強(qiáng)化混凝在其他工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用國(guó)內(nèi)常有報(bào)道。姚文娟等[19]研究表明,PAC、殼聚糖、膨潤(rùn)土和PAM等絮凝劑對(duì)酒精槽的離心廢液有較好的絮凝效果,SS去除率為86.57%~89.62%,CODCr去除率為58.2%~59.2%;相波等[20]用Na2S、FeCl3、PAM復(fù)配對(duì)銅酞菁廢水預(yù)處理,聯(lián)合缺氧-好氧生物接觸氧化工藝,取得良好的效果,各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。吳敦虎等[21]研究表明,用聚合氯化硫酸鋁和聚合氯化硫酸鋁鐵混凝劑處理COD為1000~4000 mg/L的制藥廢水,去除率達(dá)80%.
與生活污水的強(qiáng)化混凝技術(shù)相比,工業(yè)廢水的強(qiáng)化混凝技術(shù)研究更注重于針對(duì)不同種類廢水或污染物,開發(fā)處理效果更佳的新型混凝劑或含有新型混凝劑的復(fù)配混凝劑,以及強(qiáng)化混凝與其他工藝的聯(lián)合使用,而對(duì)經(jīng)濟(jì)方面的要求相對(duì)較寬松。這是由于一些工業(yè)廢水含有有毒有害物質(zhì)不能直接進(jìn)行生物處理的原因。因此,研究更多更有效的新型混凝劑將推動(dòng)強(qiáng)化混凝技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用,也是治理工業(yè)廢水污染的有效方法之一。
1.3 在污染地表水處理中的試驗(yàn)
近幾年,強(qiáng)化混凝在污染地表水處理中的應(yīng)用漸漸受到關(guān)注。中科院王曙光等[22]采用聚合氯化鐵(PFC)為混凝劑,對(duì)深圳市的龍崗河、觀蘭河、燕川河、大茅河水體進(jìn)行了強(qiáng)化混凝處理的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,當(dāng)PFC投加量為50 mg/L時(shí),觀蘭河(原水CODCr=48.0 mg/L)的CODCr去除率達(dá)70%以上,濁度去除率達(dá)91%,TP的去除率達(dá)到95%,TN的去除率達(dá)41%;大茅河(原水CODCr=84.0mg/L)的CODCr去除率達(dá)到50%以上,濁度去除率達(dá)78%,TP的去除率達(dá)96.5%,TN的去除率達(dá)41.6%,對(duì)重金屬也有一定的去除效果。處理后水質(zhì)達(dá)到或接近地面水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
孫從軍等[23]以多種混凝劑,對(duì)數(shù)條嚴(yán)重污染的蘇州河支流水體進(jìn)行強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn)室研究。結(jié)果表明,硅藻土較為有效,在投藥量為200 mg/L的條件下,CODCr去除率為43%~59%,P去除率為92%~100%,但NH3-N幾乎沒有去除。
Cheng Wenpo等[24]用Al2(SO4)3、PAC、FeCl3和 PFS等混凝劑處理水庫(kù)水。結(jié)果表明,PFS比 FeCl3有更好的溶解性有機(jī)物(DOC)去除率和更少的鐵殘留;Al2(SO4)3對(duì)濁度、色度和細(xì)菌的去除效果,但是對(duì)DOC的去除效果不夠理想;當(dāng)PFS和Al2(SO4)3聯(lián)合使用時(shí),處理效果,DOC、濁度、色度都能得到很好的去除。
污染地表水是介于污水和清潔地表水之間的那部分水,特別是小型封閉水體,包括污染的城市景觀水體。這部分水體的治理,是強(qiáng)化混凝技術(shù)應(yīng)用的新領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)已開始研究。由于其污染物濃度較小,相對(duì)去除率較低,但是磷的去除相當(dāng)可觀,能有效防治水體的富營(yíng)養(yǎng)化,具有廣闊的應(yīng)用前景。通??梢圆扇〗ㄔ鞓?gòu)筑物或直接投撒的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)污染水體的強(qiáng)化混凝處理。上海佛欣河道公司應(yīng)用投撒混凝劑來(lái)壓制藻類的泛濫取得較好的效果。但是,某些混凝劑的安全性令人擔(dān)憂,特別是一些新型高效混凝劑和生物混凝劑的應(yīng)用,在考慮到其處理效果和處理成本的同時(shí),更應(yīng)考慮其安全性。
2 強(qiáng)化混凝技術(shù)研究新進(jìn)展
2.1 混凝劑研究新進(jìn)展
2.1.1 無(wú)機(jī)高分子混凝劑
無(wú)機(jī)高分子混凝劑(Inorganic Polymer Flocculant,IPF)以其投藥量少、無(wú)毒或低毒、價(jià)廉和處理效果好等優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越受到人們的重視,逐漸成為給水、工業(yè)廢水和城市污水處理的主流混凝劑[25],被稱為第二代混凝劑。目前應(yīng)用比較多的還是聚鋁、聚鐵兩大系列,如PAC、PAFC等,但是新型的聚硅、聚磷和聚硫也不斷面世,并顯現(xiàn)出不凡的混凝效果,如聚硅酸鋁、聚磷酸鐵等。因此,無(wú)機(jī)高分子混凝劑呈現(xiàn)多品種、多組份和多功能的發(fā)展趨勢(shì),但品種繁多,產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定。在今后的研究應(yīng)用中,應(yīng)優(yōu)化混凝劑的制備工藝,改進(jìn)產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性,同時(shí)根據(jù)特定的水質(zhì)成分開發(fā)相應(yīng)的混凝劑品種和配方,并結(jié)合高效混合反應(yīng)器和智能化投藥監(jiān)控技術(shù),進(jìn)一步提高混凝效果。
2.1.2 有機(jī)高分子絮凝劑
有機(jī)高分子混凝劑主要是通過(guò)其鏈狀分子的吸附-架橋而起作用,它的應(yīng)用能有效提高絮體顆粒尺寸,絮體顆粒直徑要比單一投加PAC形成的顆粒直徑大3~5倍[26],所以在強(qiáng)化混凝中得到廣泛應(yīng)用。
有機(jī)高分子絮凝劑可分為天然和合成兩大類。合成有機(jī)高分子絮凝劑由于分子量大,分子鏈官能團(tuán)多的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在市場(chǎng)上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),其中以聚丙烯酰胺系列最為廣泛,由于其殘留單體具有毒性,限制了其在某些水處理領(lǐng)域的發(fā)展。天然有機(jī)高分子絮凝劑由于原料來(lái)源廣泛,價(jià)格低廉,無(wú)毒,易于生物降解等特點(diǎn)顯示了良好的應(yīng)用前景,但由于其電荷密度小,分子量較低,且易發(fā)生生物反應(yīng)而失去絮凝活性,使其用量遠(yuǎn)小于有機(jī)合成高分子絮凝劑。經(jīng)過(guò)改性的天然高分子絮凝劑能克服以上缺點(diǎn),特別受到關(guān)注。其中,淀粉改性絮凝劑的研究開發(fā)尤為引人注目[27].因此,研究和開發(fā)高效、安全、可生物降解的有機(jī)高分子絮凝劑是今后的發(fā)展方向。
2.1.3 其他混凝劑
除無(wú)機(jī)高分子混凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑兩種主流混凝劑外,微生物絮凝劑(Microbial Flocculants MBF)近年來(lái)受到研究者極大關(guān)注[28].它是利用生物技術(shù),從微生物體或其分泌物中提取、純化而獲得的一種安全、高效,且能自然降解的新型水處理絮凝劑[29].MBF可以克服無(wú)機(jī)高分子和合成有機(jī)高分子絮凝劑本身固有的安全與環(huán)境污染方面的缺陷,易于生物降解,無(wú)二次污染。目前,已應(yīng)用于紙漿廢水、染料廢水處理及污泥脫水、發(fā)酵菌體去除等領(lǐng)域,取得了良好的絮凝效果[30].但是,目前國(guó)內(nèi)的研究多限于對(duì)其在實(shí)際應(yīng)用中的研究,而對(duì)其作用機(jī)理等基礎(chǔ)性研究較少,有待進(jìn)一步加強(qiáng)。余榮升等[31]指出,由于生物技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對(duì)微生物細(xì)胞基因的認(rèn)識(shí)和控制也越來(lái)越自如,即可根據(jù)不同的廢水水質(zhì)研制出具有針對(duì)性的高效MBF,這樣不僅可大大降低絮凝劑的投加量,還可以降低處理成本。
與生活污水的強(qiáng)化混凝技術(shù)相比,工業(yè)廢水的強(qiáng)化混凝技術(shù)研究更注重于針對(duì)不同種類廢水或污染物,開發(fā)處理效果更佳的新型混凝劑或含有新型混凝劑的復(fù)配混凝劑,以及強(qiáng)化混凝與其他工藝的聯(lián)合使用,而對(duì)經(jīng)濟(jì)方面的要求相對(duì)較寬松。這是由于一些工業(yè)廢水含有有毒有害物質(zhì)不能直接進(jìn)行生物處理的原因。因此,研究更多更有效的新型混凝劑將推動(dòng)強(qiáng)化混凝技術(shù)在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用,也是治理工業(yè)廢水污染的有效方法之一。
1.3 在污染地表水處理中的試驗(yàn)
近幾年,強(qiáng)化混凝在污染地表水處理中的應(yīng)用漸漸受到關(guān)注。中科院王曙光等[22]采用聚合氯化鐵(PFC)為混凝劑,對(duì)深圳市的龍崗河、觀蘭河、燕川河、大茅河水體進(jìn)行了強(qiáng)化混凝處理的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明,當(dāng)PFC投加量為50 mg/L時(shí),觀蘭河(原水CODCr=48.0 mg/L)的CODCr去除率達(dá)70%以上,濁度去除率達(dá)91%,TP的去除率達(dá)到95%,TN的去除率達(dá)41%;大茅河(原水CODCr=84.0mg/L)的CODCr去除率達(dá)到50%以上,濁度去除率達(dá)78%,TP的去除率達(dá)96.5%,TN的去除率達(dá)41.6%,對(duì)重金屬也有一定的去除效果。處理后水質(zhì)達(dá)到或接近地面水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
孫從軍等[23]以多種混凝劑,對(duì)數(shù)條嚴(yán)重污染的蘇州河支流水體進(jìn)行強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn)室研究。結(jié)果表明,硅藻土較為有效,在投藥量為200 mg/L的條件下,CODCr去除率為43%~59%,P去除率為92%~100%,但NH3-N幾乎沒有去除。
Cheng Wenpo等[24]用Al2(SO4)3、PAC、FeCl3和 PFS等混凝劑處理水庫(kù)水。結(jié)果表明,PFS比 FeCl3有更好的溶解性有機(jī)物(DOC)去除率和更少的鐵殘留;Al2(SO4)3對(duì)濁度、色度和細(xì)菌的去除效果,但是對(duì)DOC的去除效果不夠理想;當(dāng)PFS和Al2(SO4)3聯(lián)合使用時(shí),處理效果,DOC、濁度、色度都能得到很好的去除。
污染地表水是介于污水和清潔地表水之間的那部分水,特別是小型封閉水體,包括污染的城市景觀水體。這部分水體的治理,是強(qiáng)化混凝技術(shù)應(yīng)用的新領(lǐng)域,國(guó)內(nèi)已開始研究。由于其污染物濃度較小,相對(duì)去除率較低,但是磷的去除相當(dāng)可觀,能有效防治水體的富營(yíng)養(yǎng)化,具有廣闊的應(yīng)用前景。通??梢圆扇〗ㄔ鞓?gòu)筑物或直接投撒的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)污染水體的強(qiáng)化混凝處理。上海佛欣河道公司應(yīng)用投撒混凝劑來(lái)壓制藻類的泛濫取得較好的效果。但是,某些混凝劑的安全性令人擔(dān)憂,特別是一些新型高效混凝劑和生物混凝劑的應(yīng)用,在考慮到其處理效果和處理成本的同時(shí),更應(yīng)考慮其安全性。
2 強(qiáng)化混凝技術(shù)研究新進(jìn)展
2.1 混凝劑研究新進(jìn)展
2.1.1 無(wú)機(jī)高分子混凝劑
無(wú)機(jī)高分子混凝劑(Inorganic Polymer Flocculant,IPF)以其投藥量少、無(wú)毒或低毒、價(jià)廉和處理效果好等優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越受到人們的重視,逐漸成為給水、工業(yè)廢水和城市污水處理的主流混凝劑[25],被稱為第二代混凝劑。目前應(yīng)用比較多的還是聚鋁、聚鐵兩大系列,如PAC、PAFC等,但是新型的聚硅、聚磷和聚硫也不斷面世,并顯現(xiàn)出不凡的混凝效果,如聚硅酸鋁、聚磷酸鐵等。因此,無(wú)機(jī)高分子混凝劑呈現(xiàn)多品種、多組份和多功能的發(fā)展趨勢(shì),但品種繁多,產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定。在今后的研究應(yīng)用中,應(yīng)優(yōu)化混凝劑的制備工藝,改進(jìn)產(chǎn)品的性能和穩(wěn)定性,同時(shí)根據(jù)特定的水質(zhì)成分開發(fā)相應(yīng)的混凝劑品種和配方,并結(jié)合高效混合反應(yīng)器和智能化投藥監(jiān)控技術(shù),進(jìn)一步提高混凝效果。
2.1.2 有機(jī)高分子絮凝劑
有機(jī)高分子混凝劑主要是通過(guò)其鏈狀分子的吸附-架橋而起作用,它的應(yīng)用能有效提高絮體顆粒尺寸,絮體顆粒直徑要比單一投加PAC形成的顆粒直徑大3~5倍[26],所以在強(qiáng)化混凝中得到廣泛應(yīng)用。
有機(jī)高分子絮凝劑可分為天然和合成兩大類。合成有機(jī)高分子絮凝劑由于分子量大,分子鏈官能團(tuán)多的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在市場(chǎng)上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),其中以聚丙烯酰胺系列最為廣泛,由于其殘留單體具有毒性,限制了其在某些水處理領(lǐng)域的發(fā)展。天然有機(jī)高分子絮凝劑由于原料來(lái)源廣泛,價(jià)格低廉,無(wú)毒,易于生物降解等特點(diǎn)顯示了良好的應(yīng)用前景,但由于其電荷密度小,分子量較低,且易發(fā)生生物反應(yīng)而失去絮凝活性,使其用量遠(yuǎn)小于有機(jī)合成高分子絮凝劑。經(jīng)過(guò)改性的天然高分子絮凝劑能克服以上缺點(diǎn),特別受到關(guān)注。其中,淀粉改性絮凝劑的研究開發(fā)尤為引人注目[27].因此,研究和開發(fā)高效、安全、可生物降解的有機(jī)高分子絮凝劑是今后的發(fā)展方向。
2.1.3 其他混凝劑
除無(wú)機(jī)高分子混凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑兩種主流混凝劑外,微生物絮凝劑(Microbial Flocculants MBF)近年來(lái)受到研究者極大關(guān)注[28].它是利用生物技術(shù),從微生物體或其分泌物中提取、純化而獲得的一種安全、高效,且能自然降解的新型水處理絮凝劑[29].MBF可以克服無(wú)機(jī)高分子和合成有機(jī)高分子絮凝劑本身固有的安全與環(huán)境污染方面的缺陷,易于生物降解,無(wú)二次污染。目前,已應(yīng)用于紙漿廢水、染料廢水處理及污泥脫水、發(fā)酵菌體去除等領(lǐng)域,取得了良好的絮凝效果[30].但是,目前國(guó)內(nèi)的研究多限于對(duì)其在實(shí)際應(yīng)用中的研究,而對(duì)其作用機(jī)理等基礎(chǔ)性研究較少,有待進(jìn)一步加強(qiáng)。余榮升等[31]指出,由于生物技術(shù)的飛速發(fā)展,人們對(duì)微生物細(xì)胞基因的認(rèn)識(shí)和控制也越來(lái)越自如,即可根據(jù)不同的廢水水質(zhì)研制出具有針對(duì)性的高效MBF,這樣不僅可大大降低絮凝劑的投加量,還可以降低處理成本。