水處理絮凝劑的種類及絮凝機理概述

霍原非　劉可凡　唐新峰

摘要：我國的水污染問題極其嚴重，使用絮凝劑進行水處理是現(xiàn)在應用最廣、適用性最強、價格最低廉的方法。為此，本文綜述了幾種主流水處理絮凝劑的發(fā)展現(xiàn)狀及絮凝機理，總結(jié)了其存在問題，并對水處理絮凝劑的發(fā)展前景進行展望。

關鍵詞：水處理;絮凝劑;水環(huán)境惡化;水資源短缺

隨著我國人口的不斷增加和工業(yè)的快速發(fā)展，引起水環(huán)境的惡化日益嚴重，水資源短缺問題不斷加重，我國已經(jīng)成為水資源短缺和污染比較嚴重的國家，尤其在嚴重缺水的北方礦區(qū)，水資源短缺已經(jīng)成為了礦區(qū)人們生產(chǎn)與生活的障礙，所以解決缺水問題已經(jīng)刻不容緩，處理水污染問題極其重要，而使用絮凝劑進行水處理是現(xiàn)在應用最廣、適用性最強、價格最低廉的方法。因此，本文綜述了幾種主流水處理絮凝劑的發(fā)展現(xiàn)狀及絮凝機理，總結(jié)了其存在問題，并對水處理絮凝劑的發(fā)展前景進行展望。

1.絮凝劑的發(fā)展現(xiàn)狀

根據(jù)化學成分分類，絮凝劑主要可以分為無機絮凝劑、有機絮凝劑、微生物絮凝劑和復合絮凝劑四種[1] 。

1.1無機絮凝劑

無機絮凝劑最先出現(xiàn)于古希臘，包括低分子絮凝劑和高分子絮凝劑兩類[2] 。低分子絮凝劑主要是金屬鹽類，如明礬、氯化鐵，原材料容易獲得、價格便宜、使用簡便，但投入的量大，絮凝效果相對別的絮凝劑較差，并且對環(huán)境有害，無機高分子絮凝劑是在其基礎上產(chǎn)生的，如聚合氯化鐵、聚合硫酸鋁，具有高效、價格低廉等優(yōu)點，但有容易腐蝕設備，后期處理困難，有金屬氫氧化物和金屬離子殘留等不足之處。

1.2有機絮凝劑

這種絮凝劑以有機高分子絮凝劑為主，最早出現(xiàn)在上世紀50年代，主要有人工有機高分子絮凝劑和天然高分子改性絮凝劑兩種。人工有機高分子絮凝劑可依據(jù)解離后官能團上電荷的不同分為陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性型絮凝劑，如聚乙烯吡啶、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺和改性聚丙烯酰胺，其毒性較小[3] 。而天然高分子改性絮凝劑如蛋白素和干乳酪蛋白質(zhì)不僅制備材料容易獲得，而且容易生物降解，對環(huán)境危害小。這兩種有機絮凝劑吸附沉降迅速，消耗量低，受污水環(huán)境因素影響小，但大部分的有機絮凝劑以及它的反應物都有毒，而且不經(jīng)濟，故其研發(fā)存在較大的阻力和困難。

1.3微生物絮凝劑

微生物絮凝劑是20世紀80年代出現(xiàn)的利用現(xiàn)代生物技術通過生物發(fā)酵、抽提、精制產(chǎn)生的具備絮凝能力以及生物降解性和安全性的新型水處理絮凝劑。比如醬油曲霉和紅平紅球菌[3] 。相比于其他絮凝劑，微生物絮凝劑具有效率高、沒有毒性或毒性小、易生物降解、無二次污染等許多優(yōu)點，但是特定微生物品種培養(yǎng)難度大、成本高、產(chǎn)量低，并且工業(yè)化的難度大，極大地限制了其大規(guī)模地推廣使用。

1.4復合絮凝劑

復合絮凝劑可以有效應對污水復雜多變、性質(zhì)不穩(wěn)定的狀況，可以發(fā)揮多種組分的協(xié)同效應，克服單一絮凝劑的諸多不足，顯現(xiàn)更加優(yōu)良的性能特征，是近幾年的研究熱點。復合絮凝劑主要有無機-無機復合絮凝劑（聚硅酸硫酸鋁、聚硅酸硫酸鐵）、無機-有機復合絮凝劑（PAFC-PA，復合絮凝劑）、有機-有機復合絮凝劑三類（淀粉-聚丙烯酰胺接枝共聚物）三種，但這三種復合絮凝劑也各有不足[4] 。無機-無機復合絮凝劑的用量大，產(chǎn)生廢物多，無機-有機復合絮凝劑的穩(wěn)定性不佳，并且產(chǎn)生的單體有毒，而有機-有機復合絮凝劑不僅毒性較大，而且價格較高。

2絮凝機理

目前已研究的幾種絮凝作用機理主要包括：吸附電中和作用、高分子絮凝劑吸附架橋作用和絮體的卷掃網(wǎng)捕作用，無機絮凝劑和合成有機高分子絮凝劑可以經(jīng)由這三種作用進行絮凝，天然高分子有機絮凝劑則主要是經(jīng)由前兩種作用進行[2] 。微生物絮凝劑的絮凝機理與架橋吸附作用相似，但由于研究時間不長，當前還沒有特別清晰，有待進一步研究。

3.總結(jié)與展望

本文綜述了水處理絮凝劑的種類及其絮凝機理，研究發(fā)現(xiàn)無機絮凝劑雖然原材料容易獲得、價格便宜、使用簡便，但投入的量大，絮凝效果相對別的絮凝劑較差，并且有金屬離子和金屬氫氧化物殘留，對環(huán)境有害。有機絮凝劑效率相對較高，但大部分有機物絮凝劑及其產(chǎn)生單體的毒性較大，而且不經(jīng)濟。微生物絮凝劑雖然效率高、沒有毒性或毒性小、易生物降解、無二次污染，但特定微生物培養(yǎng)難度大、成本高、產(chǎn)量低，工業(yè)化的難度大。并且這三種絮凝劑無法應對污水復雜多變、性質(zhì)不穩(wěn)定的狀況，因此研究的重點應該放在復合絮凝劑的研究上。權衡改進難度，本文認為更應該著重改進無機-有機復合絮凝劑穩(wěn)定性不足，解決產(chǎn)生有毒單體的問題。

參考文獻：

[1] 吳法軍.常用水處理絮凝劑應用綜述[J].新疆有色金屬，2013，36（06）：60-62.

[2] 宋靜.新型有機無機絮凝劑的制備及性能研究[D].天津工業(yè)大學，2016.

[3] 鄒永強.淀粉改性高效絮凝劑的合成與應用研究[D].西北大學，2016.

[4] 常鼎偉.含鈦無機高分子絮凝劑的制備及其效能研究[D].天津科技大學，2017.

（作者單位：東北大學秦皇島分校）