水处理絮凝剂研究现状与前景

张进武

（兰州交通大学环境与市政工程学院，甘肃 兰州 730070）

引言

水处理絮凝剂常用于给水和污水处理领域，通过絮凝沉淀的方法有效去除水体中部分溶质和悬浮颗粒，是一种在全世界范围内广泛应用的水处理药剂。我国对絮凝剂的研发始于上世纪60 年代，进入21 世纪以后，相关领域（环境科学与资源利用、有机化工、轻工业手工业、矿业工程和石油天然气工业等，如图1所示。）研发数量逐年快速攀升，技术研究与开发、工程研究、应用研究和基础研究等成果丰硕，1980 年以来该领域在CNKI 数据库中学术论文数量统计结果，如图2 所示。同时，产生了一批优秀的学术团队和群体，在CNKI 数据库中学术论文发表数量超过80 篇以上的团队有3 个，分别是兰州交通大学常青团队、山东大学高宝玉团队和重庆大学郑怀礼团队，如图3所示。

图1 絮凝剂相关领域研发成果所在主要专业学科及其占比

图2 1980 年以来CNKI 数据库中有关絮凝剂研究的论文发表情况

图3 CNKI 数据库中絮凝剂研发领域国内顶尖的研究团队

水处理絮凝剂按其化学构成，可分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两大类，无机絮凝剂常见的主要有低分子类和高分子类的铁盐、铝盐絮凝剂，硅酸盐絮凝剂和复合絮凝剂等；有机絮凝剂包括天然有机高分子絮凝剂及其改性，合成有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂[1-5]。目前，水处理药剂研发倾向于复合、高效、多功能和低毒无公害的绿色产业方向发展，国内外学者主要集中于微生物絮凝剂，改性天然有机高分子絮凝剂，合成高分子絮凝剂和复合絮凝剂（无机-无机、无机-有机、有机-有机）的研发[6-9]，本文基于大量相关研究内容[10-16]，归纳总结了水处理絮凝剂的研究现状，并初步分析了絮凝剂研发与应用的前景。

1 无机絮凝剂

无机絮凝剂由无机组分构成，应用范围广泛，能够在较大的pH 值范围内使用，对胶体、微粒、溶解有机物等有很好的絮凝作用，其工作原理主要是通过增加絮凝颗粒间的碰撞，使其水解聚集、电性中和及架桥，絮凝后沉淀去除。无机絮凝剂按金属盐可分为铝盐系和铁盐系，按阴离子成分可分为盐酸盐系和硫酸盐系，按分子量的大小可分为低分子系和高分子系。

传统无机絮凝剂包括两大类，分别为铝盐（硫酸铝、氯化铝等）和铁盐（硫酸铁、氯化铁等），同时传统无机絮凝剂是最早使用的第一代絮凝剂。无机高分子絮凝剂，如聚合氯化铝、聚合硫酸铝、活性硅土等。改性无机絮凝剂包括改性的单阳离子无机絮凝剂和改性的多阳离子无机絮凝剂[10]，各举一例说明，相比较聚合氯化铝，磷酸根离子合成的聚合磷硫酸铁（改性单阳离子）絮凝剂，其P043-影响Fe3+的水解和聚合反应，形成多核络合物及网络结构，提高聚合硫酸铁的絮凝效果[11]。张颖[12]研究了酸改性火山岩无机矿物材料（改性多阳离子）絮凝剂，与PAC 对比发现，二者对模拟牛奶废水浊度的最佳去除率分别为97.57%和98.7%，但在絮凝沉降速率和分离沉降性方面，新开发材料具有明显优势。

2 有机絮凝剂

相较于无机絮凝剂，其絮凝速率快，受酸碱度和温度影响小，污泥量少，用量少等优点。目前使用较多的主要是合成有机高分子絮凝剂，但是该类絮凝剂也存在一些缺点：溶解费时费力，设备庞大等。

2.1 天然有机高分子絮凝剂及其改性

天然有机高分子絮凝剂，按照其主要天然成分，可以分为：壳聚糖类、木质素类、树胶类、褐藻胶类、动物胶类、明胶类、改性淀粉类和改性纤维素类等。由于天然有机高分子易于生物降解、分子量低和电荷密度小的特质，近年来，天然有机高分子的改性研究相对较多，且新开发材料具有良好的效果，郑洁[13]研发了两种改性天然高分子材料，壳聚糖基絮凝剂和阿拉伯树胶絮凝剂在模拟营养废水去除四环素实验中，效果良好。

2.2 合成有机高分子絮凝剂

分为非离子型、阳离子型、阴离子型和两性，其中聚丙烯酰胺是使用最多的类型，近年来，研究热点主要有阳离子有机高聚物和两性高分子絮凝剂等，包括聚丙烯酰胺的改性、聚亚胺、环氧氯丙烷与胺类的产物、聚季胺等。

2.3 微生物絮凝剂

微生物絮凝剂的研发是全世界共同关注的热点，其利用微生物技术，通过细菌、真菌等或其分泌物产生的代谢产物，发酵、提取、最终制得。微生物絮凝剂具有无毒、无二次污染、具有生物分解性和安全性等特点。但缺点也很突出，对污水水质具有一定的要求。韩明眸等[14]指出微生物絮凝剂在印染废水、含油废水、污泥脱水和重金属废水等领域广泛应用并取得了成功，目前该领域的研究主要集中于絮凝剂产生菌、絮凝特性、培养条件和条件优化等方面。Huang 等[15]研究证明在重金属废水的去除研究中，生物吸收和絮凝之间存在协同效果，可见微生物絮凝剂在适应水质方面的可能性。

3 复合絮凝剂

通过多物质的复合，形成具有大分子量的共聚物，大量实验证明[12，13，16]，复合优于单一絮凝剂。孙浩等[16]研究了无机高分子絮凝剂（聚合氯化铝和聚合硫酸铁）、合成有机高分子絮凝剂（阳离子聚丙烯酰胺和阴离子聚丙烯酰胺）单独使用和复配后的絮凝沉降效果发现聚合硫酸铁-阳离子聚丙烯酰胺复合联用具有最好的絮凝沉淀效果。可见在大多数复合的情况下，絮凝剂既克服了单一的不足，也充分发挥了多种絮凝剂的协同增效的作用。

4 结语

目前絮凝剂种类繁多，因水质差异，所以在实际生产、生活当中，所选用絮凝剂种类也因时而异、因地制宜。总的而言，面对处理水质日益复杂和人民群众对水安全、用水健康的要求不断提高的需求下，复合絮凝剂基于其特性对于应对突发和复杂水质具有重要的研发意义，微生物絮凝剂由于其无二次污染，环保友好等特点，随着技术革新，其可能在未来替代传统絮凝剂，实现大规模工业应用。