【摘要】本文從絮凝劑的原理、特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀對(duì)常用水處理絮凝劑進(jìn)行了對(duì)比分析，并對(duì)今后水處理絮凝劑的研究方向和應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

【關(guān)鍵詞】絮凝劑；水處理；絮凝機(jī)理

0.引言

絮凝沉降法依靠絮凝劑使溶液中的溶質(zhì)、膠體或懸浮物顆粒凝聚為大的絮凝體，從而實(shí)現(xiàn)固液分離，由于其經(jīng)濟(jì)高效的特點(diǎn)，目前已廣泛用于飲用水處理、廢水處理、食品、化工、環(huán)保、發(fā)酵工業(yè)等諸多領(lǐng)域。圍繞絮凝劑的開發(fā)，人們對(duì)絮凝機(jī)理作了大量深入的研究，先后提出了膠體化學(xué)理論，電中和吸附凝聚、吸附架橋理論以及微渦旋混凝動(dòng)力學(xué)理論，高分子絮凝劑及其理論等。隨著界面電位計(jì)算體系和表面絡(luò)合模式的發(fā)展，人們開始把表面絡(luò)合、表面沉淀概念和定量計(jì)算方法引入絮凝機(jī)理研究之中[1]。本文介紹了目前國(guó)內(nèi)外常用的水處理絮凝劑，通過(guò)對(duì)其各自絮凝機(jī)理、特點(diǎn)和應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從而得出今后絮凝劑的研究方向和發(fā)展前景。

1.絮凝劑的機(jī)理和特點(diǎn)分析

目前普遍應(yīng)用的絮凝劑包括無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)高分子絮凝劑、微生物絮凝劑及復(fù)合型絮凝劑等幾大類，由于其特點(diǎn)、造價(jià)、絮凝機(jī)理等方面均有不同，所以它們具有不同的應(yīng)用環(huán)境。

1.1無(wú)機(jī)絮凝劑

無(wú)機(jī)絮凝劑也稱凝聚劑，由于它不但具有良好的凝聚效果和脫色能力，而且操作簡(jiǎn)便，所以它被廣泛應(yīng)用于飲用水、工業(yè)水的凈化處理、地下水以及廢水淤泥的脫水處理中。無(wú)機(jī)絮凝劑經(jīng)歷了從單一品種到多品種，從低分子的鋁(鐵)鹽到高分子的聚合鋁(鐵)，從單一的聚合鋁(鐵)向多元的聚合鋁鐵的發(fā)展過(guò)程。以相對(duì)分子量為劃分依據(jù)，無(wú)機(jī)絮凝劑又可分為低分子體系和高分子體系兩大類。

1.1.1無(wú)機(jī)低分子絮凝劑

傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)絮凝劑為低分子的鋁鹽和鐵鹽，其作用機(jī)理主要是雙電層吸附。鋁鹽中主要有硫酸鋁、明礬、鋁酸鈉；鐵鹽主要有三氯化鐵、硫酸亞鐵和硫酸鐵等。其中硫酸鋁絮凝效果較好，使用方便，但當(dāng)水溫低時(shí)，硫酸鋁水解困難，形成的絮凝體較松散，效果不及鐵鹽。三氯化鐵是另一種常用的無(wú)機(jī)低分子絮凝劑，具有易溶于水、形成大而中的絮體、沉降性能好、對(duì)溫度、水質(zhì)和pH的適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但其腐蝕性較強(qiáng)，且有刺激性氣味，操作條件差。因此，盡管無(wú)機(jī)低分子絮凝劑經(jīng)濟(jì)、用法簡(jiǎn)單，但由于其在水處理過(guò)程中存在的用量大、殘?jiān)�多、有異味等諸多問(wèn)題，已逐漸被無(wú)機(jī)高分子絮凝劑所取代。

1.1.2無(wú)機(jī)高分子絮凝劑

近年來(lái)高分子絮凝劑的發(fā)展趨勢(shì)主要是向聚合鋁、聚合鐵、聚合硅及各種復(fù)合型絮凝劑方向發(fā)展，并已逐步形成系列，其中陽(yáng)離子型的有聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合磷酸鋁(PAP)、聚合硫酸鐵(PFS)、聚合氯化鐵(PFC)、聚合磷酸鐵(PFP)等；陰離子型的有活化硅酸(AS)、聚合硅酸(PS)；無(wú)機(jī)復(fù)合型的有聚合氯化鋁鐵(PAFC)、聚硅酸硫酸鐵(PFSS)、聚硅酸硫酸鋁(PFSC)、聚合氯硫酸鐵(PFCS)、聚合硅酸鋁(PASI)、聚合硅酸鐵(PFSI)、聚合磷酸鋁鐵(PAFP)、硅鈣復(fù)合型聚合氯化鐵(SC-PAFC)等。無(wú)機(jī)高分子絮凝劑由于絮凝效果好、價(jià)格相對(duì)較低，現(xiàn)已逐步成為主流絮凝藥劑。目前，日本、俄羅斯、西歐生產(chǎn)已達(dá)到工業(yè)化和規(guī)模化，流程控制自動(dòng)化，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

1.2有機(jī)高分子絮凝劑

有機(jī)高分子絮凝劑是20世紀(jì)60年代開始使用的第二代絮凝劑。與無(wú)機(jī)高分子絮凝劑相比，有機(jī)高分子絮凝劑具有用量少，絮凝速度快，受共存鹽類、污水pH值及溫度影響小，生成污泥量少，節(jié)約用水，并且容易處理等優(yōu)點(diǎn)，因而有著廣闊的應(yīng)用前景。有機(jī)高分子絮凝劑主要是通過(guò)吸附作用將水體中的膠粒吸附到絮凝劑分子鏈上，形成絮凝體。它的絮凝效果受其分子量大小、電荷密度、投加量、混合時(shí)間和絮凝體穩(wěn)定性等因素的影響。目前有機(jī)高分子絮凝劑主要分為合成有機(jī)高分子絮凝劑和天然改性高分子絮凝劑兩大類。

1.2.1合成有機(jī)高分子絮凝劑

合成有機(jī)高分子絮凝劑以聚乙烯、聚丙烯類聚合物及其共聚物為主，尤其聚丙烯酰胺(PAM)的應(yīng)用最多，占有機(jī)高分子絮凝劑的80%左右。聚丙烯酰胺有非離子型、陽(yáng)離子型和陰離子型三種，它們的分子量均在50～600萬(wàn)之間，其中最多為季胺鹽類，但這類絮凝劑存在著一定量的殘余單體丙烯酰胺，不可避免地帶來(lái)了毒性，因而使其應(yīng)用受到了限制。

1.2.2天然改性高分子絮凝劑

天然高分子物質(zhì)具有分子量分布廣、活性基團(tuán)點(diǎn)多、結(jié)構(gòu)多樣化等特點(diǎn)，易于制成性能優(yōu)良的絮凝劑，但由于其電荷量密度較小，分子量較低，且易發(fā)生生物降解而失去其絮凝活性，所以天然高分子絮凝劑的使用遠(yuǎn)小于合成的有機(jī)高分子絮凝劑。針對(duì)天然高分子絮凝劑的不足對(duì)其進(jìn)行經(jīng)改性后，可使它具有選擇性大、無(wú)毒、價(jià)廉等顯著特點(diǎn)。改性后的天然高分子絮凝劑按原料來(lái)源的不同，可分為淀粉衍生物、纖維素衍生物、植物膠改性產(chǎn)物、多糖類及蛋白質(zhì)改性產(chǎn)物等幾大類。在眾多天然改性高分子絮凝劑中，淀粉來(lái)源廣，價(jià)格低廉，產(chǎn)物完全可被生物降解，可在自然界中形成良性循環(huán)；另外，來(lái)源于甲殼類動(dòng)物、昆蟲的外骨骼的主要成分的天然有機(jī)高分子化合物甲殼素也被用于絮凝劑的開發(fā)，對(duì)其進(jìn)行分子改造，脫除其乙酰基，得到殼聚糖，就形成了一種很好的陽(yáng)離子絮凝劑。由于這類物質(zhì)分子中均含有酰胺基及氨基、羥基，因此具有絮凝、吸附等功能，不僅對(duì)重金屬有鰲合吸附作用[2]，還可有效地吸附水中帶負(fù)電荷的微細(xì)顆粒。

1.3微生物絮凝劑

微生物絮凝劑是通過(guò)發(fā)酵、提取、純化而獲得的一種安全、高效、無(wú)毒、無(wú)二次污染、能自行降解、使用范圍廣的新一代絮凝劑[3]。微生物絮凝劑主要有微生物細(xì)胞和微生物細(xì)胞分泌產(chǎn)物兩種。微生物產(chǎn)生的絮凝劑物質(zhì)為多糖蛋白、粘多糖、蛋白質(zhì)、纖維素、DNA等高分子化合物，分子量多在105Da以上。微生物絮凝劑功能的發(fā)揮與其結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，如線性結(jié)構(gòu)利于吸咐膠體顆粒形成大的絮塊，而交聯(lián)和支鏈結(jié)構(gòu)會(huì)因空間位阻使吸咐效率降低。同時(shí)，分子量越大則分子鏈就越長(zhǎng)，所帶電荷和活性吸附部位就越多，架橋效應(yīng)、電中和效應(yīng)和卷掃效應(yīng)就越顯著，絮凝越徹底；但分子量過(guò)大，分子鏈必然會(huì)因過(guò)長(zhǎng)而折疊，反而會(huì)影響膠粒的靠近，削弱絮凝效果[4]。影響微生物絮凝劑絮凝能力的因素很多，主要包括溫度、pH值、金屬離子、絮凝劑濃度等。

由于微生物絮凝劑可以克服無(wú)機(jī)和有機(jī)高分子絮凝劑使用成本高，絮凝效果低，存在二次污染且對(duì)人體有害等缺陷，因此，作為一種新型水處理劑，微生物絮凝劑的研究正成為當(dāng)今世界天然可降解生物絮凝制品研究的熱門領(lǐng)域。

1.4復(fù)合型絮凝劑

復(fù)合型絮凝劑是一種新型高效環(huán)保型復(fù)合式水處理劑，它改變了水處理領(lǐng)域傳統(tǒng)的單一處理方式，降低成本和對(duì)環(huán)境的影響。近年來(lái)研究人員發(fā)現(xiàn)在處理廢水等復(fù)雜、穩(wěn)定的分散體系時(shí)，復(fù)合絮凝劑表現(xiàn)出優(yōu)于單一絮凝劑的效果。

從化學(xué)組成上來(lái)看，復(fù)合型處理劑可分為無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合絮凝劑和微生物無(wú)機(jī)復(fù)合型絮凝劑兩大類。無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合絮凝劑具有適應(yīng)范圍廣，pH值適應(yīng)性大，對(duì)低濃度或高濃度水質(zhì)、有色廢水、多種工業(yè)廢水都有良好的凈水效果，而且污泥脫水性好等特點(diǎn)。復(fù)合型絮凝劑的復(fù)配機(jī)理主要與協(xié)同作用有關(guān)：一方面污水雜質(zhì)為無(wú)機(jī)絮凝劑所吸附，發(fā)生電中和作用而凝聚;另一方面又通過(guò)有機(jī)高分子的橋連作用，吸附在有機(jī)高分子的活性基團(tuán)上，從而網(wǎng)捕其它的雜質(zhì)顆粒一同下沉，起到優(yōu)于單一絮凝劑的絮凝效果。目前國(guó)內(nèi)相關(guān)的技術(shù)有高聚合硅酸鐵處理劑、聚合硫酸鐵硅處理劑以及復(fù)合型聚鐵處理劑等[5]。

2．常用絮凝劑的比較

通過(guò)上述常用絮凝劑的基本原理和特點(diǎn)進(jìn)行分析，對(duì)比其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，可總結(jié)得出以下幾點(diǎn)：

2．1無(wú)機(jī)絮凝劑在使用過(guò)程中存在投加量大、產(chǎn)生的污泥量大、絮體較松散、含水率很高、污泥脫水困難、殘留在水中的鋁離子會(huì)導(dǎo)致二次污染、鐵離子會(huì)對(duì)設(shè)備有腐蝕作用、運(yùn)行費(fèi)用高等諸多缺點(diǎn)，從而制約了其發(fā)展。

2．2無(wú)機(jī)高分子和合成有機(jī)高分子絮凝劑在使用過(guò)程中因投加量少，形成的絮體大、強(qiáng)度大、不易破碎、不增加泥量、降低了熱值、無(wú)腐蝕性，所以在污水處理中一直發(fā)揮著極其重要的作用。但是由于這種絮凝劑一般均難降解，有些還具有一定的毒副作用，產(chǎn)生的污泥體積龐大且廢渣含水率高，價(jià)格也相對(duì)較貴，因此目前其研究開發(fā)熱點(diǎn)在于如何優(yōu)化性能，克服缺點(diǎn)。

2．3復(fù)合型絮凝劑克服了無(wú)機(jī)和有機(jī)高分子絮凝劑在水處理過(guò)程中需要分步加入、工藝繁瑣、設(shè)備投資大、成本相應(yīng)偏高的缺點(diǎn)，而且兼具無(wú)機(jī)和有機(jī)高分子絮凝劑的優(yōu)點(diǎn)，所以它的適用范圍廣泛，尤其對(duì)低濃度或高濃度水質(zhì)、有色廢水、多種工業(yè)廢水都有良好的凈水效果。

2．4微生物絮凝劑無(wú)二次污染，具有使用安全、方便、絮凝效果良好以及獨(dú)特的脫色效果，適用范圍廣、絮凝活性高、易于生物降解等優(yōu)點(diǎn)，屬于綠色環(huán)保產(chǎn)品。但是微生物絮凝劑原材料價(jià)格過(guò)高，絮凝劑產(chǎn)量低，所以目前還沒有大規(guī)模的實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用。

3.展望

絮凝劑的發(fā)展已由無(wú)機(jī)向有機(jī)化、低分子向高分子化、單一向復(fù)合型轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)變，絮凝劑產(chǎn)品也逐漸多樣化、專門化、環(huán)保化，但追求高效、廉價(jià)、環(huán)保始終是絮凝劑研制的目標(biāo)，所以復(fù)合絮凝劑和微生物絮凝劑的研制開發(fā)已成為當(dāng)前絮凝劑的一個(gè)重點(diǎn)發(fā)展方向，特別是微生物絮凝劑開發(fā)研究已成為當(dāng)今絮凝劑研究的熱點(diǎn)，有取代傳統(tǒng)絮凝劑的趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)選育出不少優(yōu)良菌株，雖然還沒有實(shí)際生產(chǎn)中得到推廣應(yīng)用，但是隨著混合菌培養(yǎng)技術(shù)、基因工程技術(shù)、生物投菌法、固定化生物強(qiáng)化技術(shù)、生物流化床等新技術(shù)、新工藝的投入，微生物絮凝劑的發(fā)展將進(jìn)入一個(gè)新的歷史階段。

【參考文獻(xiàn)】
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［5］李燦華.用冶金渣制備聚硅硫酸鐵的研究[J].廣化工，2006，24(1):27-29.作者簡(jiǎn)介：岳巍，男，給排水專業(yè)，包頭市供水總公司管網(wǎng)修建公司，工程師。來(lái)源：谷騰水網(wǎng)