无机絮凝剂在水处理中的应用现状

安雅敏，邱 建，徐 瑞，袁光伟，蒋佳凌，刘尚俭，彭图恒

(1.重庆工商大学环境与生物工程学院，重庆400067，2.重庆工商大学 环境保护研究所，重庆400067)

目前，我国水环境污染不断地增加，水源污染危机日益严重。供水紧张和污水净化成为我国面临的主要难题之一。随着人们环保意识的增强和我国可持续发展战略的实施，防止污染和保护环境的工作已经引起各级政府的高度重视。党的第十八次全国代表大会更是将生态文明建设提升到了与经济、政治建设同样的地位。因此工业水处理和环境保护要求也在不断的提高，随之废水处理的方法也在日益增多，有生化法、吸附法、化学氧化法、离子交换法、电渗析法、絮凝沉淀法等等。其中絮凝沉淀法作为一种物理化学处理法，因工艺简单，效率高，费用较低等优点而应用最为广泛。

在现代水处理中絮凝剂的种类很多，按其化学成分可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两大类，其中无机絮凝剂因其应用广，成本低而得到较大规模的使用。

1 无机絮凝剂的分类

无机絮凝剂按金属盐可分为铝盐系及铁盐系两类，铝盐以硫酸铝、氯化铝为主，铁盐以硫酸亚铁、氯化铁为主;按阴离子成分又可分为盐酸系和硫酸系;按分子量可分为普通无机盐和高分子系两大类。

普通无机盐絮凝剂包括氯化铝、硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁、氯化铁等，其中硫酸铝最早是由美国开发的，迄今为止一直是重要的无机絮凝剂之一［1］;无机高分子絮凝剂是20世纪60年代在传统的铝盐、铁盐的基础上发展起来的一类新型的水处理剂。按无机高分子复合絮凝剂的主要成分不同，可分为聚硅酸铝盐无机高分子复合絮凝剂、聚硅酸铁盐无机高分子复合絮凝剂和聚合铝铁盐无机高分子复合絮凝剂［2］。

2 无机絮凝剂在水处理中的应用

絮凝沉淀法是物化法中的一种，在废水处理中占有重要地位。它是指在絮凝剂的作用下废水中的胶体和细微悬浮物以及部分有机物凝聚为絮凝体然后予以分离去除的水处理方法。它最终能实现污染物的无害化处理，其特点为反应速度快、适用范围广、脱色效果好、易控制、不易产生二次污染等。

目前国内外普遍采用絮凝技术来提高水质，既经济又简便，因此絮凝技术被广泛应用于循环用水、工业废水的处理及污泥脱水等过程。

2.1 钢铁废水处理中的应用

钢铁工业作为高污染、高水耗的资源型产业，外排废水量约占全国总排废水量的8%，是用水和废水排放的大户。钢铁废水具有色度高、浮油多、主要污染物浓度变化大、水质不稳定等特点［3］。

絮凝剂可以脱除水中的微细颗粒、胶体物质，降低水中的COD值，还可以对废水进行除磷和脱色等作用［4］，因此絮凝剂在钢铁废水处理中占有重要地位。戴竹青等［5］采用均匀设计法以聚合氯化铝为絮凝剂处理炼铁厂废水，得到定量描述试验内在规律的多元非线性回归方程。考察了影响COD去除效果的主要因素。结果表明，在一定试验条件下，COD去除量、去除率均与pH值有关，pH值的最佳值在6～8之间。当pH值一定时，COD去除量、去除率存在最佳值，COD去除效率随着PAC投入量的增加而降低。无机高分子絮凝剂具有原料易得、价格便宜、脱色效率高等优点，其中聚合氯化铝和聚合硫酸铁被广泛应用于各大钢铁厂的废水处理中。包钢总排污水处理中心加药系统就用到了聚合硫酸铁和聚合氯化铝，投药地点分别是沉淀池和过滤工艺进水管，但运行过程中发现了一些问题，如大多数无机絮凝剂对COD的去除率偏低，药剂用量大，沉渣多，而且还会引起二次污染。

综上可知絮凝剂在钢铁废水的处理工艺中起着不可或缺的作用，因此新型絮凝剂开发研究日益增多。在“资源节约型、环境友好型”的两型社会目标下，有针对性地开发廉价、高效、环保的絮凝剂，是今后钢铁废水处理中新型絮凝剂研发的一个重要方向。

2.2 印染废水处理中的应用

印染废水是棉、毛、化纤等纺织产品在预处理、染色、印花和整理过程中所排放的废水，是工业生产中产生的主要带色废水［6］。印染废水的色度高、水量大、COD浓度高、含多种有机物成分且具有毒性，有一定的抗生物降解性和抗氧化性，因此印染废水已成为我国各大水域的重要污染源。

目前COD浓度高、B/C值较小、可生化性较差、色度高、组分复杂等是印染废水处理的主要难点［7］。许琦等［8］对硫酸亚铁、PAC、聚铁(PFS)和氯化铝等常用药剂处理印染废水的性能进行了对比实验，结果PAC的脱色效果最好，PFS的CODCr去除率最高。李硕文等［9］研究制备了性能稳定、效果良好的无机高分子絮凝剂聚硅酸硫酸铝，并同其他常用无机絮凝剂进行对比，结果表明，其对染色废水具有良好的处理效果。郭雅妮等［10］采用不同方法制备出两种聚硅酸铝絮凝剂(1#和2#)，用其处理印染废水，结果表明其去除COD及脱色性能较好，同时还可提高废水的可生化性，有利于废水的后续生化处理。张兆红［11］开发应用PFS－H2O2复合法处理印染废水，处理效果显著，处理后的水可达到国家规定的排放标准。夏畅斌等［12］研究利用煤矸石及硫铁矿烧渣作原料制备PSAAF并用于印染废水的处理，结果表明，PSAAF有良好的除浊、脱色和除COD性能，尤其对亲水性染料，具有独特的去除效果，其脱色机理是水合铝、铁离子的凝聚作用和聚硅酸的絮凝而产生的共沉淀。李国文等［13］选取碱式氯化铝作为絮凝剂，采用絮凝—气浮技术处理纺织印染废水，并推广到实际水处理工程中，运行效果较好。朱雪梅等［14］用含铁、铝金属核和含活性二氧化硅的交联剂进行硼的改性，合成了一种新型的含硼无机高分子聚硅酸铝铁絮凝剂(PFASSB)，对印染废水的絮凝实验表明，PFASSB去除COD的能力远大于聚铁、聚铝，特别对印染废水的SS和色度具有最佳的去除效果。刘永山等［15］用以聚合氯化铝、聚合硫酸铁为主的复合聚合物作净水剂，处理印染废水，其COD去除率为70% ～90%，脱色率可达96%。

综上所述絮凝法是处理印染废水色度的一种主要治理途径，因此在理论研究的基础上开发新型、高效、广谱的絮凝剂，开展优化合成工艺，寻找产品最适宜的条件十分重要。随着絮凝技术的不断完善，絮凝法在印染废水处理中将发挥更大的作用。

2.3 油田水处理中的应用

我国油田采用注水开发的方式，即以注入高压水驱动原油开采出来，随着开发的进行，采出原油的含水率逐渐上升，原油脱水后将产生大量的含油污水需要处理，把处理后的净化水代替地下水回注到地层中去，形成了循环利用水源开发油田的好方式，既保护了环境又获得了可靠的注水水源。但是油田污水中含有许多机械杂质悬浮物，以及油水分离后的残余油珠。这种水如果直接进入回注系统首先会促使细菌繁殖，给细菌提供了极好的营养源;油滴和悬浮物能大量吸附加入的杀菌剂和有机缓蚀阻垢剂，使这些药剂不能起到应有的杀菌、缓蚀、阻垢作用，油滴对某些悬浮物是很好的粘结剂，从而使过滤器很快堵塞或效率降低［16］。随着油田开发的深入，油田污水的处理成为一个难题。无机絮凝剂应用历史悠久，在油田水处理中有广泛应用。

当前在西欧、美国，无机高分子絮凝剂的生产已达到工业化和规模化。我国聚铝与聚铁的生产已建立起独具特色的工艺路线，满足了我国油田水处理的基本需要。在理论上，JohnEvanBenschoten等对PAC的水解反应进行了研究。汤鸿霄院士等对聚铝和聚铁的溶液化学与形态分布的研究成果已达到了国际水平，处于世界前沿［17］。

2.4 焦化废水处理中的应用

焦化废水是煤制焦炭、煤气净化及焦化产品回收过程中产生的以含酚类、油类等为主的高浓度难处理工业废水［18］，废水中的NH3－N、挥发酚等污染物浓度高对人类、水产及农作物有极大危害，必须处理后才能排放［19］。

兴虹等［20］研究了以炼钢污泥为原料制备聚合硫酸铁(PFAS)的方法，确定了合理的生产工艺和制备条件，用该絮凝剂处理焦化废水，并与聚合硫酸铁(PFS)的处理效果比较，结果表明，出水的CODcr、总氰化物、挥发酚、色度去除率分别提高约16.9%、12.5%、5.1%和5.3%。李广亮［21］研究发现硅藻土与铝盐和铁盐等无机絮凝剂复配后对焦化废水的处理效果会显著提高，与氯化铝复配的吸附效果要优于与氯化铁复配［22］;硅藻土与氯化铝复配时，当m(氯化铝)/m(硅藻土)为1时，其对焦化废水的处理效果最佳，COD、浊度、色度和 UV254去除率分别为40.14%，38.82%，37.81%，11.56%;与氯化铁复配时，当 m(氯化铁)/m(硅藻土)为1时，其对焦化废水的处理效果最佳，COD、浊度、色度、UV254去除率分别为36.01%，33.45%，19.35%，5.87%。

2.5 垃圾渗滤液处理中的应用

目前对垃圾渗滤液的处理已有一些报道，采用的处理工艺大多都是物化法生 化法等絮凝。刘智峰［23］等实验研究发现以硫酸铝作为絮凝剂对垃圾渗滤液进行预处理不但成本较低、操作简单、容易控制而且对色度、COD的去除有很好的效果。其最佳反应条件为:pH为6、温度为40℃、搅拌时间为15 min、投加量为16 g。此时色度明显减弱COD的去除率可达79.8%。

3 展望

絮凝剂的应用使水处理技术跨上新的台阶。目前需要深入研究其形态特征，提高产品质量和稳定性。无机低分子絮凝剂容易生产，价格低廉，但其存在一些缺点，如残留在水中的铝离子会导致二次污染;铁离子本身带有颜色，并对设备有腐蚀作用;投加量大，效果不明显等。故现在已很少使用无机低分子类絮凝剂。而无机高分子絮凝剂具有絮凝效果好，残留铝铁离子少的特点，是今后无机絮凝剂的主要研究和发展方向。

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