絮凝剂在水处理中的应用与研究进展

文_王瑞 许婷婷 张逸飞 南京科技职业学院生物与环境学院

絮凝法具有投资成本低、操作简便、运行稳定、处理效果好等优点，在水处理领域具有较大的优势，被广泛用于污水预处理、深度处理和微污染水源处理等方面。在絮凝处理过程中，是通过添加一定量的絮凝剂，使水中的胶体颗粒物失去稳定状态，在吸附、粘结、架桥等作用下，聚集形成较大的絮体，再利用沉淀或气浮等方法去除絮体。絮凝剂按照其性质和成分不同，通常分为无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂和复合类絮凝剂四种类型。其中，无机絮凝剂又分为无机低分子絮凝剂和无机高分子絮凝剂两种类型，有机絮凝剂分为天然有机高分子絮凝剂和合成有高分子机絮凝剂两种类型。

1 无机絮凝剂

1.1 无机低分子絮凝剂

无机低分絮凝剂是一类低分子无机盐，主要有铝盐类、铁盐类无机低分子絮凝剂两种类型。其中常用的铝盐类无机低分子絮凝剂有硫酸铝、氯化铝和明矾等，常用的铁盐类无机低分子絮凝剂有三氯化铁水合物、硫酸亚铁水合物和硫酸铁等。无机低分子絮凝剂具有制备工艺简单、价格低廉、使用简便等优点，但存在投加量大、聚集速度慢、形成的絮体小、腐蚀性强、处理效果差等缺陷，很难满足当前水处理的要求。

1.2 无机高分子絮凝剂

20 世纪60年代以来，无机高分子絮凝剂在传统的铝盐、铁盐絮凝剂基础上逐渐发展起来，主要有聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁等。与传统无机低分子絮凝剂相比，此类絮凝剂可提供更多的络合离子，在增强网捕作用的同时，能较好破坏胶体稳定性，大幅提升水处理的效果。但随着科技的发展，研究表明，铝盐类絮凝剂使用后残留在水中的铝会诱发人体神经系统病变、骨骼系统发育不良、肾脏和心脑血管等疾病。铁盐类无机絮凝剂虽对人体相对安全，但有一定的腐蚀性，易造成设备腐蚀，且残留在水中铁化合物的浓度若达到0.1～0.3mg/L 时，会影响水的色、嗅、味等感官性状，使其在应用中受到了一定的限制。近年来，对传统无机高分子絮凝剂进行改性或开发环保型无机高分子絮凝剂成了当前研究的热点，以期在提高絮凝效率的同时减少铝盐和铁盐类絮凝剂所带来的危害。喻德忠等采用慢速滴碱法制备出一种新型聚合氯化钛无机絮凝剂，研究表明，当pH 为3 ～4，碱化度为1.5，投加量（以Ti计）为1000mg/L 时，F-去除率可达95%，且温度及等共存离子对絮凝效果影响较小。

2 有机絮凝剂

2.1 合成有机高分子絮凝剂

合成有机高分子絮凝剂具有用量小、产泥少、絮凝能力强、沉淀速度快等优点，在水处理领域具有广阔的应用前景。合成有机高分子絮凝剂按官能团离解后所带电性不同，可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性离子型有机高分子絮凝剂四种类型。其中，阳离子型合成有机高分子絮凝剂主要有聚丙烯酰胺及其衍生物、二甲基二烯丙基氯化铵的均聚物等，是目前有机高分子絮凝剂品种发展的主要方向，主要适应于处理废水中表面带负电的胶体颗粒物。

阳离子型合成有机高分子絮凝剂中使用最多的是阳离子聚丙烯酰胺，但其聚合单体丙烯酰胺却有较强的神经毒性，因此，在聚合过程如何降低单体的残留是今后急需解决的问题。阴离子型合成有机高分子絮凝剂主要用于加快无机质悬浮液，特别是重金属氢氧化物等阳离子带电粒子的沉降、悬浮分离。非离子型有机高分子絮凝剂主要通过借质子化作用在水溶液中而产生短暂性电荷，形成的絮体小且不稳定，主要用于加快无机悬浮液沉降，其絮凝效果较差；两性离子型合成有机高分子絮凝剂同时具有带阴、阳电荷的官能团，兼具阳离子型和阴离子型合成有机高分子絮凝剂的综合性能，可用于处理正负电荷颗粒共存的废水体系，这类絮凝剂在目前在水处理领域应用较少。

2.2 天然有机高分子絮凝剂

目前，常用的天然有机高分子絮凝剂主要有淀粉基絮凝剂、壳聚糖基絮凝剂、纤维素基絮凝剂絮凝等。天然有机絮凝剂具有绿色环保、无毒、价格低廉、易于生物降解等优点，也存在电荷密度小、相对分子量较低、易发生生物降解而失去活性等缺点。为了克服这些缺点，可采用醚化法、脂化法、氧化法等化学方法对天然有机高分子絮凝剂进行改性。但改性的实验步骤比较繁琐，难以实现大规模的工业化生产。随着天然有机改性絮凝剂产业的发展，天然高分子改性絮凝剂以其独特的优势将有着更加广阔的发展前景。高树生等合成了一种新型改性壳聚糖类絮凝剂（M-CTS），对比评价了M-CTS、聚铝及阳离子型聚丙烯酰胺（CPAM）对某气田含醇废水的除油、除悬浮物效果，研究表明，M-CTS 的处理效果明显优于PAC 和CPAM。有研究人员接枝聚二烯丙基二甲基氯化铵对木薯淀粉进行改性，在接枝率分别为1.76%、14.84%和21.98%时，对模拟高岭土悬浮液的絮凝性能进行评价，与糊化淀粉相比，改性后的絮凝剂提高了浊度和TSS 的去除率，且浊度和TSS 的去除率均随接枝率和用量的增加而增加。

3 微生物絮凝剂

微生物絮凝剂是一类由微生物发酵、培养产生的具有一定絮凝活性的代谢产物，其主要成为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素和脱氧核糖核酸等高分子化合物。微生物絮凝剂具有易生物降解、絮凝效率高、安全无毒、无二次污染等特点，是一种绿色环保的絮凝剂，可广泛应用于给水及污、废水的处理。尽管在水处理领域微生物絮凝剂有诸多优点，应用市场前景广阔，但在实际的生产和使用过程中，微生物絮凝剂存在菌种对环境要求较高、稳定性差、防腐保质期短、生产成本高等缺点，一定程度上制约了其规模化应用。当前，如何开发多种菌群协作的复合型微生物絮凝剂、降低微生物絮凝剂制备成本、絮凝机理等方面是研究的重点。司晓光等以产微生物絮凝剂的芽孢杆菌DHS-63 为出发菌株，采用常压室温等离子体诱变系统进行诱变得到一株遗传稳定的突变株A265,其絮凝活性提高了12.9%，且遗传性状稳定，适合放大生产。

4 复合絮凝剂

复合絮凝剂是指由两种或多种絮凝剂复配所形成的高分子絮凝剂，复合絮凝剂可克服单一絮凝剂的不足，充分发挥多种絮凝剂的协同作用，产生显著的增效互补作用，是环境友好的新一代絮凝剂。复合絮凝剂按各组分化合物类型不同，可分为无机-无机复合絮凝剂、无机-有机复合絮凝剂、无机/有机-微生物复合絮凝剂等类型。在多种类型的复合型絮凝剂的综合比较中发现，无机-有机复合絮凝剂可充分发挥高效的电中和作用和吸附架桥作用，能达到更好的絮凝效果，并可节约成本，是近年来高效和经济型絮凝剂研究的主流方向。

李敏采用聚合硫酸铁和聚二甲基二烯丙基氯化铵合成一种复合絮凝剂，该复合絮凝剂对总磷的去除率可达98%以上，在弱酸性到中性的pH 值范围内有较好的除磷效果，且受不同初始总磷浓度影响较小。仝海娟等采用聚硅酸铝铁/羧基壳聚糖复合絮凝剂对硫化黑染料废水进行处理，研究表明，在转速为50r/min，聚硅酸铝铁和羧基壳聚糖的质量配比为3，废水pH值为9.0，絮凝剂用量为60mg/L 条件下，复合絮凝剂对硫化黑染料废水有较好的处理效果，废水的COD、色度、浊度去除率分别为92.1%、88.6%、96.3%。

5 结语

随着工业的迅速发展和工业产品的多样化，废水的种类和数量日趋增多，且废水中的污染物成分愈加复杂，采用絮凝法处理时，单一絮凝剂往往很难达到理想的处理效果。应根据不同的废水水质特征，开发针对性强、絮凝效果好、处理成本低、环境友好的绿色复合絮凝剂。此外，还应进一步深化絮凝剂的絮凝机理和使用过程智能化管理等方面研究，以提高絮凝剂的使用效率。