(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都，610065)

在水處理過(guò)程中，廢水中不但含有泥沙、大分子顆粒等，通常還有粒徑很小的塵土、腐殖質(zhì)、淀粉、纖維素、細(xì)菌等，這些物質(zhì)常與水形成溶膠的狀態(tài)，呈現(xiàn)出沉降以及聚合穩(wěn)定性，不能依靠重力自然沉淀的方法去除，因此必須加入絮凝劑。絮凝劑作為水處理的重要手段，具有應(yīng)用范圍廣、價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，因此在許多水污染處理工藝中都會(huì)加入絮凝劑以提高污染物的去除效率，從而達(dá)到水體達(dá)標(biāo)的目的。

絮凝劑種類豐富，根據(jù)原料不同可分為無(wú)機(jī)鹽類絮凝劑、無(wú)機(jī)高分子絮凝劑、有機(jī)高分子絮凝劑和生物絮凝劑。其作用機(jī)理非常復(fù)雜，與水溶膠的組成、藥劑的性能等有關(guān)，基本作用機(jī)理為雙電層壓縮作用、吸附架橋作用和沉淀物卷掃作用[1]。不同的絮凝劑的作用機(jī)理及其在不同的污水中的效果都是不同的，因此在選擇絮凝劑的時(shí)候要根據(jù)污水的實(shí)際情況選擇最佳的藥劑。本文將根據(jù)上述四種絮凝劑的特點(diǎn)、機(jī)理以及應(yīng)用進(jìn)行介紹，并對(duì)這些絮凝劑進(jìn)行比較。

1 無(wú)機(jī)鹽類絮凝劑

無(wú)機(jī)鹽類絮凝劑是最早使用的一類絮凝劑，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在水中的反應(yīng)機(jī)理也較為清楚，目前市面上使用較為廣泛的主要有兩類：鋁鹽和鐵鹽，常用的鋁鹽有硫酸鋁和氯化鋁；常用的鐵鹽有硫酸亞鐵和氯化鐵。該類絮凝劑的優(yōu)點(diǎn)是較經(jīng)濟(jì)、用法簡(jiǎn)單，但是用量較大，絮凝效果會(huì)比其他類別的絮凝劑差。

1.1 鋁鹽絮凝劑

硫酸鋁是最早出現(xiàn)的絮凝劑，其使用也最為廣泛，在飲用水和工業(yè)用水的凈化中具有重要作用。其作用機(jī)理是溶于水后，會(huì)發(fā)生水解，從而產(chǎn)生堿式鹽和氫氧化鋁，而氫氧化鋁具有聚合水中溶膠的能力，以達(dá)到凈化污水的目的。在徐勇[2]對(duì)硫酸鋁以及聚合硫酸鋁的絮凝過(guò)程研究實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，硫酸鋁的絮凝能力低于聚合硫酸鋁，且沒(méi)有除濁能力。此外硫酸鋁在污泥調(diào)質(zhì)中也有很普遍的應(yīng)用，能夠降低污泥的含水量。

氯化鋁和硫酸鋁都屬于鋁鹽，作用機(jī)理類似，用途也有相似的地方，如飲用水和工業(yè)用水處理，但氯化鋁還可以用于含油、含氟污水的處理。李國(guó)文等[3]利用堿式氯化鋁處理紡織印染廢水，并將其運(yùn)用到實(shí)際水處理工程中，發(fā)現(xiàn)絮凝的效果較好。但是氯化鋁在實(shí)際應(yīng)用中受pH值的影響很大，在使用時(shí)需要先調(diào)制成5%-10%的溶液后投加。此外氯化鋁對(duì)高氟水降氟具有特殊的作用，已用于飲用水的降氟處理，且效果都很好[4,5]。

1.2 鐵鹽絮凝劑

硫酸亞鐵[6,7]可以用于渾濁水澄清化，處理含重金屬?gòu)U水，此外還可以用于墨水、皮革等工業(yè)廢水的處理。它的作用機(jī)理是在水中分解生成氫氧化亞鐵和硫酸根離子，但是由于二價(jià)鐵的凝聚速度很慢，且受到pH值的嚴(yán)格控制，因此實(shí)際應(yīng)用中常常需要將其氧化生成氫氧化鐵后才進(jìn)行使用，且效果更佳。鐵鹽絮凝的機(jī)理是氫氧化鐵與水中的溶膠發(fā)生電中和脫穩(wěn)、吸附架橋或黏附網(wǎng)捕卷掃作用，從而使溶膠聚集形成粗大絮體，通過(guò)對(duì)絮體的去除，凈化水體。許琦[8]等對(duì)多種絮凝劑處理印染廢水的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，硫酸亞鐵的最佳操作條件為pH值8-10，投加量為400-500 ppm，但其在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)會(huì)因?yàn)樯扇齼r(jià)鐵而使水變色，因此在使用該絮凝劑時(shí)需要考慮色度的影響。

相對(duì)于氯化鋁，氯化鐵[6,7]形成的礬花密度和強(qiáng)度大，受水溫影響小，pH值的適用范圍廣、價(jià)格低廉，凈水效果更為顯著。但由于其強(qiáng)烈的吸水性，很難將其進(jìn)行大范圍的推廣應(yīng)用。此外氯化鐵在對(duì)污泥調(diào)質(zhì)中也有很重要的用途，它能產(chǎn)生大而重的絮體，使之能夠較易脫水[9]。

2 無(wú)機(jī)高分子絮凝劑

高分子絮凝劑的絮凝效果比低分子高很多，對(duì)設(shè)備的腐蝕性更低，且價(jià)格更為便宜，因此已經(jīng)慢慢成為主流絮凝劑。根據(jù)無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的離子類型，可簡(jiǎn)單的將其分為陽(yáng)離子型、陰離子型和無(wú)機(jī)復(fù)合型。

2.1 陽(yáng)離子型無(wú)機(jī)高分子絮凝劑

聚合氯化鋁[10]具有優(yōu)良的架橋吸附性能，吸附性和催化活性均較高，用量少，絮凝速度快，其水解過(guò)程較復(fù)雜，常常伴隨著電化學(xué)、凝聚、吸附、沉淀等多種物理化學(xué)過(guò)程，因此適用的范圍廣，如制藥廢水、制革廢水、電鍍廢水等，它還能同步去除水中重金屬、氟化物、油等物質(zhì)。此外還能與聚合硫酸鐵組合用于污泥調(diào)質(zhì)，提高污泥的脫水效果。在周珊[11]用聚合氯化鋁對(duì)含油廢水的去除實(shí)驗(yàn)中得出，該絮凝劑可有效去除廢水中含油量，對(duì)CODcr的去除也有一定效果，此外不需要調(diào)節(jié)廢水的pH值，使用簡(jiǎn)便。

聚合硫酸鐵也是一種優(yōu)良的絮凝劑，其水解后可以對(duì)懸浮在水中的膠體顆粒進(jìn)行電性中和，促使離子相互凝聚，并發(fā)生吸附、架橋交聯(lián)等作用，最后達(dá)到絮凝的效果。李明玉[12]利用聚合硫酸鐵作為處理造紙中段廢水的混凝劑時(shí)，其對(duì)pH值的適應(yīng)范圍廣(pH值 6-11)，在適宜的操作條件下，CODcr的去除率達(dá)到近80%。此外聚合硫酸鐵對(duì)污泥的脫水性能也有很大改變，但與它們的種類、濃度和投加量等條件相關(guān)。

2.2 陰離子無(wú)機(jī)高分子絮凝劑

聚硅酸即活性硅酸，為了減少聚硅酸的用量和提高其凈水效果，常常將金屬離子引入其中制成復(fù)合型絮凝劑，其主要是通過(guò)與水中懸浮物發(fā)生吸附架橋作用。李英贊等[13]通過(guò)制得的紅棕色液體聚硅酸鐵絮凝劑來(lái)處理廢水，結(jié)果表明，最佳條件下COD去除率最大達(dá)到75%，色度去除率達(dá)到80%。在聚硅酸中不但可以引入一個(gè)陽(yáng)離子，甚至可以引入兩個(gè)陽(yáng)離子或者三個(gè)陽(yáng)離子，且都能得到效果很好的絮凝劑。郭明紅[14]等通過(guò)制得的聚合硫酸鋁鐵錳絮凝劑，選取油田處理站現(xiàn)場(chǎng)的污水，當(dāng)加藥量為20 mg/L 時(shí)，去濁率為75.8%，去油率78.52%。

2.3 無(wú)機(jī)復(fù)合型高分子絮凝劑

聚合氯化鋁鐵是將鋁鹽和鐵鹽復(fù)合共聚在一起從而形成新型的無(wú)機(jī)復(fù)合型高分子絮凝劑，它的初凝時(shí)間、形成礬花的大小以及絮體沉降的速度都比聚合氯化鋁更好，且不會(huì)存在由于三價(jià)鐵的存在而導(dǎo)致出水的色度很差的問(wèn)題，在使用的過(guò)程中其藥效能夠更好地發(fā)揮作用，且利用率高，使水中的溶膠得到充分的聚集并沉淀。聚合氯化鋁鐵投入水中的反應(yīng)是以鋁鹽的水解為主, 形成高聚體，高聚體表面絡(luò)合鐵離子進(jìn)而使絮凝聚體呈正電性，使污水中懸浮物膠體雜質(zhì)發(fā)生凝聚沉淀。在張占梅[15]的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，聚合氯化鋁鐵的絮凝性能優(yōu)于聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁等物質(zhì)。

3 有機(jī)高分子絮凝劑

按照其原材料的成分，可以將有機(jī)高分子絮凝劑分為天然高分子和合成高分子，但是由于其制造復(fù)雜、成本高，且其毒性未得到有效的保障，特別是合成的絮凝劑，所以目前的應(yīng)用不普遍。在天然的有機(jī)高分子絮凝劑中主要有改性淀粉絮凝劑、改性纖維素絮凝劑、改性木質(zhì)素絮凝劑等；合成的有機(jī)高分子絮凝劑中以聚丙烯酰胺的應(yīng)用最多。

3.1 天然有機(jī)高分子絮凝劑

在自然界中淀粉是普遍存在的，由于其為天然的物質(zhì)，所以是一種綠色試劑原材料，因此改性的淀粉絮凝劑毒性低、易于生物降解、價(jià)格也比較低廉。它是利用物理、化學(xué)或酶的方法進(jìn)行處理，改變淀粉的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，增強(qiáng)其某些機(jī)能或形成新的特性。其大致可以分為非離子型、陽(yáng)離子型、陰離子型、兩性改性淀粉絮凝劑，主要以陽(yáng)離子型為主。不同的改性方法其絮凝效果會(huì)有所不同，如非離子型不具有電中和性能，因此效果較差；陰離子型多用于吸附重金屬；兩性改性的成本高，因此需要根據(jù)實(shí)際情況選擇最佳的改性方法。劉貴毅[16]用氫氧化鈉、三氯化鋁和無(wú)水碳酸鈉改性玉米淀粉，然后用于處理含油廢水，最佳條件下COD去除率達(dá)到77.94%、石油類去除率為61.2%、SS去除率為79.96%。當(dāng)然改性淀粉絮凝劑還可以應(yīng)用于印染廢水、造紙廢水、洗羊毛廢水等，都有良好的效果。同樣，改性纖維素絮凝劑、改性木質(zhì)素絮凝劑等也具有良好的絮凝效果。

3.2 合成有機(jī)高分子絮凝劑

合成的有機(jī)高分子絮凝劑也可以分為非離子型、陽(yáng)離子型、陰離子型、兩性改性這四類，其中聚丙烯酰胺是一種水溶性的高分子助劑，在選礦、煤炭、及污水處理中廣泛作為絮凝劑使用，且其可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行改性，使其具有更好的絮凝效果。其作用機(jī)理是因?yàn)樵撐镔|(zhì)線性長(zhǎng)度較大，可以在相距較遠(yuǎn)的兩膠粒間進(jìn)行吸附、架橋，最后各個(gè)高分子再互相搭接，形成大的絮凝體而沉降，從而達(dá)到去除污染物的目的。實(shí)際應(yīng)用中，在堿性條件(pH值>10)下會(huì)進(jìn)行部分水解，形成陰離子型聚合物，可以將其作為鋁鹽或鐵鹽的助凝劑使用，且效果顯著[17]。在張環(huán)[18]制備兩性聚丙烯酰胺來(lái)絮凝硅藻土的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在pH值為3時(shí)加入兩性聚丙烯酰胺，加入量為1.8mg /L時(shí)，其絮凝率可達(dá)100%。聶榮春[19]等做了不同類型聚丙烯酰胺對(duì)煤泥水的絮凝作用的實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)對(duì)粒度大、灰分低的原生煤泥，陰離子型聚丙烯酰胺的絮凝效果最好。由此可見(jiàn)在使用聚丙烯酰胺的時(shí)候要充分考慮改性的效果，以適用于處理的廢水。但是由于聚丙烯酰胺中會(huì)存在一定量的殘余單體，而其具有很高的毒性，因此在使用中受到了限制，我國(guó)規(guī)定飲用水中最高聚丙烯酰胺的容許含量是0.01mg/L。

4 生物絮凝劑

微生物絮凝劑是利用生物技術(shù)，通過(guò)微生物發(fā)酵、抽提、精制，得到的一種新型、高效、廉價(jià)的水處理劑，是一種無(wú)毒的生物高分子化合物。與其他類型的絮凝劑相比，微生物絮凝劑最大的優(yōu)點(diǎn)就是無(wú)毒，它能夠用于食品、醫(yī)藥等行業(yè)的發(fā)酵后處理，且可以消除二次污染，可生化性強(qiáng)。微生物絮凝劑在實(shí)際的應(yīng)用中起作用的不是微生物的活性，而是其表面的粘多糖、蛋白質(zhì)、脂類、糖蛋白、纖維素等，許多學(xué)者認(rèn)為這些物質(zhì)可以在顆粒間起架橋作用，使懸浮物凝聚，促使絮凝發(fā)生。

生物絮凝劑由于其獨(dú)特的性質(zhì)，效果好，因此有廣泛的適用范圍，如水處理、發(fā)酵工業(yè)、重金屬富集等。在實(shí)際的應(yīng)用中，微生物絮凝會(huì)和化學(xué)絮凝結(jié)合使用，可以得到加藥量少、污泥產(chǎn)量少、運(yùn)行成本低、處理效果好等效果，在上海竹園第一污水處理廠的研究中發(fā)現(xiàn)，加入化學(xué)生物絮凝劑后，效果能滿足要求，但冬季的加藥量比夏季高20%[20]。

5 總結(jié)

絮凝劑作為水處理方法中一種簡(jiǎn)便高效的處理方式，很容易被人們所忽視，但其重要性可想而知，可以有效地去除水中的污染物甚至使水體達(dá)標(biāo)，還可以減緩下一步水處理的壓力，降低設(shè)備腐蝕效應(yīng)等。無(wú)機(jī)絮凝劑雖然價(jià)格便宜，但其絮凝效果不佳且會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生危害；有機(jī)高分子絮凝劑效果好，但存在“三致效益”；微生物絮凝劑在未來(lái)會(huì)替代或者部分替代其他類別的絮凝劑，但目前仍然存在較多的問(wèn)題需要解決。在未來(lái)的發(fā)展中，微生物絮凝劑是一個(gè)重要的發(fā)展方向，需要提高其絮凝效果、降低藥耗、降低毒性，因此國(guó)家要重點(diǎn)扶植，建立質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)，引進(jìn)人才，加強(qiáng)未來(lái)對(duì)絮凝劑的發(fā)展。