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聚合物材料在廢水處理中的應用
摘 要：聚合物材料已廣泛用于廢水處理，尤其是深度處理過程中。本文按照聚合物的使用功能，分別介紹聚合物作為絮凝劑、濾膜、離子交換樹脂在廢水處理中的應用現狀，產品類型等。
關鍵詞：廢水處理 聚合物材料 高分子絮凝劑 聚合物濾膜 離子交換樹脂
本文將按照廢水處理過程中聚合物的使用功能，介紹聚合物在廢水處理中的應用。
1 有機高分子絮凝劑
高分子絮凝劑因為高效、低成本的特點逐漸取代了傳統小分子絮凝劑的地位。而無機高分子絮凝劑在使用過程中需受到共存鹽類、pH值及溫度的影響，并且生成污泥量較大，因此有機高分子絮凝劑因為相對限制較少具有更廣闊的應用前景。根據所帶的基團能否電離以及電離之后產生的離子的電荷性質，有機高分子絮凝劑通常又分為陽離子型、陰離子型、兩性型、以及非離子型。
1.1 陽離子型高分子絮凝劑
陽離子型高分子絮凝劑主要有陽離子型聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨-丙烯酰胺共聚物、天然高分子改性陽離子型絮凝劑等，應用于城市生活廢水、造紙業廢水、食品加工業廢水、石油化工廢水、冶金工業廢水、染色工業廢水、制糖工業廢水和各種工業廢水的處理，投加量少，能顯著降低水中的總含碳量，是目前有機高分子絮凝劑品種發展的主要方向。
1.2 陰離子型高分子絮凝劑
陰離子型高分子絮凝劑應用最多的是陰離子型聚丙烯酰胺、用于采油、造紙、選礦、洗煤、冶金、建材、食品加工等行業的廢水處理，由于這類絮凝劑帶有負電荷，對于金屬氫氧化物等帶正電荷的膠體粒子具有很好的吸附交聯，從而絮凝沉淀的作用。
1.3 兩性高分子絮凝劑
兩性高分子絮凝劑除了人工合成的兩性聚丙烯酰胺以及一些共聚物，還有天然高分子人工改性的兩性淀粉、兩性殼聚糖等。由于兩性高分子絮凝劑能同時離解出陰離子和陽離子，因此能適用于酸性和堿性的水溶液中，處理帶不同電荷的污染物，表現出很好的協同作用。我國動植物資源豐富，為天然改性的兩性高分子絮凝劑提供了豐富的來源，同時天然改性高分子無毒、成本低、易降解等特點也使得這類絮凝劑有廣闊的應用前景。
1.4 非離子型高分子絮凝劑
非離子型高分子絮凝劑有非離子型聚丙烯酰胺、改性淀粉等。這類絮凝劑通過分子鏈將廢水中的顆粒吸附后纏在一起，絮凝機理主要是通過架橋作用。這類絮凝劑選擇性高，常與鋁鹽配合使用，往往需要通過實驗等確定最佳的用量，否則用量太低作用不明顯，用量太高不僅不能起到絮凝沉淀的作用，反而起到分散穩定污染物微粒的作用。
2 聚合物濾膜
常用的濾膜根據微孔孔徑的大小分為微濾膜(MF)、超濾膜(UF)、納濾膜(NF)和反滲透膜(RO)四種形式，按照材質通常分為無機濾膜和高分子聚合物濾膜。聚合物濾膜由于良好的加工性能，材料來源廣，使用過程中沒有介質脫落，不會造成二次污染，具有比無機濾膜更大的優勢。
2.1 微濾膜
微濾膜一般指過濾孔徑在0.1～1μm之間的過濾膜。微濾膜過濾是世界上開發應用最早的膜技術，對微濾膜而言，其分離機理主要是篩分。微濾膜用于廢水處理中能截留懸浮物，細菌，以及大分子量膠體等物質。聚合物微濾膜材料主要品種有聚偏氟乙烯、聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚丙烯等。
2.2 超濾膜
超濾膜是指額定孔徑范圍為0.001～ 0.02μm的濾膜。超濾的機理主要是篩濾作用，利用溶液的壓力為推動力，使溶劑分子通過薄膜，而細菌以及比細菌體積大得多的膠體、鐵銹、懸浮物、泥沙、大分子有機物等不能通過，被截留在進液側。微濾可以用于分離相對分子量在500～15000之間，直徑為2.0～100 nm的微粒。聚合物微濾膜品種有醋酸纖維素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚偏氟乙烯等等。根據膜形狀的不同，可分為平板膜、管式膜、毛細管膜、中空纖維膜等，廣泛應用于電泳漆廢水、造紙廢水、染料廢水等工業廢水的處理。
2.3 納濾膜
納濾膜的孔徑在1 nm以上，一般1～ 2 nm。納濾的機理介于超濾和反滲透之間，曾經將納濾膜稱為超低壓反滲透膜。納濾膜允許溶劑分子、某些低分子量溶質和低價離子透過，能截留分子量大約為150～500左右的有機物和高價離子。納濾膜主要應用在在飲用水深度處理，苦咸水淡化，醫藥、食品、生活和工業污水的處理。目前納濾膜中商業化程度最高的主要有聚酰胺、聚乙烯醇、磺化聚砜、磺化聚醚砜、醋酸纖維素等。
2.4 反滲透膜
反滲透即滲透的逆過程，是在壓力的推動下，借助半透膜截留大于0.1 nm的微粒、所有溶解的鹽分以及分子量大于100的有機物，迫使溶液中的溶劑與溶質分開的膜分離過程。目前反滲透膜已經廣泛應用與海水淡化和城市污水的深度處理。我國目前最常用的反滲透膜材料主要有醋酸纖維素膜、芳香聚酰胺膜和殼聚糖膜三類。由于反滲透過程需要壓力推動，因此反滲透技術往往需要較高能耗，這給反滲透技術的推廣帶來了一定的限制。
3 離子交換樹脂
離子交換樹脂是帶有能交換離子的活性基團、具有網狀結構、不溶性的高分子化合物。離子交換樹脂不僅能用于水的軟化、純水和高純水的制備，還能在處理廢水的過程中吸收富集貴重金屬離子，再通過再生等過程釋放出來，對增加可利用資源和改善環境質量具有十分重要的意義。根據合成離子交換樹脂單體的不同，可分為苯乙烯系、丙烯酸系、環氧系、酚醛系及脲醛系等，目前生產數量最多、應用最為廣泛的為苯乙烯系離子交換樹脂。
4 展望
聚合物材料在廢水處理、尤其是深度處理的過程中具有十分重要的作用。遺憾的是國內的生產水平，產品性能等與歐美等國還有一定差距。例如：2008年北京奧運會“鳥巢”70%的用水來自場館周圍的降水回用，經過前處理的水再用納濾技術處理，已基本接近飲用水標準，所采用的納濾膜是由通用電氣公司供應。隨著我國現代工業、農業的發展，水污染日益嚴重，因此努力提高國產廢水處理材料合成技術和加工工藝，刻不容緩。
參考文獻
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