摘要：主要探討了無(wú)機(jī)絮凝劑中鋁鹽、鐵鹽的絮凝機(jī)理與應(yīng)用效果，天然有機(jī)高分子絮凝劑中的改性淀粉、改性纖維素、改性木質(zhì)素及殼聚糖和人造有機(jī)高分子絮凝劑在水處理中的應(yīng)用機(jī)理與效果，無(wú)機(jī)與有機(jī)復(fù)合絮凝劑的種類、絮凝機(jī)理、應(yīng)用效果。并對(duì)無(wú)機(jī)、有機(jī)、無(wú)機(jī)與有機(jī)復(fù)合三種類型絮凝劑在水處理中的優(yōu)缺點(diǎn)與應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行比較，指出復(fù)合絮凝劑與天然有機(jī)絮凝劑在飲用水處理方面具有良好應(yīng)用前景。
目前我國(guó)水資源污染嚴(yán)重，水環(huán)境的惡化促使人們不斷尋找更好的廢水治理方法。絮凝作為廢水處理的一種重要方法，是一種應(yīng)用廣泛、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的水處理技術(shù)。通過(guò)絮凝作用，可使污水中懸浮微粒形成礬花，并在沉降過(guò)程中互相碰撞，使絮狀物顆粒變大逐漸沉淀于底部，然后經(jīng)水處理構(gòu)筑物將其分離除去，達(dá)到凈化水的目的。目前廣泛用于水處理的絮凝劑主要是無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑及復(fù)合絮凝劑三大類，筆者就這三類絮凝劑的特點(diǎn)、機(jī)理及應(yīng)用進(jìn)行介紹。
1 無(wú)機(jī)絮凝劑
1.1 鋁鹽絮凝劑
常用的鋁鹽絮凝劑有硫酸鋁、鋁酸鈉、聚氯化鋁、聚硅硫酸鋁等。而硫酸鋁是世界上利用較早、較多的鋁鹽絮凝劑，其具有運(yùn)用便利、效果好等優(yōu)點(diǎn)。鋁鹽的絮凝機(jī)理主要是其水解過(guò)程的中間產(chǎn)物能與水中不同陰離子和負(fù)電溶膠形成聚合體，即產(chǎn)生聚合絮凝作用。鋁鹽在運(yùn)用過(guò)程中主要受藥劑投加量、pH及顆粒物表面積、濃度等參數(shù)影響。鋁鹽作為一種有效的絮凝劑，在飲用水處理中占有重要地位。但是，鋁進(jìn)入人體后，通過(guò)蓄積參與生物化學(xué)反應(yīng)，能置換人體內(nèi)必需的營(yíng)養(yǎng)元素和微量元素，使之流失或沉積，干擾破壞人體各部位的生理功能，導(dǎo)致產(chǎn)生老年癡呆、鋁性骨病、鋁性貧血等中毒病癥。
1.2 鐵鹽絮凝劑
鐵鹽絮凝劑包括聚合氯化鐵、液體聚合硫酸鐵、氯化鐵、聚合磷酸類復(fù)合鐵鹽、聚合硅酸類復(fù)合鐵鹽、鋁鐵共聚復(fù)合絮凝劑等。鐵鹽絮凝的機(jī)理是其水解產(chǎn)物能與水體顆粒物進(jìn)行電中和脫穩(wěn)、吸附架橋或黏附網(wǎng)捕卷掃，從而形成粗大絮體，通過(guò)對(duì)絮體的去除，達(dá)到對(duì)水體的凈化。
張占梅等以含鐵的低品位鋁礬土為主要原料，添加適量鋁酸鈣粉，制備出聚合氯化鋁鐵。該絮凝劑既有聚合鋁鹽基度高、對(duì)原水適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，又有聚合鐵密度較大，絮體沉降快的優(yōu)點(diǎn)，因此在污水處理方面有廣闊的應(yīng)用前景。除此之外，鐵鹽還可和其他物質(zhì)如乙酸鹽、硅酸鹽及檸檬酸磷酸鹽等混合來(lái)處理廢水。
2 天然有機(jī)高分子絮凝劑
天然有機(jī)高分子絮凝劑包括殼聚糖、淀粉、纖維素、含膠植物、木質(zhì)素、單寧、多糖類和蛋白質(zhì)等類別及它們的衍生物。天然有機(jī)高分子絮凝劑主要通過(guò)改性來(lái)提高其絮凝效果，改性后的該類絮凝劑與化學(xué)合成類絮凝劑相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)原料來(lái)源豐富，制備成本低，價(jià)格便宜，屬可再生資源；
(2)無(wú)毒易生化降解，不造成二次污染；
(3)種類多，分子內(nèi)活性基團(tuán)多，可選擇性大，易根據(jù)需要采用不同的制備方法進(jìn)行改性圖。
2.1 改性淀粉絮凝劑
用于水和廢水處理領(lǐng)域的改性淀粉主要有非離子型的糊精、丙烯酰胺接枝淀粉、陰離子型的磷酸酯淀粉、淀粉黃原酸酯、羧甲基淀粉和陽(yáng)離子型淀粉等。改性淀粉混凝劑一方面可以利用其所帶的正電荷對(duì)水中膠體顆粒進(jìn)行電性中和，另一方面又可發(fā)揮其高分子長(zhǎng)鏈的吸附架橋作用，有效地將水中帶負(fù)電荷的顆粒吸附在長(zhǎng)鏈上。尹華等以淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物為母體，加入陽(yáng)離子化試劑，合成了陽(yáng)離子型改性高分子絮凝劑FNQE。其性能明顯優(yōu)于均聚丙烯酰胺，對(duì)城市污水及飲食業(yè)污水的絮凝實(shí)驗(yàn)表明，投加質(zhì)量濃度5~10mg/L時(shí)，F(xiàn)NQE對(duì)濁度、色度的去除率均＞90%，COD去除率＞75%。李孟等將改性后的淀粉用作飲用水處理時(shí)發(fā)現(xiàn)：對(duì)不同的原水應(yīng)采用不同的改性產(chǎn)物。改性后的淀粉，不僅提高了對(duì)低溫低濁水處理的效果，還顯著地減少了絮凝劑的用量，具有很大的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。
2.2 改性纖維素絮凝劑
纖維素衍生物的結(jié)構(gòu)決定了它的絮凝性能。因此改變結(jié)構(gòu)，賦予它新的性能，是研究者使其成為絮凝劑的首要選擇方法。在水處理中應(yīng)用較多的是羧甲基纖維素。萬(wàn)軍民等以環(huán)氧氯丙烷作為交聯(lián)劑，在堿性介質(zhì)中將β環(huán)糊精負(fù)載到黏膠纖維上，合成了負(fù)載β-環(huán)糊精的功能性纖維素纖維，在模擬廢水處理中的結(jié)果表明，負(fù)載β-環(huán)糊精的纖維素纖維對(duì)無(wú)機(jī)重金屬離子（Cu2+、Cd2+、Pb2+）、苯胺、苯酚及對(duì)苯二酚的富集效果良好，對(duì)Cu2+、Pb2+、Cd2t的富集容量分別達(dá)到0.2428、0.2954、0.3438mmol/g，對(duì)苯胺、苯酚及對(duì)苯二酚富集容量分別達(dá)到1.154、1.117、0.9576mmol/g。人們?cè)诶貌煌椒▽?duì)纖維素進(jìn)行改性的同時(shí)，也對(duì)不同植物的纖維素改性后產(chǎn)物的絮凝性能作了研究。纖維素改性絮凝劑在水處理中的應(yīng)用不多，且大多數(shù)研究者集中在研究纖維素的非均相接枝方面，在均相接枝方面研究不多。因此，纖維素改性具有很大的研究空間，特別在均相接枝方面。隨著技術(shù)的更新、成熟，纖維素的研究具有很廣闊的發(fā)展前景。
2.3 改性木質(zhì)素絮凝劑
木質(zhì)素可通過(guò)化學(xué)反應(yīng)和物理共混將其與酚醛樹(shù)脂、聚氨酯、聚烯烴、橡膠、聚酯、聚醚、淀粉、大豆蛋白等復(fù)合形成高分子產(chǎn)物。木質(zhì)素結(jié)構(gòu)中的羥基羧基等官能團(tuán)決定了它與親電、親核試劑都能反應(yīng)，且還能進(jìn)行硝化、氧化等反應(yīng)。改性后的絮凝劑能將水中的膠體等物質(zhì)通過(guò)網(wǎng)捕、靜電吸引、氫鍵、架橋等作用將其去除，達(dá)到凈化水體、削減污染的目的。劉明華等將改性木質(zhì)素絮凝劑用于抗生素類化學(xué)制藥廢水，并進(jìn)行了絮凝條件的優(yōu)選實(shí)驗(yàn)。并與其他不同類絮凝劑進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)抗生素制藥廢水的pH為6.0，絮凝劑的質(zhì)量濃度為120mg/L時(shí)，廢水中CODcr、SS和色度的去除率分別達(dá)到61.2%、96.7%和91.6%，結(jié)果表明，木質(zhì)素改性而成的絮凝劑用量減小了，而絮凝效果優(yōu)于其他絮凝劑。代軍等利用木質(zhì)素合成了木素季銨鹽絮凝劑，并應(yīng)用于生活污水處理，取得了不錯(cuò)的效果。洪樹(shù)楠以制漿黑液的堿木素為原料，采用反相懸浮法，制備出球形木質(zhì)素珠體，并對(duì)這種產(chǎn)品進(jìn)行改性，它對(duì)銅、鎳、鋅、鉛、鎘等離子的吸附性能較好。劉千均以磺酸鹽為原料，與木質(zhì)素進(jìn)行接枝共聚反應(yīng)，然后改性合成兩性木質(zhì)素基絮凝劑LSDC，并研究了它的脫色性能和其他性能，取得較好的效果。改性后的木質(zhì)素由于利用的原料不同，因而其性能不一樣，對(duì)水的處理效果也不一樣。
3 人造有機(jī)高分子絮凝劑
目前，人造有機(jī)高分子絮凝劑運(yùn)用較多的有二甲基二烯丙基氯化銨、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉等。章詩(shī)芳等用聚丙烯酰胺處理飲用水，能有效去除水中色度、有機(jī)物和藻類等，可提高水質(zhì)，降低成本和致突變性。但由于聚丙烯酰胺的單體有毒，因此，在應(yīng)用上應(yīng)控制其出水濃度低于國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。翁曉姚等將聚丙烯酰胺作為助凝劑來(lái)凈化水。實(shí)驗(yàn)證明其對(duì)低濁低溫水處理效果明顯，并且對(duì)高負(fù)荷水有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，但會(huì)影響其濾速。因此，人造有機(jī)高分子在水處理應(yīng)用中比天然高分子廣泛，且在環(huán)境中的絮凝活性穩(wěn)定。
4 無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑
參與制備復(fù)合絮凝劑的有機(jī)絮凝劑主要有殼聚糖、二甲基二烯丙基氯化銨、聚丙烯酰胺等；無(wú)機(jī)絮凝劑主要有鐵鹽和鋁鹽等絮凝劑。復(fù)合絮凝劑解決了無(wú)機(jī)絮凝劑絮凝速度慢、礬花小等缺點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用，且具有高效、可行、成本低等特點(diǎn)。曾德芳等研究了用改性后的累托石與天然高分子多糖按一定的比例制備而成的復(fù)合絮凝劑處理有機(jī)污染物 (COD)為400mg/L，固體懸浮物(SS)為350mg/L的油漆，廢水，其對(duì)COD、SS色度的去除率分別較傳統(tǒng)絮凝劑聚合三氯化鋁(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)提高了43.1%、6.4%、22.6%和19.1%、3.4%、21.8%；噸污水藥劑成本分別下降了16.85% 和30.7%。
葉霞等以殼聚糖與硫酸鋁為原料，制備成的復(fù)合絮凝劑具有絮體形成迅速、礬花大、易分離等特點(diǎn)，同時(shí)減輕了鋁在環(huán)境中的二次污染，對(duì)城市景觀水的處理效果好。復(fù)合絮凝劑不但可以克服單獨(dú)使用某一絮凝劑時(shí)出現(xiàn)的絮凝效果差、成本高，出水水質(zhì)差、效率低等不足，而且可以減少處理后水中的某些二次污染物質(zhì)，減少鋁、鐵等有害金屬離子對(duì)人體的危害。因此，高分子復(fù)合絮凝劑，特別是天然高分子復(fù)合絮凝劑的應(yīng)用，對(duì)飲用水處理是較佳的選擇。波濤聚合氯化鋁廠家利用自制的聚合氯化鋁有機(jī)高分子復(fù)合物(PACP)對(duì)漂白麥草漿的留著效果進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：聚合氯化鋁有機(jī)高分子復(fù)合物對(duì)提高漂白麥草漿的留著效果有較好的促進(jìn)作用；在相同條件或相同用量下，聚合氯化鋁有機(jī)高分子復(fù)合物的助留效果優(yōu)于聚合氯化鋁；聚合氯化鋁有機(jī)高分子復(fù)合物與兩性淀粉協(xié)同作用有助于進(jìn)一步提高漂白麥草漿的一次留著率。使用聚合氯化鋁有機(jī)高分子復(fù)合物處理造紙綜合廢水，出水剩余濁度2NTU，色度和COD去除率分別為90%和80%，而相同條件下用聚合氯化鋁處理后出水剩余濁度7NTU，色度和COD去除率為79%和61%。聚合氯化鋁處理造紙廢水效果明顯。
5 結(jié)語(yǔ)與展望
(1)目前無(wú)機(jī)復(fù)合絮凝劑在廢水處理中得到廣泛利用，但由于它在水處理中存在的一些缺陷，如作用速度慢腐蝕性強(qiáng)、在環(huán)境中會(huì)留下潛在危害，影響人類健康，使得它在飲用水處理中的應(yīng)用受到限制。
(2)人造有機(jī)高分子絮凝劑的應(yīng)用在環(huán)境中也存在不安全性，甚至給環(huán)境造成二次污染。如聚丙烯酰胺的單體有毒等。但只要控制其在出水中的濃度，對(duì)飲用水處理是較安全的。
(3)天然有機(jī)高分子絮凝劑具有無(wú)毒、易生化降解、不造成二次污染、 原料來(lái)源豐富、制備成本低、可選擇性大等優(yōu)點(diǎn)，很適合于飲用水處理。但存在電荷密度小、分子質(zhì)量低、在環(huán)境中易失活等缺點(diǎn)，在處理中受到限制。只要解決天然有機(jī)高分子絮凝劑的電荷低和穩(wěn)定性差等問(wèn)題，就可以研制出高效的適合于飲用水處理的絮凝劑。發(fā)展天然有機(jī)復(fù)合絮凝劑具有很廣闊的市場(chǎng)前景和應(yīng)用前景。
