有机混凝剂在水处理和废水处理中的应用

摘要

混凝是大多数常规水处理和废水处理厂中的一种重要机制。这发生在物理净化装置中，包括传输过程和添加用于化学反应的混凝剂、电荷中和，以及形成更小的絮体，以聚集到较大的絮体中。这加强了下游工艺对顽固污染物的有效去除。然而，废水处理不当可能对生物多样性和环境造成严重的负面影响。本章通过对有机混凝剂的效率评价，探讨水、废水资源理化处理过程中混凝的影响因素和机理，来解决无机混凝剂使用的局限性。研究了pH值、混凝剂种类和投加量对高污泥产量和剩余金属排入下游水体的影响。提出了有机混凝剂的出现及降低废水处理残渣矿物混凝剂性能和回收率的技术。

介绍

淡水供应自然资源的恶化与全球社会经济增长和活动的增加有关，而全球社会经济增长和活动的增加产生了高污染物废水。由于废水污染的危害，水相关技术和材料的开发已成为大多数废水工业的优先事项。在众多的净化方法中，将混凝与过滤，沉淀或浮选相结合是水和废水环境中水质至关重要的预处理技术。但是，进水水质的变化和缺乏优化的处理设施，导致处理效率随着生产成本的增加而降低。化学净化过程，即混凝，尽管在废水环境中是必不可少的，但由于所涉及的化学使用成本，有时被认为是一项昂贵的技术，这一方法涉及到使用混凝剂沉淀可溶性金属离子。随后，金属基混凝剂（铝和铁）的长期应用引起了人们对产生污泥和重金属残留物的关注，这些物质对生态系统具有潜在的毒性。这导致大多数废水不符合环境保护部门关于调节污水厂质量的严格标准。

在典型的污水处理厂，通常采用无机和有机高分子添加剂的混合作为混凝技术。这是为了加速通过沉淀或浮选技术将要从水中分离的加权颗粒的团聚和聚结。然而，炼油厂、食品和农业加工行业的工业废水中，大部分含有有机物、悬浮和乳化油和油脂，它们倾向于漂浮而不是沉淀。同时，为了增强对污水的脱水和包括除磷在内的污水的深度处理，聚合物的利用也成为一种非常普遍的做法。虽然混凝剂及其衍生物在废水处理环境中资源丰富，但从其理化性质上可能会改变废水的特性。此外，与处理废水中的大量污泥和金属的处理有关的问题，例如在氢氧化物沉淀应用中，需要一种技术从污泥中回收有价值或有毒金属。为此，Donnan膜技术要求比其他技术操作压力低，是废水处理装置中的现场测试技术之一。然而，膜的成本是其中一个阻碍。

由于无机基混凝剂的某些局限性被提到，本研究重点研究了天然和复合无机有机聚合物的选择，以尽可能地提高废水处理性能。因此，评价有机聚合物作为水和废水处理混凝剂的效率，为化学净化工艺提供金属盐替代方案。本文在有效性的基础上，探讨了有机高分子混凝剂与金属基盐混凝剂在现有常规处理方法中的应用。此外，还应确定影响化学净化过程的一些操作条件。

化学净化工艺

铁、铝金属盐的化学处理作为有效去除颗粒物和有机物的主要处理方法，在许多废水处理行业得到了广泛的应用。废水和饮用水的典型化学处理工艺，通常包括混凝、絮凝和沉淀或浮选。混凝是促进悬浮物聚集的一种不可缺少的机制，悬浮物主要负责去除浊度、颜色、味道和气味。絮凝作用有助于凝聚的颗粒形成较大的絮体，从而加速重力沉降或浮选过程以去除污染物。悬浮液中絮体的自发形成称为絮凝。这通常适用于水净化和污水处理。阳离子聚电解质已成为有效的絮凝剂。它们的低电荷密度使得表面电荷不会反转，因此不容易引起不稳定。

此外，颗粒的凝聚形成大而稳定的絮体涉及混凝剂和通常通过罐试验监测的废水的混合。然而，有几种混凝剂在处理饮用水或废水方面表现出不同的潜在应用。由于排放未经处理的废水会产生有害影响，因此必须建立和优化净化系统。理想情况下，所需的合适操作条件取决于废水和混凝剂的特性。

化学处理工艺类型

混凝沉淀

混凝、絮凝和沉淀过程在水和废水处理中至关重要。大多数化学水处理工艺的第一阶段是混凝，其性能取决于混凝剂浓度和水化学性质。从本质上讲，颗粒的聚集有四种凝聚机制，即（1）双层压缩(2） 清扫絮凝(3） 吸附和电荷中和；吸附和粒子间架桥。这涉及到胶体和添加的混凝剂之间的反应，以破坏和中和颗粒中的电荷，而絮凝作用促进了胶体悬浮液中凝聚的絮体。

混凝剂的加入会产生分散的小颗粒，这些小颗粒聚集在一起形成更大、更稳定的颗粒絮体。这样一来，絮体就会比水重，而水会沉淀下来并被清除。这样可去除约90%的悬浮物。此外，凝固步骤取决于时间和搅拌条件，通过沉淀可以消除凝聚成较大絮体的颗粒。

混凝浮选

传统上，浮选是一种浓缩过程，其中选择性疏水材料通过重力分离过程从亲水材料中分离出来。在一个典型的浮选过程中，凝结的颗粒附着在气泡上，使表观密度降低到低于水的密度，从而使絮体浮到表面。引起分离阶段的变化取决于四种机制，如（1）气泡的产生，（2）气泡与颗粒之间的接触，（3）气泡附着在颗粒上，以及（4）组合气泡-颗粒的上升。

混凝剂的加入会增强气泡和有机物，形成坚固的絮凝物，可以抵抗浮选区的破裂。然而，这一过程在某种程度上是复杂的，因为它需要通过气泡附着的方式进行流体力学和表面化学相互作用，气泡是由释放到浮选区的压缩空气产生的。因此，为了获得良好的性能，研究表明混凝化学对浮选性能有很大的影响，因此混凝剂和有机物之间的化学反应会形成较大的油絮体，而浮选过程有利于分离。这使得凝结的絮体以污泥的形式漂浮在表面，而清水则以处理水的形式移动到浮选槽的底部，进入下水道。

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