水处理絮凝剂的研究及应用进展

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摘要：水的净化处理方法中， 絮凝沉淀法使用的絮凝剂， 根据化学成分不同， 可以分为无机、有机、天然高分子、微生物和复合絮凝剂。详细介绍了水处理絮凝剂的种类、使用性能及其研究进展。

关键词：水处理 絮凝剂 综述 研究进展

一、概况

絮凝作为一种经济有效的手段，被广泛用于给排水处理中。絮凝效果的好坏，主要取决于不同絮凝剂的性能。现行水处理工艺中的絮凝剂主要分为无机絮凝剂和有机高分子絮凝剂两大类。其中，有机高分子絮凝剂又分为人工合成高分子絮凝剂，天然高分子絮凝剂和微生物絮凝剂三种类型。

二、絮凝剂种类

1.无机絮凝剂

无机絮凝剂广泛用于水处理，按相对分子量可分为无机低分子絮凝剂和无机高分子絮凝剂。

1.1无机低分子絮凝剂

分为铝盐系和铁盐系。常用铝盐有Al2（SO4）3和明矾；常用铁盐有FeCl3水合物、FeSO4水合物和Al2（SO4）3。该絮凝剂价格低、资源充足，但用量大，残渣多，效果差，已基本上完成了低分子向高分子转变。

1.2无机高分子絮凝剂

无机高分子絮凝剂主要有聚铝和聚铁。刘胜兵[ ]通过实验证明聚合铝铁絮凝剂的絮凝效果比传统无机盐絮凝剂高2～3倍。无机高分子聚铁投入处理水中后，即可直接吸附在颗粒表面，发挥很强的电中和及架桥粘结作用。无机高分子的絮凝机理类似于有机高分子，但分子量和尺度远低于有机高分子，主要借助微米级小颗粒相互聚集成链状物进行电中和及架桥作用，同时本身又逐步转化为凝胶沉淀物形态，它的絮凝作用介于传统絮凝剂和有机絮凝剂之间。

2.有机高分子絮凝剂

与无机絮凝剂相比，有机高分子絮凝剂结构多样、活性基因多、相对分子量高，具有用量少、浮渣产量少、絮凝能力强，絮体容易分离、除油及除悬浮物效果好等优点，产品以聚丙烯酰胺（PAM）系列为主，广泛用于石油、印染、食品、化工、造纸工业等废水处理中。按其官能团离解后所带电荷不同，主要分为以下三种。

2.1阳离子有机高分子絮凝剂

这是目前有机高分子絮凝剂发展的主要方向，适合用来除去废水中的有机物。于晟显等[ ]研究表明：通过控制合成条件，可以改变阳离子高分子絮凝剂的分子量和电荷密度，以适应各种实际需求。阳离子絮凝剂不仅通过电中和、架桥使微粒脱稳絮凝，还能与带负电的溶解物反应生成不溶物，对有机物和无机物都有很好的净化作用。

2.2阴离子有机高分子絮凝剂

这是一种易受PH和盐影响的絮凝剂。因为在酸性介质中羟基解离受限，对某些矿物质的吸附较弱。另外，由于分子结构中存在带负电荷的强亲水基团，它对表面带负电荷的胶体微粒只有选择絮凝作用，若悬浮物表面负电荷增加，絮凝效果变差甚至不絮凝。由于本身的不足，有关阴离子型有机高分子的新产品研究较少，常用的只有聚丙烯酸钠、丙烯酰胺与丙烯酸钠共聚物，聚苯乙烯磺酸钠等。

2.3兼性有机高分子絮凝剂

高分子链上同时含有正负两种电性基团，有电中和、吸附架桥和分子间缠绕包裹作用，能使污泥颗粒粗大，脱水性好。在不同介质条件下，离子类型可能不同，适于处理带不同电荷的污染物。周耿华等[ ]研究发现： 经其处理过的污水化学需氧量、透光率及污泥滤饼含水量等指标优于国内同类产品，显示出优良的絮凝性能。在酸性、碱性介质均可使用，抗盐性也较好，现已成为国内外研究的热点。

3.天然高分子絮凝剂

天然高分子具有来源丰富、安全无毒、可降解等优点，其分子内活性基团多，可根据需要采用不同方法进行改性，增强絮凝效果。但其电荷密度小、易降解失活， 因此使用范围远小于合成高分子絮凝剂。

3.1淀粉衍生物絮凝剂

淀粉分子带有很多羟基，通过羟基的化学改性，聚合物呈枝化结构，分散了絮凝基团，因而对悬浮体系中颗粒物有更强的捕捉与促沉作用。马永梅[ ]对阳离子淀粉絮凝性能的研究表明，阳离子淀粉对印染废水具有优异的脱色效果。马希晨等[ ]合成的两性高分子絮凝剂，对印染和造纸污水的浊度和化学耗氧量去除率优于水解聚丙烯酰胺（HPAM）。邰玉蕾[ ]等以淀粉为基材合成的阴离子天然高分子絮凝剂，对含阳离子的印染废水进行处理，结果表明它的絮凝脱色效果较好，且还优于阴离子型聚丙烯的脱色效果。

3.2木质素衍生物絮凝剂

木质素分子结构复杂，通过化学改性，可得到性能良好的絮凝剂。代军等用木质素合成木素季胺盐絮凝剂，并用于生活污水处理，沉降速度快，除浊效果好。

3.3甲壳素和壳聚糖类衍生物絮凝剂

对甲壳素分子脱去乙酰基，可得到性能良好的絮凝剂―壳聚糖。壳聚糖无毒安全，可降解，吸附性强，对重金属离子极微细颗粒有良好的吸附和鳌合作用。徐海宏等研究表明壳聚糖絮凝效果明显优于阴离子聚丙烯酰胺。

4.复合絮凝剂

复合絮凝剂克服了单一絮凝剂的许多不足，对低浓度或高浓度水质、有色废水、多种工业废水都有良好的净化效果。当前研究较多的是无机??有机复合型、无机合成有机高分子复合型。

4.1无机?有机复合型絮凝剂

这是一类新型高效絮凝剂，其开发对控制水污染具有十分重要的意义。李明亮等[ ]研究发现，复合后的pH使用范围更宽，絮凝浓度更小，絮凝效果明显增强。

4.2无机微生物复合型絮凝剂

微生物絮凝剂能使其他物质凝聚沉淀，且本身可降解，但目前制备和处理成本较高。因此，将微生物絮凝剂与传统絮凝剂进行复合，具有现实意义。董军芳等[ ]把微生物絮凝剂和硫酸铝进行复合，处理自来水原水，结果表明复合后的絮凝剂比任意一种絮凝剂处理效果都好，并把复合的最佳方案用于50L大批量自来水原水处理，获得较理想的结果。

三、结束语

水处理絮凝剂的发展经历了从最初的传统絮凝剂，到有机高分子絮凝剂；从天然有机高分子絮凝剂到合成有机高分子絮凝剂，再到基于生态安全的天然改性有机高分子絮凝剂；从单纯的无机或有机高分子絮凝剂到有机无机复合絮凝剂；从化学絮凝剂到生物絮凝剂。积极推进绿色化学技术，开发和推广对环境影响小，安全性高的新型絮凝剂，提高絮凝效率，将成为水处理行业发展的趋势。