓冲池开始就已有很好的去除效果, 实际进水与出水的悬浮物浓度对比见图2。
电化学絮凝一体化对催化剂总入口进水有很好的去除效果, 总入口进水的悬浮物浓度较高, 最高浓度可达到5865mg/L, 进水平均浓度为2583mg/L, 出水悬浮物浓度降低很多, 出水悬浮物平均浓度为7mg/L, 平均去除率为99.73%。
2.1.2进出水浊度检测结果分析
图3为对数法作图, 从图3可以清楚看出一体化对进水浊度有很好的去除效果, 缓冲池、沉淀池、出水的浊度值依次减小。图4为进水与出水的浊度对比, 催化剂总入口来水在试验进行到一半后起伏较大, 但多介质过滤池对浊度的去除很稳定, 进水的浊度平均值为1276NTU, 出水浊度值较低, 平均浊度值为3.07NTU, 平均去除率为99.76%。
2.1.3进出水COD检测结果分析
电化学絮凝一体化对催化剂进水的COD去除效果一般, 对比一体化一览表可以看出COD去除一般是在进水偏碱性且pH值在9以上, 还有部分出水的COD会升高, 由于原水成分复杂, 且不知原水具体成分, 分析可能是原水某些物质在电絮凝和加药的过程产生还原性物质而使COD增加。统计进水COD平均值为180mg/L, 出水COD平均值为115mg/L, 平均去除率为36.11%, 见图5。
2.1.4进出水氨氮检测结果分析
催化剂污水的氨氮值一般会稳定在100mg/L, 但试验期间出现了650mg/L的高氨氮废水, 一体化的缓冲池和沉淀池取水测定氨氮值比较相近, 出水的氨氮值会比进水有所降低。进水氨氮值平均为100mg/L, 出水氨氮平均值为67mg/L, 总体平均去除率在34%左右 (图6) 。
2.1.5进出水硬度检测结果分析
从图7和图8可以看出进水的总硬度变化很大, 高硬度时可达到997mg/L, 低硬度时只有32.03mg/L左右, 图7可以明显显示出水除硬的效果。催化剂总入口废水总硬度平均值为187.22mg/L, 出水总硬度平均值为31.52mg/L, 平均去除率为83.16%。
2.1.6出水与一次加药、二沉池MLSS对比结果分析
从表1可以看出“三法净水”一体化出水悬浮物的浓度普遍低于一沉池一次加药和二沉池的MLSS, 一体化出水水质较轻, 已达到预处理出水SS的标准。
2.1.7斜管沉淀池污泥含水率结果分析
斜管沉淀池污泥含水率为每周检测一次, 从检测的结果来看, 斜管沉淀池产生的泥量较少, 含水量较大, 只是后续处理时需要进一步浓缩, 见表2。
2.1.8电极消耗分析
“三法净水”一体化电絮凝中的Al电极于2013年10月称重装入设备中, 有效运行时间约75d, 电极初始重量135kg, 中试试验终止清洗电极后称重实际重120kg, 处理水量按每天50t计算, 每天处理每吨水电极消耗量为4g, 电极消耗速度较慢, 可以保持稳定运行 (表3) 。
3 结论
(1) 利用“三法净水”一体化设备对催化剂废水做试验, 试验连续进行60d, 设备运行稳定, 处理效果明显。
(2) 催化剂废水水质复杂多变, “三法净水”一体化由于不同功能区的共同作用, 对进水的水质要求宽泛, 即使水质波动较大也不会影响出水水质。在60d的试验中, “三法净水”一体化对催化剂总入口进水的悬浮物的平均去除率为99%, 浊度的平均去除率为99.67%, COD的平均去除率为27.86%, 氨氮平均去除率为34.73%, 总硬度去除率为73.58%。
(3) “三法净水”一体化出水悬浮物较低, 比兰州石化污水处理厂二沉池出水的MLSS低。一体化斜管沉淀池产泥量少, 可以减轻后续污泥处理负荷。
(4) 试验终止, 每吨水电极消耗4g铝。
总体来看, 此次试验过程中, “三法净水”一体化对催化剂总入口进水处理效果显著, 且运行稳定, 试验验证了采用电化学絮凝代替药剂絮凝的可行性, 采用电化学絮凝代替药剂絮凝剂运行成本可大大降低, 仅为药剂絮凝的1/10, 其中一些重要指标, 如悬浮物、浊度去除率都在99%以上, 总硬度的去除率在70%以上, 为后续生化提供了良好的进水水质环境, 也为工程化应用提供了有参考价值的设计参数。
摘要：指出了中国石油兰州石化公司污水处理厂处理催化剂厂排放的生产废水和炼油系统排出的高浓度有机、含硫、含酚废水, 催化剂污水悬浮物高、氨氮含量高, 且含硅铝凝胶, 极易堵塞生化系统填料。利用电化学絮凝技术对催化剂污水进行了处理研究, 即用电絮凝代替药剂絮凝, 与兰州石化污水处理厂现有工艺进行了对比分析并研究了其处理效果、运行成本及应用前景。
关键词：催化剂污水,电化学絮凝技术,应用
参考文献
[1]史建公, 刘志坚, 张敏宏.石油化工催化剂生产废水处理国内技术进展[J].中外能源, 2012, 17 (7) .
[2]刘博, 曾俊峰, 何涛.MBBR工艺处理含硫——催化剂污水的优势分析[J].化学工程与装备, 2013 (5) .
絮凝技术 篇11
摘要：低温等离子体技术是一种高级氧化技术，在环境保护领域有广泛应用。采用针板式DBD低温等离子体反应器，研究放电时间、放电电压、输入总功率、絮凝剂添加顺序对垃圾渗滤液COD的降解规律。研究表明渗滤液的COD降解率分别随放电时间、放电电压、输入总功率的增加而增大，其变化速率开始较快，当超过临界值14 kV、6 h、32.5 W后逐渐变缓。低温等离子体协同絮凝剂对COD的降解效果优于单一的处理方式，先经过等离子体放电再加入絮凝剂的净化效果优于先加入絮凝剂再放电的处理过程，采用絮凝沉淀-低温等离子体-絮凝沉淀的工艺，对垃圾渗滤液COD的降解效果最好。实验COD最大降解率为62.06%。
关键词：低温等离子体；垃圾渗滤液；絮凝剂；化学需氧量
中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：1672-1098（2016）01-0046-04
Abstract：The de-COD rules of landfill leachate were investigated from discharge time， discharge voltage， total power input and flocculant adding order respectively by using needle-plate DBD non-thermal plasma reactor. The results showed that the degradation rate of COD increases with the increasing of discharge time， discharge voltage and total power input. The degradation rate increased rapidly at the beginning of treating process. However， when the critical value 14 kV， 6 h and 32.5 W， reached， the increasing speed of de-COD rate became slow. The degradation effect of cooperative treatment process， i.e. non-thermal plasma with flocculants， is better than single treatment process. Further more， using the treatment process of flocculation - non-thermal plasma - flocculation obtained the best de-COD effect. The maximum degradation rate of COD is 62.06% in the investigation.
Key words：non-thermal plasma；landfill leachate；flocculants；COD
垃圾渗滤液是指垃圾在堆放和填埋过程中，由于发酵和雨水淋溶、 冲刷， 以及地表水和地下水浸泡过滤产生的污水[1-2]。 垃圾渗滤液一般具有成分复杂、 种类繁多等特点[3]，其中有机污染物含有各类芳烃化合物，并且取代基团繁多，无机污染物主要是氨氮和重金属污染[4]；污染物浓度高、变化范围大，垃圾填埋场根据其场龄不同，COD变化范围一般在2 000～62 000 mg/L，BOD5范围60～45 000 mg/L[5]，填埋初期渗滤液的可生化性较好，随着场龄增加BOD5/COD下降，氨氮浓度和重金属浓度上升，可生化性降低[5-6]，某一场龄的垃圾填埋场其渗滤液中污染物浓度还会受降雨量变化影响[7]。
低温等离子体技术是一种高级氧化技术[8]，在环境保护领域有广泛应用[9-10]。等离子体被称为物质的第四态，由电子、正负离子、激发态的原子、分子和自由基等离子组成。低温等离子体技术运用于废水净化，主要是利用体系空间中产生的·OH、臭氧、电子、光子、正负离子、活性基团等，氧化废水中的污染物质[9-10]。絮凝沉降是通过降低或破坏污水中胶体ζ电位，通过电中和、吸附架桥、絮体卷扫等过程，将难沉淀降解物质聚并沉淀的过程。
根据垃圾渗滤液的水质特点，单纯采用低温等离子体处理垃圾渗滤液，要达到出水水质标准需要较长放电时间。为减少电能消耗，在低温等离子体处理过程中引入絮凝沉淀工艺，利用絮凝剂沉淀和吸附作用，快速将有机污染物捕捉分离，提高能量利用率[11]。本实验利用低温等离子体协同絮凝剂，通过改变放电电压、放电时间、输入总功率和絮凝剂添加顺序，探寻低温等离子体协同絮凝剂降解垃圾渗滤液的基本规律。
1实验方法
11实验试剂及装置
实验水样取自安徽省淮南市东部垃圾填埋场垃圾渗滤液，水样取回后用玻璃瓶放置在4℃恒温箱中保存，原水样呈黑色，散发难闻恶臭，COD初始浓度6 880 mg/L。本实验使用重铬酸钾法测定垃圾渗滤液COD。涉及的主要试剂有硫酸银、浓硫酸、重铬酸钾、邻菲啰呤、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、碱式氯化铝（PAC）、去离子水等。
本实验涉及的主要仪器有HCA-100标准COD消解器、79-3型磁力恒温搅拌器、TDGC2接触调压器、P096652C功率放大器、滴定管等玻璃仪器若干。等离子体反应器为自制的针板式介质阻挡放电低温等离子体反应器。反应器为筒状，内径450 mm、 高度100 mm。 上部盖板开有两孔：中心孔用于插入阳极电极铜针， 铜针直径1 mm，下端打磨成针状； 另一孔用于插入冷凝回流管， 避免因放电水温升高而造成水分流失。 反应器底部放置10 mm厚有机玻璃板作为阻挡介质，有机板下面设置铝网作为放电阴极。
12实验过程及方法
220 V交流电经接触调压器、功率放大器后，分别连接至针板式反应器的中心铜针和底部铝网上。水样置于反应器中，反应器上端接冷凝回流管，下部放置磁力搅拌器。整个放电体系的电功率用接触调压器之前的功率表测量，放电电压由高压探头和示波器测量，实验装置如图1所示。
实验前调节铜针针尖与液面距离约8 mm，以保证良好的放电效果。调节磁力搅拌器转速确保搅拌时不会在液面形成明显的漩涡凹面。在放电过程中，阴极和阳极之间的放电空间产生高能电子，同时在放电过程中还会向水体中辐射紫外光与其他活性基团协同降解渗滤液中的有机污染物[12]。COD降解率计算公式为COD降解率=（COD0-CODi）/COD0，其中COD0 和CODi分别为未经处理的原水样和实验测试COD值。
2结果及讨论
21放电时间对COD降解率的影响
取垃圾渗滤液水样50 mL置于等离子体反应器中，放电电压135 kV，连续放电10 h。垃圾渗滤液COD降解率随放电时间变化如图2所示。
放电时间/h
放电30 min后，渗滤液的COD浓度上升了247%；继续放电COD浓度开始下降，1～6 hCOD降解速率最快，COD降解率从131%上升至5523%；6 h之后继续放电，COD降解速率变缓，从5523%上升至6206%。反应初期渗滤液中的大分子有机污染物（例如多环芳烃）在等离子体活性基团作用下开环断键，形成新的可化学氧化的小分子有机污染物，表现为COD上升[13]，所以在初始阶段COD降解率为负值。随后小分子有机物在等离子体作用下不断被氧化分解，COD降解率不断上升。继续放电COD降解率上升速度减弱，放电6h之后曲线趋于平稳，说明渗滤液中可被等离子体降解的有机物含量逐渐减少。
22放电电压对COD降解率的影响
取50 mL垃圾渗滤液于等离子体反应器中，放电电压变化范围99～153 kV，放电时间4h。COD降解率随放电电压变化规律如图3所示。
放电电压/kV
放电电压从99 kV升至153 kV对应的COD降解率从2718%升至4608%。
在相同的处理时间内，COD的降解率随放电电压升高而升高。放电电压较低时，在单位空间内产生等离子体活性基团密度较低，所以单位时间内被活性基团氧化的有机污染物的量较少。随着放电电压升高，单位空间内等离子体密度上升，相同时间内被氧化的有机污染物总量上升，表现为COD降解率升高。从图3中可以发现，放电电压在135 kV之后，COD降解率曲线斜率逐渐下降，说明放电空间的等离子体密度已趋于饱和，继续增大电压COD的降解率上升并不明显，在本实验中13～14 kV是较为理想的放电电压。
23输入功率对COD降解率的影响
反应器放电电压不同系统的电能消耗不同。放电电压变化范围99～153 kV，连续放电4 h，对应的系统总功率与COD降解率变化曲线如图4所示。
总功率/W
由图4可知，在放电时间相同条件下，COD降解率随放电系统总功率增大而上升，但是总功率大于325 W，曲线斜率降低， COD降解率上升幅度不明显。增大功率可提高单位体积内的等离子体密度，但当等离子体密度达到饱和时即使再继续增加功率COD降解变化也基本趋于稳定。
24絮凝剂协同作用对COD降解率的影响
取垃圾渗滤液水样50 mL置于等离子体反应器中，放电电压135 kV，放电时间4h。选取碱式氯化铝（PAC）为絮凝剂，单位体积渗滤液中PAC的投加量为60 mg/L，絮凝剂不同的添加顺序对COD降解率影响如表1和图5所示。
将低温等离子体和絮凝沉淀这两种单一处理方式进行比较，直接添加PAC的去除效果优于低温等离子体放电4h的COD去除效果，并且处理时间更短。在絮凝沉淀过程中，通过电中和、吸附架桥、絮体卷扫等过程，将渗滤液中的有机污染物从液相转移至固相，实现了污染物相间转移，但是并没有将污染物净化。将低温等离子体和PAC进行组合，利用絮凝沉淀和吸附作用，快速将有机污染物捕捉分离，提高体系的净化效率，其处理效果优于单一处理方式。放电前投加絮凝剂，可有效降低等离子体的净化负荷，提高净化效率，对COD的降解效果与单独使用等离子体技术在相同电压下处理5～6 h的效果相当。在放电后投加絮凝剂的效果优于放电前投加絮凝剂的效果，渗滤液中大分子有机污染物被等离子体打碎成小分子有机污染物，更易于被絮凝剂吸附去除[11]。采用絮凝沉淀+低温等离子体+絮凝沉淀的处理方式，其处理效果优于上述单一或组合的处理方式，其处理效果与单独采用等离子体技术在相同电压下处理7～8 h的处理效果相当。
3结论
1） 低温等离子体可以有效降解垃圾渗滤液中的COD。放电初期COD浓度短暂升高，继续放电COD浓度降低。本实验放电电压135 kV条件下，放电6 h后COD降解变缓。
2） 在反应器结构不变情况下，提高放电电压可提高有机污染物降解率。但当等离子体密度饱和后，继续提高放电电压COD降解率变化不明显。
3） COD降解率初始阶段随输入总功率增加而上升，当COD降解率达到最大值后（本实验对应总功率325 W），继续增大总功率COD降解率上升不明显。
4） 低温等离子体协同絮凝作用降解效果优于单一处理方式，可提高净化效率和系统输入电能能量利用率。
参考文献：
[1]郭广慧，陈玉成.城市生活垃圾渗滤液处理技术的研究[J].环境科学与管理，2006，31（1）：138-140.
絮凝技术 篇12
聚合硅酸铝铁(PSAF)是一种新型的无机高分子混凝剂,它同时具有电中和及吸附架桥作用[9]。该混凝剂克服了聚铝矾花生成慢、矾花轻、处理后水样残余铝浓度较高和聚铁残余色度大、稳定性较差的缺点,已成为无机高分子混凝剂研究的一个热点[10]。壳聚糖(CTS) 来源广泛、性能优良、无毒、易于生物降解,可用作吸附剂、絮凝剂,是一种有发展前景的水处理材料。我国蒙脱石资源丰富,而改性蒙脱石具有更好的吸附性能,在水处理领域具有广泛应用前景。
本文以聚合硅酸铝铁、壳聚糖和改性蒙脱石(MM)为主要原料,复合制备出一种新型饮用水絮凝剂(以下简称PCMM)。PCMM能显著降低出水中铝离子的含量,与传统絮凝剂相比,PCMM饮用水絮凝剂具有质优、价廉和环保等三大特点。因此,它在我国自来水处理领域具有重要的推广应用价值。
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
85-2型恒温磁力搅拌器(常州国华电器有限公司),JJ- 4A型六联同步自动升降搅拌机(上海常思工贸有限公司),HACH2100P型便携式浊度仪(美国哈希公司),BS223S型分析天平(北京赛多利斯仪器系统有限公司),FLAN6000型电感耦合等离子体质谱仪(美国PE公司),GFJO4A型高速分散机(上海涂料工业机械厂),pHS-25型酸度计(上海理达仪器厂),FN101-3A型电热鼓风干燥箱(湘潭市三星仪器有限公司),1810-C型石英自动三重纯水蒸馏器(江苏省金坛市康华电子仪器制造厂)。
聚合硅酸铝铁(PSAF,工业一级,南京市化学工业总公司精细化工厂产),壳聚糖(CTS,自制),冰醋酸(分析纯,湖北大学化工厂产),天然蒙脱石(质量分数73%,湖北钟祥产),聚合硫酸铁(PFS,工业一级,南京市化学工业总公司精细化工厂),聚合氯化铝(PAC,工业一级,南京市化学工业总公司精细化工厂),铝的单元素标准溶液(100 mg/L,国家标准物质中心)。
1.2 原水水质
湖北省武汉市汉江水,原水浊度为50～230 NTU,水温为10～40℃,pH为6～8。
1.3 工作液的配制
常温、常压下称取一定量粉状壳聚糖,以冰醋酸和蒸馏水为溶剂,配制质量分数为0.001%的CTS工作液。将按4 mmol AlCl3与1 g天然蒙脱石定量混合配制而成的铝交联剂,滴加入到蒙脱石悬浊液中,在转速为200 r/min的搅拌机上搅拌2 h,静置水解1 d。将此液体状铝交联蒙脱石烘干研细后,便得到铝交联蒙脱石絮凝剂粉末,使用时再与水配制成质量分数为0.5%的工作液。分别将PAFC、PSAF、PAC、PFS与蒸馏水按一定质量比混合搅拌5 min,配制质量分数为0.1%的工作液。
1.4 实验方法
将原水加入JJ- 4A型六联同步自动升降搅拌机的烧杯中,加入适量的絮凝剂,以120 r/min的速度快速搅拌2 min,40 r/min的速度慢速搅拌10 min,静置沉淀25 min后,取距液面2～3 cm处的清液测其浊度及铝离子浓度。采用HACH2100P型便携式浊度仪测定,采用FLAN-6000型电感耦合等离子体质谱仪和铝的单元素标准溶液测定。
2 结果与讨论
2.1 各组分最佳配比的确定
取浊度为200NTU、铝离子质量浓度为0.31 mg/L的原水,快搅速度为120 r/min,慢搅速度为 40 r/min。改变各组分的添加量,做正交实验。正交实验因素水平及实验结果分别见表1、表2所示。
由表1和表2可确定各组分液体的最佳体积比为:V(w=0.1%的PSAF)∶V(w=0.001%的CTS)∶V(w=0.5%的MM)=25∶7∶8。
2.2 处理不同浊度原水时确定PCMM投加量
在20℃中性水质条件下,分别取浊度为50～230NTU不等的原水,在120 r/min快速搅拌2 min,40 r/min慢速搅拌10 min,沉淀25 min等条件下,通过改变PCMM的投加量来确定处理不同浊度原水时PCMM的最佳投加量,结果如图1示。
由图1可知,随原水浊度增大,须相应增加PCMM的投加量,才能达到降低原水浊度的目的。原水浊度较小时,对不同浊度原水,PCMM都有相应的最佳投加量,PCMM投加量过低或者过高,都会导致浊度去除率的降低。因为过量PCMM会对出水的透明度造成负面影响,增加出水中悬浮物的浓度。
2.3 pH值的影响
在不同酸碱度条件下,投加不同量的PCMM对浊度去除率的影响,结果如图2所示。
2.4 温度对浊度去除率的影响
絮凝剂投加量为8.4 mL/L,pH为7,温度对浊度去除率的影响如图3所示。
从图3可知,原水温度在10～40℃之间变化时,随温度升高,浊度去除率降低,但都不低于80%;铝离子去除率也降低,但也都不低于50%。
2.5 与其他絮凝剂效果对比
用PCMM、PAFC、PAC、PFS分别处理相同水质的原水。不同絮凝剂下沉降速度的结果表明,投加PCMM产生的絮体较粗大,形成速度快且矾花密实,沉降速度快。这说明PCMM吸附架桥作用得到了进一步改善,见图4所示。
2.6 PCMM复合絮凝机理探讨
PSAF中的聚铁、铝离子中起架桥作用的OH与硅氧基团之间进一步形成氢键,在原有的链状结构中还会生成支链。由于硅聚合体、桥联聚合体和多种铝、铁离子水解体等多种动态反应平衡的存在环状大分子端与氢氧根之间络合作用,使PSAF具有优良的除浊效果。
壳聚糖因其线性分子链上含有多个羟基(OH)和氨基(NH2),易与水中H+合成阳离子聚电解质,在水中主要发生鳌合、电中和及吸附架桥作用。鳌合作用主要去除含有空d轨道的金属离子,电中和作用用于去除有机污染物中COD、SS,吸附架桥作用有助于提高无机/有机复合絮凝剂的整体吸附性能。
天然蒙脱石经钠化并加入铝交联剂后,使其层间域中引入聚合交联柱并取代了原先存在的可交换阳离子,从而导致蒙脱石的混层结构转变为层柱状二维分子筛型结构,使其粒径变得更小,比表面得更大,层间域进一步开放撑大,使其吸附范围进一步扩大,吸附性能更好[11]。所以,改性后的蒙脱石较天然蒙脱石的吸附效果更好。
PCMM中起主要吸附作用的MM与主要起架桥作用的CTS与主要起电中和作用的PSAF复合使用,可起到“协同增效、优势互补”的作用,从而使PCMM整体絮凝吸附性能大大提高。
作为絮凝剂本身,PCMM的含铝量要远远低于聚合氯化铝。而且壳聚糖和改性蒙脱石都对水中的铝离子等金属离子都具有较好的吸附、鳌合作用,因此PCMM的 “低铝”特性使其在水处理过程中较传统絮凝剂的二次污染大大减少。
3 结论
本文研究的新型复合絮凝剂PCMM,以聚合硅酸铝铁(PSAF)、壳聚糖(CTS)和改性蒙脱石(MM)为主要组分,其体积配比为V(w=0.1%的PSAF)∶V(w=0.001%的CTS)∶V(w=0.5%的MM)=25∶7∶8。浊度去除率可达到99%以上,铝离子去除率可达到70.7%。PCMM产生的絮体较粗大、形成速度快且矾花密实、沉降速度快。随温度升高,浊度去除率降低且铝离子去除率也降低,但总体去除率仍然较高。PCMM具有的“低铝环保”特性,它在自来水处理过程中具有重要的推广应用价值。
参考文献
[1]李芳蓉,贾如琰,何玉凤.水处理絮凝剂的应用现状及发展趋势[J].甘肃科技,2007,10(44):155-158.
[2]Goldstein,Jerome.Sustainable water supplies withwaste terreeyeling[J].Bioeyele,2006,47(1):24.
[3]Zhang Qi,Zhou Jingping.Toxicity variation of organicextracts in drinking water from two kinds of source wa-ters[J].Journal of Southeast University,2007,37(10):148-152.
[4]田文辉.饮用水安全保障技术原理[M].北京:科学出版社,2007.
[5]高秀清.水中残留铝对水质的影响及其检测的必要性[J].环境与健康杂志,2000,22(11):381-383.
[6]杨文友,张玉萍,王汝毅,等.铝害与动植物性食品安全[J].中国环境卫生检疫杂志,2007,(5):15-22.
[7]胡克武,曾锦明,冯兆敏.聚合氯化铝去除水中的铝离子[J].中国给水排水,2002,18(12):75-76.
[8]杨晓霞,华涛,周启星,等.水处理复合絮凝剂的研究及应用进展[J].水处理技术,2007,12(3):11-16.
[9]Wang D S,Tang X H.Quantitative model of coagula-tion with inorganic polymer flocculants PAC:applica-tion of the PCNM[J].Journal of Environmental Engi-neering,2006,32(5):434-441.
[10]Zeng D F,Wu J J,Kennedy J F.Application of a ch-itosan flocculants to water treatment[J].CarbohydratePolymers,2008,71(1):135-139.