水处理絮凝剂的种类及絮凝机理概述

霍原非　刘可凡　唐新峰

摘要：我国的水污染问题极其严重，使用絮凝剂进行水处理是现在应用最广、适用性最强、价格最低廉的方法。为此，本文综述了几种主流水处理絮凝剂的发展现状及絮凝机理，总结了其存在问题，并对水处理絮凝剂的发展前景进行展望。

关键词：水处理;絮凝剂;水环境恶化;水资源短缺

随着我国人口的不断增加和工业的快速发展，引起水环境的恶化日益严重，水资源短缺问题不断加重，我国已经成为水资源短缺和污染比较严重的国家，尤其在严重缺水的北方矿区，水资源短缺已经成为了矿区人们生产与生活的障碍，所以解决缺水问题已经刻不容缓，处理水污染问题极其重要，而使用絮凝剂进行水处理是现在应用最广、适用性最强、价格最低廉的方法。因此，本文综述了几种主流水处理絮凝剂的发展现状及絮凝机理，总结了其存在问题，并对水处理絮凝劑的发展前景进行展望。

1.絮凝剂的发展现状

根据化学成分分类，絮凝剂主要可以分为无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂和复合絮凝剂四种[1] 。

1.1无机絮凝剂

无机絮凝剂最先出现于古希腊，包括低分子絮凝剂和高分子絮凝剂两类[2] 。低分子絮凝剂主要是金属盐类，如明矾、氯化铁，原材料容易获得、价格便宜、使用简便，但投入的量大，絮凝效果相对别的絮凝剂较差，并且对环境有害，无机高分子絮凝剂是在其基础上产生的，如聚合氯化铁、聚合硫酸铝，具有高效、价格低廉等优点，但有容易腐蚀设备，后期处理困难，有金属氢氧化物和金属离子残留等不足之处。

1.2有机絮凝剂

这种絮凝剂以有机高分子絮凝剂为主，最早出现在上世纪50年代，主要有人工有机高分子絮凝剂和天然高分子改性絮凝剂两种。人工有机高分子絮凝剂可依据解离后官能团上电荷的不同分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性型絮凝剂，如聚乙烯吡啶、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和改性聚丙烯酰胺，其毒性较小[3] 。而天然高分子改性絮凝剂如蛋白素和干乳酪蛋白质不仅制备材料容易获得，而且容易生物降解，对环境危害小。这两种有机絮凝剂吸附沉降迅速，消耗量低，受污水环境因素影响小，但大部分的有机絮凝剂以及它的反应物都有毒，而且不经济，故其研发存在较大的阻力和困难。

1.3微生物絮凝剂

微生物絮凝剂是20世纪80年代出现的利用现代生物技术通过生物发酵、抽提、精制产生的具备絮凝能力以及生物降解性和安全性的新型水处理絮凝剂。比如酱油曲霉和红平红球菌[3] 。相比于其他絮凝剂，微生物絮凝剂具有效率高、没有毒性或毒性小、易生物降解、无二次污染等许多优点，但是特定微生物品种培养难度大、成本高、产量低，并且工业化的难度大，极大地限制了其大规模地推广使用。

1.4复合絮凝剂

复合絮凝剂可以有效应对污水复杂多变、性质不稳定的状况，可以发挥多种组分的协同效应，克服单一絮凝剂的诸多不足，显现更加优良的性能特征，是近几年的研究热点。复合絮凝剂主要有无机-无机复合絮凝剂（聚硅酸硫酸铝、聚硅酸硫酸铁）、无机-有机复合絮凝剂（PAFC-PA，复合絮凝剂）、有机-有机复合絮凝剂三类（淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物）三种，但这三种复合絮凝剂也各有不足[4] 。无机-无机复合絮凝剂的用量大，产生废物多，无机-有机复合絮凝剂的稳定性不佳，并且产生的单体有毒，而有机-有机复合絮凝剂不仅毒性较大，而且价格较高。

2絮凝机理

目前已研究的几种絮凝作用机理主要包括：吸附电中和作用、高分子絮凝剂吸附架桥作用和絮体的卷扫网捕作用，无机絮凝剂和合成有机高分子絮凝剂可以经由这三种作用进行絮凝，天然高分子有机絮凝剂则主要是经由前两种作用进行[2] 。微生物絮凝剂的絮凝机理与架桥吸附作用相似，但由于研究时间不长，当前还没有特别清晰，有待进一步研究。

3.总结与展望

本文综述了水处理絮凝剂的种类及其絮凝机理，研究发现无机絮凝剂虽然原材料容易获得、价格便宜、使用简便，但投入的量大，絮凝效果相对别的絮凝剂较差，并且有金属离子和金属氢氧化物残留，对环境有害。有机絮凝剂效率相对较高，但大部分有机物絮凝剂及其产生单体的毒性较大，而且不经济。微生物絮凝剂虽然效率高、没有毒性或毒性小、易生物降解、无二次污染，但特定微生物培养难度大、成本高、产量低，工业化的难度大。并且这三种絮凝剂无法应对污水复杂多变、性质不稳定的状况，因此研究的重点应该放在复合絮凝剂的研究上。权衡改进难度，本文认为更应该着重改进无机-有机复合絮凝剂稳定性不足，解决产生有毒单体的问题。

参考文献：

[1] 吴法军.常用水处理絮凝剂应用综述[J].新疆有色金属，2013，36（06）：60-62.

[2] 宋静.新型有机无机絮凝剂的制备及性能研究[D].天津工业大学，2016.

[3] 邹永强.淀粉改性高效絮凝剂的合成与应用研究[D].西北大学，2016.

[4] 常鼎伟.含钛无机高分子絮凝剂的制备及其效能研究[D].天津科技大学，2017.

（作者单位：东北大学秦皇岛分校）