摘要：最近几年，在工业化进程持续加快的背景下，环境污染问题越发严重，从可持续发展的角度出发，需要做好相应的环境污染治理工作，废水处理就是其中一个关键性的环节。阳离子淀粉絮凝剂是一种合成天然有机絮凝剂，具有原料易得、价格低廉、安全环保和可生物降解等优点。根据反应机理，将合成方法分为醚化反应和接枝共聚反应。本文中，主要讲述了阳离子絮凝剂在轻工废水处理中的应用。
关键词：废水处理；高分子絮凝剂；利用
1前言
絮凝剂可以看作是一种高聚物，其通常是利用丙烯酰胺单体，经加温聚合后形成，高分子絮凝剂具有沉降促进、澄清净化、污泥脱水、过滤促进等作用，能够用做污水处理，减少生产生活废水对于自然环境的影响，也因此受到了环保部门的高度重视。絮凝技术普遍应用于废水处理过程中，絮凝效果的好坏往往决定了后续流程的运行状况、最终出水水质和费用。在天然水体中，大部分胶体和悬浮颗粒带有负电荷，因此，阳离子型絮凝剂是目前研究的热点。
2废水处理的必要性
近年来，我国的工业化进程不断加快，在推动社会经济飞速发展的同时，不可避免的带来了一定的环境污染问题，立足于可持续发展的角度，需要做好废水处理工作。对废水进行相应的处理和循环利用，能够在减轻环境污染的同时，缓解水资源紧缺的问题，提高水资源的利用效率，对城市及周边地区的水环境进行保护，降低污水对于地下水的渗透污染，保证人与自然的和谐共处。因此，做好废水处理工作是非常必要的。
3醚化反应
醚化型阳离子淀粉是淀粉分子上的羟基与阳离子醚化剂在碱性条件下，通过亲核取代反应形成的。通过醚化反应制备阳离子淀粉的制备方法主要有湿法、干法和半干半湿法3种。在反应过程中碱起到了催化剂的作用，通常使用的是NaOH。对于醚化剂，其分子中应存在电子云密度较低的部分，便于亲核反应的发生。可以作为阳离子醚化剂的有叔胺盐和季铵盐，最有效的为季铵盐。这是因为季铵型阳离子淀粉在较大的pH范围内呈电性，产物的pH使用范围宽。而叔胺型阳离子淀粉只能在酸性条件下显电性，与季铵型阳离子淀粉相比有明显的缺点。醚化阳离子淀粉的制备，特别是使用干法或者半干半湿法时，普遍具有操作简便、转化率高和污染小等优点，但是由于醚化剂分子结构特殊，造成了醚化剂种类单一，大部分实验都围绕着CHPTMA进行。所以，开发新型、高效的醚化剂将成为新的研究方向。
4接枝共聚反应
接枝共聚型阳离子淀粉是淀粉与阳离子单体发生接枝共聚的产物。
4.1引发体系
在淀粉接枝共聚反应中，较常用的化学引发剂是硝酸铈铵。硝酸铈铵在酸性条件下具有引发活性高、反应条件温和、反应周期短和接枝效率高等优点，但是铈盐价格昂贵，生产成本高，工业上不能大量使用。为了降低生产成本，可以使用过硫酸盐与铈盐组成复合引发剂。从反应机理上看，硝酸铈铵属于氧化还原引发体系。除了硝酸铈铵外，氧化还原引发体系还有Fenton试剂、H2O2－硫脲体系、过硫酸铵－亚硫酸氢钠体系和过硫酸铵－乙二胺四乙酸体系等。其他化学引发剂还有过硫酸铵、过硫酸钾和高锰酸钾等。过硫酸盐价格低廉、无毒，在反应过程中体系的温度不会剧烈变化，工业上易于控制，使用和研究的较多。除化学引发外，还可以使用辐射法引发反应。辐射引发一般采用射线照射，使淀粉活化产生自由基，也有使用紫外光或等离子体作为辐射源的报道。辐射引发法工艺简单，但是前期设备投资大，而且得到的产品支链分子量分布宽，目前没有大规模生产应用。
4.2接枝单体
用于合成阳离子淀粉的接枝单体，分子结构中应同时具有双键和阳离子。使用较多的单体有AM、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DAC）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（DMC）和二甲基二烯丙基氯化铵（DMDAAC）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆AM中并没有阳离子，淀粉接枝AM属于非离子型改性淀粉絮凝剂，一般使用两种方法提高产物的阳离子度，一是通过曼尼希反应使PAM支链发生阳离子化；二是继续向淀粉骨架上引入其他阳离子单体。用硝酸铈铵为引发剂，使玉米淀粉与AM接枝共聚，再加入甲醛和二甲胺，通过曼尼希反应进行阳离子化，制得了阳离子改性淀粉絮凝剂。
5废水处理中高分子絮凝剂的应用
5.1无机高分子絮凝剂
无机高分子絮凝剂是指立足传统的铁盐、铝盐絮凝剂开发出的新型混凝剂，其主要原料是工业废料，因此成本相对低廉，而且适应能力强，在污水处理中有着广泛的应用。具体来讲，
一是聚合铝，在水解后，能够对存在于水体中的胶体污染物以及颗粒污染物等进行聚合，生成颗粒较粗的絮凝体，通过分离的方式实现废水处理，在实际应用中具有用量小、效率高、净水性能好的优点。不过聚合铝的生产容易受原料的限制，周期较长，产品的稳定性难以控制；
二是聚合铁，其主要产品是聚合硫酸铁PFS，凝聚性能良好，反应速度和沉降速度较快，而且适用范围广，能够去除水体中存在的重金属离子以及BOD、COD等，还可以实现除臭、脱色、脱油等功能，很少出现铁离子的残留问题。另外，将PFS用于废水处理，在同等条件下，相比较聚合铝的成本要降低20%左右，性价比更好；
三是聚合硅酸，其本身的应用较早，不过，由于活性硅酸本身无法实现长期存放，因此只能现场进行配置，实用性较差，加上不稳定性以及阴离子性的特征，使得活性硅酸在废水处理中并没有得到广泛的应用。在这种情况下，经过长期的研究实践，聚硅酸盐絮凝剂得以产生，在加入硅后，絮凝剂的用量大大减少，反应效率也有所提升。
5.2有机高分子絮凝剂
相比较而言，有机高分子絮凝剂的适用范围较无机高分子絮凝剂更广，而且絮凝速度快，污泥量少，有着更加广泛的应用前景。依照原料的来源划分，可以将有机高分子絮凝剂分为两种。
一是天然型，包括纤维素、淀粉、木质素以及多糖类等，占据了高分子絮凝剂总量的20%左右。以壳聚糖改性絮凝剂为例，对于废水中的染料、COD和重金属离子有着良好的去除作用，相关研究表明，以改性壳聚糖对城市污水进行处理，最佳状态下可以使得去除率和浊度达到92%，COD达到78%，SS也能够达到91%。不过，由于壳聚糖的生产成本较高，其在我国废水处理方面目前还没有工业化产品，需要科研人员的继续努力。
二是合成型，其主要产品是聚丙烯酰胺（PAM）及其衍生物，虽然不比发达国家80%以上的市场占有率，PAM在我国的产量也达到了每年万吨的标准。在PAM分子中，含有若干既能作为吸附集团又能作为亲水集团的官能团，可以当做辅助絮凝剂使用，通过官能团与悬浮物的吸附架桥作用，使得絮体矾花的尺寸能够迅速增大，实现快速沉降。PAM的絮凝效果与聚合物的相对分子质量有着非常紧密的联系，通过提升聚合物相对分子质量的方式，能够增大絮凝剂的流体力学体积，提升絮凝网捕效果。利用PAM对生活污水剩余污泥进行脱水处理，可以将污泥的含水率从原本的99.5%降低到76%，体积下降到原本的1/48，从而对污泥的过滤性能和沉降性能进行改善。
6结束语
总而言之，在不断的发展过程中，高分子絮凝剂功能越发全面，性能也在持续提升，在废水处理中发挥着越来越重要的作用。而面对越发复杂的废水成分，需要进一步加强对于高分子絮凝剂的研究与合成，提升废水处理的效果。
参考文献：
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[3] 李树君.高取代度阳离子改性淀粉絮凝剂制备与应用[J].农业机械学报，2011（02）
论文作者:姚康
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/27
标签：阳离子论文; 废水处理论文; 絮凝剂论文; 淀粉论文; 高分子论文; 絮凝论文; 接枝论文; 《基层建设》2018年第15期论文;