处理煤泥水常用的絮凝剂的作用机理及其应用介绍

　　3.2.1种类

　　无机絮凝剂很少单独使用，往往作为助絮凝剂与高分子类絮凝剂联合使用。常见的无机凝聚剂有很多种， 如石灰、硫酸铝、氯化钠、无水氯化钙、三氯化铁、碱式氯化铝等。

　　3.2.2絮凝机理

　　目前，国内处理煤泥水采用的絮凝剂主要是铝盐， 铁盐和含Ca2+的无机盐与聚丙烯酰胺（PAM）联合使用。当把含铝、铁、钙离子的无机盐加入到带负电荷的煤泥水胶态中时，溶液中正离子浓度增加。根据DLVO理论，扩散层中反离子浓度增加，在反离子静电斥力作用下，迫使扩散层中正离子挤进吸附层里去，于是ξ负电位被消除，胶体电荷被中和，胶体周围水化膜被减弱。从而，促进煤泥颗粒凝聚。

　　3.2.3应用情况

　　柳迎红等36采用投加FeSO4·7H2O和PAM两种絮凝剂，三点加药方式，即先投加PAM,再投加FeSO4·7H2O ,最后投加PAM,使阜新清河门矿煤泥水从10 g/L降至0. 268 g/L ,实现洗水闭路循环。

　　铁法地区成煤时间短，煤质松软，成分复杂。李亚峰等37发现Ca2+能使这种特殊煤泥水ξ负电位降低，提出用石灰加PAM,CaCl2加PAM,电石渣加PAM处理这种高浓度煤泥水，效果良好。

　　聚氧硫酸根合高铁38是以硫酸亚铁为原料，通过固相化学反应方法研制而成的新型铁系无机高分子净水剂。它溶于水后，生成聚铁阳离子，阳离子带有正电荷，能有效降低煤泥水颗粒表面的ξ电位，同时吸附带负电的泥质颗粒，破坏悬浮液稳定性。它和PAM联合使用，使颗粒凝聚，沉降迅速。处理后水质较清，透光率83 %。

　　聚硅金属盐絮凝剂是一种无机高分子絮凝剂。它是由活性硅酸和金属盐复合而成。因此，它既有硅酸分子量高，吸附架桥能力强的特点，又具有较强的电中和能力。宋永会等39用聚硅硫酸铁（PFSS）处理肥城矿务局杨庄煤矿废水，除浊效果好，只需加入20mg/L ,就可使煤泥水浊度从580度降至10度以下。含铝离子的聚硅酸复合混凝剂（APSA）对煤泥水同样有良好处理效果，当投加量为8mg/L时，浊度从24度降至5.8度。再投加PAM可使矾花大而紧密，沉降速度加快。

　　聚合氯化铝铁絮凝剂（ PAFC）是一种新型无机高分子絮凝剂。该絮凝剂既具有聚合铝盐碱基度高，对原水适应性强的特点，又具有聚合铁分子量大，絮体沉降快的优点。当煤泥水中加入PAFC絮凝剂后，PAFC中高电荷的铝铁多核络合物充分发挥中和作用，是带负电荷的煤泥胶体相互凝结成更大的胶团。由于PAFC分子量高，该絮凝剂的水解产物对脱稳的煤泥胶团和氢氧化铁微絮体具有良好的粘接架桥和网铺卷扫作用。用该种絮凝剂对沙曲选煤厂煤泥水进行处理40,当投加PAFC29g/m3,PAM3g/m3 时，浓缩机溢流浓度从120g/L降至1g/L ,即具有很明显絮凝效果显著。

　　聚铁41是硫酸铁水解产物，产品中含有各种核羟基络合物，如Fe2（OH）43+, Fe3（OH）54+, Fe4（OH）66+,这些多核络合物，在吸附煤泥水颗粒同时，中和颗粒表面负电荷，压缩颗粒双电层，降低ξ电位，破坏煤泥水胶体稳定性，促进颗粒絮凝沉淀。沫江洗煤厂用聚铁处理煤泥水，取得良好的处理效果，废水浓度从14.066g/L降至0.119g/L ,如果和PAM联用效果更好。

　　71042净水剂是一种无机高分子铝铁复合液态絮凝剂。该絮凝剂既具有铝盐絮凝效果好的特点，又具有铁盐絮体大，沉降速度快的优点。它与PAM配合使用，处理效果好，清水浊度为130×10-6,沉降速度达6.0 cm/s ,同时减少设备腐蚀，创造了显著的经济效益。

　　无机高分子铁钙铝混凝剂（PFCA）43是在聚铁液体产品基础之上，通过钙铝等离子部分取代其中的Fe3+离子，制备出的新型无机高分子混凝剂。PFCA秉承了聚铁电中和能力强，分子量较大的优点。同时，由于Al3+的加入使它具有了铝盐的特点，Ca2+的加入增加了PFCA的电中和能力，又增加了溶液的硬度，而提高水质硬度，可改善煤泥水特性，提高煤泥水处理效果。透射电镜分析表明， PFCA比PFS具有更大更致密的网状空间结构，说明它具有更大的分子量，具有卷扫网捕的作用。用PFCA处理煤泥水效果好，节省PAM用量，具有其它无机混凝剂无法比拟的混凝效果。

　　3.3 新型絮凝剂

　　3.3.1种类

　　目前文献报道的新型絮凝剂，主要有天然高分子絮凝剂和微生物型等。

　　天然高分子絮凝剂按其原料来源的不同，大体可分为淀粉衍生物、木质素衍生物和甲壳素、壳聚糖及其衍生物等。微生物絮凝剂是微生物产生的覆盖在菌体外的一种生物高分子聚合物， 它不但具有传统的无机和有机絮凝剂的特点， 而且还具有高效、无毒、易于生物降解等独特的优点。具有絮凝性的微生物种类繁多，能被絮凝的对象广泛，这就决定了微生物絮凝剂的开发利用具有广泛的应用前景。

　　3.3.2应用情况

　　a. 淀粉衍生物

　　淀粉改性絮凝剂是天然改性高分子絮凝剂的重要品种。淀粉来源广，价格低廉，产物可完全生物降解，在自然界中可形成良性循环。淀粉分子带有很多羟基，通过这些羟基的酯化、醚化、氧化、交联以及与丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺等单体进行接枝、共聚等反应来制备淀粉改性絮凝剂。淀粉改性絮凝剂具有上述天然改性有机高分子絮凝剂的特点，其中包括选择性大、无毒、可以完全被生物分解、在自然界形成良性循环等显著特点。其中淀粉接枝共聚物是一个研究比较热门的方向，它可以通过化学方法和物理方法来制备。Karmakar等44合成了淀粉接枝丙烯酰胺共聚物和支链淀粉接枝丙烯酰胺共聚物，并对它们的絮凝性能进行了评价。它们均可以作为不结焦煤悬浮液的有效的絮凝剂，其中淀粉接枝丙烯酰胺共聚物比支链淀粉接枝丙烯酰胺共聚物的絮凝效果要好一些。Khalil等45对三种不同的淀粉改性物， 即淀粉接枝聚丙烯酰胺、甲氨酰乙基化淀粉、淀粉氨基甲酸酯的絮凝性能进行了评价， 发现聚丙烯酰胺淀粉接枝共聚物的絮凝性能最好， 而且絮凝剂的投加量、体系的pH值等均对其絮凝性能有影响。Rath等46利用Ce4+氧化还原体系引发淀粉与丙烯酰胺进行接枝共聚反应， 淀粉接枝率高达94.9%, 支链相对分子质量超过300万。赵彦生等47用硝酸铈铵为引发剂，使玉米淀粉与丙烯酰胺接枝共聚，向该接枝共聚物（SGM）中加入计量的甲醛和二甲胺进行阳离子化得到阳离子絮凝剂（CSGM），用其处理毛纺厂印染废水，絮凝效果较非离子型聚丙烯酰胺和阴离子型聚丙烯酰胺要好。张一峰48以CS2/ H2O2为引发剂在碱性条件下合成淀粉与丙烯酰胺接枝共聚物，用于印染废水、造纸废水以及其它工业废水去除重金属离子。按枝共聚物具有多羟基基团和酰胺基团，呈支化结构，适当地分散了絮凝基团，对多种工业污水的絮凝效果较其它高分子絮凝剂（如Sanfloc 700） 及无机絮凝剂（如硫酸铝）要好。淀粉阳离子改性衍生物由于其优良的性能受到了较大的重视。在工业废水处理中，淀粉阳离子改性衍生物是优良的高分子絮凝剂和阴离子交换剂，可以吸附带负电荷的有机或无机悬浮物质，如悬浮泥土、二氧化钛、煤粉、碳、铁矿砂等，可有效地除去废水中的铬酸盐、重铬酸盐、亚铁氰化钠、钼酸盐、高锰酸盐等。

　　b. 木质素衍生物49

　　木质素是存在于植物纤维中的一种芳香族高分子，是造纸蒸煮制浆过程中排出废液的一个主要成分。由于含有大量木质素的造纸废液的排放，不仅严重污染了环境，而造成了物质资源的极大浪费，因此，以木质素为基础原料制备包括水处理剂在内的各种化工产品的研究正日益引起人们的重视。Rachor和Dilling分别于20世纪70年代中、后期以木质素为原料合成了季铵型阳离子表面活性剂。他们用碱处理木质素以增加其酚基，然后胺烷化增加链长，用双酯试剂进行交联反应，最后制得阳离子表面活性剂， 用其处理染料废水获得了良好的絮凝效果。Mckague报道了硫酸盐木质素进行Mannich反应，与二甲胺和甲醛作用，进行甲基化和氯甲基化后，生成的木质素季铵盐衍生物可用作硫酸盐浆厂漂白废水的絮凝剂，效果显著。

　　c. 甲壳素、壳聚糖及其衍生物

　　甲壳素50是自然界含量仅次于纤维素的第二大天然有机高分子化合物，它是甲壳类（虾、蟹） 动物、昆虫的外骨骼的主要成分。甲壳素的化学成分是N-乙酰-D-葡萄糖胺残基以β-1 ,4 糖甙键连接而成的多糖，其分子量在2万～5万之间。壳聚糖则是甲壳素脱乙酰化的产物。壳聚糖是一种线型分子，分子链中含有反应性基团，在酸性溶液中会形成高电荷密度的阳离子聚电解质，显示良好的络合性能和絮凝性能，不仅对重金属有螯合吸附作用，还可有效地吸附水中带负电荷微细颗粒，已有用于HCl 、H2SO4 、多氯联苯（ PCB） 、染料以及废水中某些农药的吸附等。张光华等51研究的以丙烯酰胺与壳聚糖进行接枝共聚反应得到一种接枝共聚物（CAM），以改善壳聚糖的架桥絮凝能力并降低成本，将其用于造纸废水处理。结果表明：在弱酸条件下，CAM具有很强的絮凝能力和对重金属离子的络合能力，与硫酸铝具有很强的协同作用；硫酸铝的存在可大大提高CAM的絮凝能力。

　　天然高分子絮凝剂应用于处理煤泥水方面的报道较少，估计在不久的将来将会得到广泛的应用。

　　d.微生物絮凝剂

　　微生物絮凝剂已广泛的应用于高浓度有机废水处理52、染料废水的脱色52、高浓度无机物悬浮废水处理53、膨胀活性污泥的处理54、化工废水的净化处理52及城市污水处理55等，在应用于煤泥水处理方面，文献报道较少。

　　周桂英等56对利用微生物絮凝剂处理难于自然沉降的煤泥水进行了研究， 考察了草分枝杆菌这种微生物絮凝剂对煤泥水的絮凝效果，并确定了最佳工艺条件。研究结果表明，利用草分枝杆菌絮凝煤泥水具有较好的净化效果， 处理后的煤泥水的各项指标均达到国家排放标准，并可回收利用煤泥水中的可燃物质，具有很好的经济效益和社会效益。

　　4.结论及展望

　　絮凝技术已经成为当今煤泥水处理行业中十分重要的技术，而絮凝剂作为该技术的核心起着越来越重要的作用。

　　有机高分子絮凝剂的生产和应用虽然已经取得了较大的进步，但其生产使用过程中的不安全性和给环境造成的二次污染仍应引起人们的重视。有资料表明：目前使用较多的聚丙烯酰胺，虽然完全聚合的聚丙烯酰胺没有多大问题，但其聚合单体丙烯酰胺却具有强烈的神经毒性，并且还是强的致癌物，所以聚合过程中单体的残留仍是一个令人担忧的问题。

　　无机絮凝剂的使用已有较长的历史了，由于其优良的性价比，在一段时间内，它还会被当作助絮凝剂使用。

　　与合成的有机高分子絮凝剂相比，天然有机高分子絮凝剂以其优良的絮凝性、不致病性及安全性、可生物降解性，正引起世人的高度重视， 且具有分子量分布广、活性基团作用点多、结构多样化等特点，具有良好的开发前景。但其使用量远小于有机合成高分子絮凝剂，原因是其电荷密度小，分子量较低，且易发生生物反应而失去絮凝活性。

　　随着人们环保意识的提高，有机高分子絮凝剂将沿着高效、廉价、无毒的方向发展，由于丰富的原料来源，天然高分子改性絮凝剂将有较好的发展前景，现已受到高度重视；而微生物絮凝剂的高效特性也使其成为一个发展热门。另外，从分子量和分子结构上看，有机高分子絮凝剂将沿着超高分子量絮凝剂、交联絮凝剂和胶丸状絮凝剂的方向发展。

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参考文献：

1 张明旭，煤泥水处理， 徐州： 中国矿业大学出版社， 2000 .

2 袁宗宣，郑怀礼，舒型武，絮凝科学与技术进展， 重庆大学学报，2001 24 （2） : 143.

3 邹龙生，王国庆，有机絮凝剂的现状和未来， 化工技术与开发，2002 31 （4） : 22.

4 苏丁，雷灵琰，王建新，凝聚剂、絮凝剂在难净化煤泥水中的使用， 选煤技术，2000 2（4）： 10.

5 孙宇欣，杨红卫， 煤泥水的特性与絮凝剂的应用， 煤炭技术 2001 20（5）：44.

6 王少会， 徐初阳， 难净化煤泥水沉降试验研究， 安徽理工大学学报（自然科学版） 2004 24（5）： 80.

7 袁惠新， 分离工程， 北京： 中国石化出版社 2001.

8 谢广元， 选矿学， 徐州： 中国矿业大学出版社 2001.

9 胡筱敏， 化学助滤剂， 北京： 冶金工业出版社 1999.

10 柴晓敏， 聚丙烯酰胺对煤泥水的净化与助滤性能研究， 煤炭加工与综合利2004 （1）： 23.

11 杨宁，李颖，任守政等， 高分子助滤剂用于细粒煤脱水的试验研究， 煤炭加工与综合利用1998 （5）：36.

12 郭玲，胡明星，郭世全， 聚季铵盐丙烯酰胺接枝共聚物治理煤泥水的应用研究， 能源环境保护1999 （3）：18 .

13 聂容春，徐初阳，郭立颖， 不同类型聚丙烯酰胺对煤泥水的絮凝作用， 煤炭科学技术 2005 33（2）：62.

14 王琳，阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的研制， 天津化工 2005 19（2）： 49.

15 王晓春，王共远，郁桂云，刘军，李梅，寇佳慧， 阳离子聚丙烯酰胺絮凝剂的合成及水质对其影响的研究， 化学推进剂与高分子材料2004 2（5）： 42.

16 王久芬，王通，徐月皓， 阳离子聚电解质PAM·MG的合成， 化学世界 2001 （11）： 69.

17 陈双玲，反相乳液法制备丙烯酸钠和丙烯酰胺共聚物的研究（学位论文）， 北京：北京化工大学， 2002.

18 杨建平，赵京波，张兴英， 丙烯酰胺-丙烯酸钠共聚物絮凝剂的合成及性能研究， 石油化工2005 34（4）： 338.

19 蒋婵杰，潘春跃，黄可龙， AA-AM共聚物研究进展， 高分子通报2001 （3） : 64.

20 吕亮，吾国强， 高电荷密度阳离子聚丙烯酰胺的合成， 化工技术与开发2002 31 （3） : 8.

21 马喜平，邵定波， 阳离子化聚丙烯酰胺的合成及絮凝性能研究， 油田化学1999 16 （1） : 37.

22 朱龙，苏永渤，张秀娟， PAM与电石渣联用治理煤泥水， 东北大学学报（自然科学版） 1998 19（2）： 218.

23 李亚峰等， 石灰-聚丙烯酰胺法处理煤泥水的几个问题探讨，煤矿环境保护1997 12（1）： 53.

24 朱龙，段海霞，杨然景等， ZL-1与PAM联用治理煤泥水的研究， 能源环境保护2003 17（4）： 25.

25 郭玲香，胡明星，郭世全， 新型阳离子聚合物治理煤泥水的应用研究， 上海环境科学1999 18（3）： 127.

26 郭玲香，郭世全，胡明星，欧泽深， 新型阳离子絮凝剂在煤泥水治理中的应用研究， 太原理工大学学报 1999 30（2）： 170.

27 Butler GB, Ingley F L, J . Am. Chem. Soc. 1951 （73） :895.

28 Butler GB, Angelo R J, J . Am. Chem. Soc. 1957 （79） :3128.

29 愈益平， 油田化学1991 8 （3） :194.

30 Wang L K, Wang M H, Zieyler R C et al, Ind. Eng. Chem. Product Res. Dev. 1997 （16） :311.

31 Yajima Mikiharu, J P 0142406, 1989 - 02 - 14

32 Sarada, Katayama M, US 33752331, 1968 - 03 - 26

33 Sokol, Phillip E, US 3986825, 1976 - 10 - 19

34 聂新鹏，杨红军， 新型阳离子絮凝剂在选煤厂煤泥水治理中的应用研究， 江苏煤炭 1998 （4）： 32.

35 张崇淼等， 聚酰胺胺（PAMAM）树形分子在洗煤废水处理中的应用研究， 能源环境保护 2003 （4）： 20.

36 柳迎红等， 煤泥水加药絮凝闭路循环试验研究， 辽宁工程技术大学学报2003 （2）： 284.

37 李亚峰等， 石灰、电石渣及CaCl2处理煤泥水对比试验研究， 矿业安全与环保 2000 （4）：19.

38 白青子， 聚氧硫酸根合高铁处理选煤废水试验研究， 煤炭环境保护 2002 （5）：17.

39 宋永会等， 聚硅硫酸铁混凝剂处理煤泥水的试验研究， 洁净煤技术1997 （1）： 32.

40 李瑞琴， 沙曲选煤厂煤泥水絮凝沉降的试验研究， 选煤技术2003 （2） :23.

41 胡汴等，沫江选煤厂煤泥水絮凝沉降的试验研究， 选煤技术2001 （2） :32.

42 陶斯文等， 710 絮凝剂的应用与效果， 选煤技术2002 （6） :27.

43 符建中， 无机高分子铁钙铝混凝剂PFCA的研制及性能研究， 煤炭环境保护2000 （1） :7.

44 Karmakar N C, Rath S K, Sastry B S et al. Investigation on flocculation characteristics of polysaccharide-based graft copolymers in coal fines suspension, Journal of Applied Polymer Science 1998 （70） :2619.

45 Mohamed I Khalil, Amal A Aly et al. Evaluation of some starch derivatives containing amide groups as flocculants, Starch / Strke 2001 （53）：323.

46 Rath S H, Singh R P, On the characterization of grafted and ungrafted starch-amylose and amylopectin, Journal of Applied Polymer Science 1998 70（9） :1795.

47 赵彦生，李万捷，沈敬之等， 淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物的合成及其性能， 水处理技术 1994 20（6） :370.

48 张一峰，殷雄，沈之荃， 淀粉在CS2/ H2O2 体系中与烯烃接枝共聚， 高分子材料科学与工程2000 16（2） :47.

49 邱学青，楼宏铭， 木质素水处理剂的应用研究进展， 环境保护 1999 （6） :45.

50 甘光奉，甘莉，天然改性有机高分子絮凝剂研究进展，石油与天然气化工1996 25 （1） :55.

51 张光华，谢曙辉，郭炎，卢风纪，一种新型壳聚糖改性聚合物絮凝剂的制备与性能，西安交通大学学报 2002 36（5） :541.

52 李智良，张本兰， 微生物絮凝剂产生菌的筛选及相关废水絮凝效果试验， 微生物学报 1997 3 （1）： 67.

53 孟琴，吕德伟，张国亮， 新型生物絮凝剂—生物材料效果评价， 环境化学 1998 17 （4） :355.

54 李兆龙， 虞杏英， 微生物絮凝剂， 上海环境科学1991 10（9） :45.

55 庄源益，李彤，宋文华， 生物絮凝剂除浊脱色作用的初步研究， 城市环境与城市生态1997 10（4） :5.

56 周桂英，张强，曲景奎， 利用微生物絮凝剂处理煤泥水的试验研究， 能源环境保护2004 18（5）： 36.