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污水处理方法——化学处理之混凝剂

新闻来源:喷漆废水处理专家   发布时间:2014-11-07 14:58  点击:
     人类对纯净水的追求十分久远,早在公元前2000多年的梵语文学作品Sus'ruta Samhita中诮关于获得纯净水的描述:“通过用火加热的方式、或者在太阳下曝晒、或者将加热的铁浸入水中的方法可以使不干净姝水得到净化”,“可以使用水流经砂砾层的方法使水得到净化”。在最早的希伯来语圣经《旧约》“出埃及”一章中有这样的记载:“摩西与以色列人来到March,他们发现这里的水苦涩,上帝就指引给摩西一棵对,让他把树投到水中,于是水就变甜了”。根据圣经“列王纪”记载:“Jericho的居民告诉Elisha,Jericho是一个非常适合居住的好地方,只是这里的水不能饮用,于是Elisha来到城中的泉水旁,将盐撒到泉水中,从此泉水一直到今天都是甜的”。约3000年以前,Elisha帮助Jericho的人民清洁他们的水。这是关于水处理的最早记录。Elisha使用的盐最可能是明矾。明矾是以硫酸铝为主的盐,它还含有其他的阳离子,例如钠、钾、铵等,起净化作用的离子是铝离子。到目前为止,铝盐和铁盐仍然是现在水处理最常用的混凝剂。因此,我们称Elisha为化学水处理之父。在此后很长一段时间内,这一技术被人遗弃。1685年,意大利医生Lucas Antonius Portius在士兵手册中介绍了一种多级过滤的方法。通过串联两组过滤装置,每组由一个向下流和一个向上流的过滤器组成。过滤后可以得到清洁的水。1703年,巴黎科学家La Hire提出了过滤雨水得到洁净水的方法。1804年,世界上第一座公共水质净化厂在苏格兰的Paisley建成。18世纪后期,随工业革命和城市化进程,水的卫生问题随之而来,尽管供水水质是不错的,但是多数水处理厂仍然采用慢速砂滤工艺,导致供水系统占据越来越多的土地,而且无法满足人们的用水需要。因此,随着城市的迅速扩大和水质的恶化,人们不得不对原水进行预处理,以消除水体中的悬浮物和细菌,防止水传播疾病,同时为了加快过滤速度,人们又开始使用明矾和硫酸铝。
    污水处理始于19世纪末。起初仅仅是处理工业污水,这些高浓度的污水通过机械方法得到处理,但有时也用化学方法处理。在英格兰,人们发现污水流经石床后变得更干净。这一发现成为生物处理的原形,用于污水处理。1914年,一种新的水处理方法申请了美国专利,却给污水充气并从随后的沉淀池中回流污泥,该专利可更有效地去除生化需氧量(Biochemical Oxygen Demand,简称BOD)。从此,活性污泥处理工艺过程进入了水处理市场。20世纪50年代,高分子絮凝剂开始发展起来。最初是在工业过程中应用,如用于浓缩矿物泥浆。60年代,环境问题开始成为一个社会问题,阴离子和非离子的絮凝剂开始用于废水处理。到了70年代,阳离子高分子絮凝剂作为脱水剂大量用于处理废水,如生活污水和人类排泄物。
   目前世界上所采用的水处理技术已得到了充分的研究。现在,水处理技术的发展集中在如何有效地利用这些技术。
   第一个城市污水处理厂仅仅采用机械处理或初级处理(见图1-1)。它去除了颗粒物,但其他物质去除的较少。随着城市化程度的增加,污水处理能力和处理技术也不断提高。
废水处理的基本流程(去除悬浮性物质)
     首先要去除BOD,BOD将导致受纳水体缺氧,因此必须去除。下一步是用生物处理法对初级处理后的水进行二级处理(见图1-2)。受纳水体的水质得到改善,但是仍然不够好,还必须除去磷。
去除可溶性有机物(COD和BOD)的方法
     三级处理是化学处理,即用铝盐或铁盐来沉淀磷(见图1-3)。这样可以结合机械处理,生物处理和化学处理对废水进行深度处理。现在很多污水处理厂往往采用多种组合工艺。我们可以根据去除污染物的程度对处理工艺下个定义。
去除可溶性有机物+悬浮物处理(COD,BOD和SS)的方法
    初级处理:主要去除悬浮固体的过程。
    二级处理:去除悬浮固体和BOD的过程。
    三级处理:去除悬浮固体、BOD和磷的过程。
    三级加强:处理另处去除氮。
    混凝剂是一种可用来有效分离引起水污染的细小悬浮颗粒的化学药剂。混凝的目的是去除直径在10-7——10-9m范围内的胶体物质。胶体表面一般带有负电荷,相互排斥,呈现出布朗运动的特征,形成稳定的悬浮液。如果加入胶体或者带有正电荷的物质,可以中和胶体表面电荷,物理吸附力(The Van der Waals force)可以超过上述排斥力,从而引发胶体物质的凝聚。在混凝过程中一般采用Zeta电位作为衡量胶体间静电排斥力的指数。一般胶体的Zeta电位在-30——+30m V范围内,发生凝聚的范围为-10——+10m V。对于不易从水中分离的细小颗粒,可通过混凝使它们变为易于分离的絮体,从而从水中分离出来。
    混凝过程使用的药剂大体上可分为无机混凝剂和有机离分子絮凝剂。使用无机混凝剂的历史可追溯到古埃及,那时人们使用铝盐(用硫酸铝,碱金属等制备的复盐)来处理饮用水。即使在今天,铝盐仍然是一种常见的无机混凝剂。今天化学处理在给水处理中是一个非常重要的单元。混凝剂的主要品种仍然是铁盐和铝盐。
    随着全球染污的加剧,混凝已经不是简单去除胶体物质,我们现在面临的挑战还包括去除水体中痕量的污染物。现在国家饮用水标准要求检测的指示已经达到95种,美国给水排水协会的饮用水标准要求检测350多项指标。实际上这是远远不够的。现在已经确定结构的化合物超过1000万种,商业化生产的产品有几万种,而且这些物质绝大多数都是人工合成化合物。在合成过程中,尤其是合成有机物的过程中,即使原料到产品的转化率高达99%,1%的副产物中可以鉴定结构的物质也寥寥无几,例如煤焦油的分离过程,很多副产物以固体、液体或气体的形式进入环境。进入水体的物质多数以真溶液式存在,采用常规混凝的方法往往是无法去除这些物质的。
为了适应这种形势,现在很多研究人员都在积极研究开发复合型混凝剂或絮凝剂,在这方面国内的研究相当活跃。近几年国外已经开始吸附型混凝剂的研究,例如在混凝剂中加入超微粉吸附剂,如粉末活性炭、硅藻土、活性黏土等。这样吸附剂可以与混凝剂协同作用,达到去除胶体和分子分散状态物质的目的。针对微污染的特点,现在开发和使用的吸附剂,包括一些络合型吸附剂,例如去除重金属的硫代磺酸盐及其聚合物。


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