絮凝劑對水中污染物去除性能和機(jī)理的最新研究進(jìn)展

姜盛基，王剛，嚴(yán)亞萍，徐敏

(蘭州交通大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

隨著全球工業(yè)化的不斷發(fā)展，水環(huán)境中的污染物種類和數(shù)量逐年增加，廢水中的污染物包括有機(jī)污染物和無機(jī)污染物，主要來源于染料工業(yè)、發(fā)電廠、煉油廠、礦山和制藥業(yè)等行業(yè)。將金屬離子、染料分子或其他成分污染物直接排入水體，會造成水體污染，危害人體健康，如出現(xiàn)癌癥、霍亂、傷寒、胃腸炎、皮膚病以及腎臟等問題[1]。絮凝法作為水處理中的常用方法，以其操作簡便、污染物去除效果較好、成本較低等優(yōu)勢得到了廣泛應(yīng)用，很多現(xiàn)有污水處理廠都采用了絮凝法來處理廢水中污染物[2-3]。采用絮凝劑去除污染物時，絮凝劑分子不僅可以中和污染物分子表面電荷，減少靜電斥力，破壞其穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，還可以通過吸附架橋[4]和網(wǎng)捕卷掃[5]作用使污染物膠體顆粒脫穩(wěn)、沉降而被除去。水處理絮凝劑主要包括無機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑、微生物絮凝劑和復(fù)合絮凝劑，其中有機(jī)絮凝劑又分為天然高分子絮凝劑和人工合成高分子絮凝劑；而各類絮凝劑在處理不同污染物時表現(xiàn)出的絮凝作用機(jī)理也不盡相同。本文主要歸納總結(jié)了國內(nèi)外不同類型的絮凝劑對水中不同污染物去除性能和機(jī)理的最新研究，并針對目前的研究情況，展望了絮凝劑未來的研究重點和發(fā)展方向。

1 絮凝劑對濁度的去除

水體的濁度是由不溶性物質(zhì)引起的，主要包括懸浮固體顆粒(泥沙、有機(jī)物、微生物等)和膠體顆粒。在濁度去除過程中，絮凝劑主要通過自身所帶的電荷中和水中帶電膠體顆粒電荷，使其脫穩(wěn)而被除去。此外，高分子絮凝劑由于其高分子量和長分子鏈也可以通過架橋和網(wǎng)捕卷掃作用除去水體中的膠體顆粒。

無機(jī)高分子絮凝劑分子鏈中的金屬離子由于發(fā)生水解作用而產(chǎn)生一定的電荷和吸附活性位點，可以通過電性中和、吸附和絡(luò)合等作用使廢水中的顆粒、膠體等污染物脫穩(wěn)團(tuán)聚，從而達(dá)到濁度去除和水質(zhì)凈化的目的[6]。此外，大多數(shù)無機(jī)絮凝劑由于表面粗糙能吸附更多的懸浮物質(zhì)，可以最大限度地發(fā)揮其網(wǎng)捕卷掃作用。王同成[7]研究了聚合氯化鋁(PAC)和聚合硫酸鐵(PFS)對污染水體中多氯聯(lián)苯(PCBs)和濁度的絮凝性能，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PAC投加量為7 mL/L，水樣初始濁度為62 NTU，慢速攪拌時間為15 min，pH值為5.0時，PAC強化混凝效果最好，其對水樣中PCBs的去除率為68.42%～76.02%，剩余濁度為1.01 NTU；此外，PAC、PFS對水中膠體和顆粒物具有很強的電性中和以及吸附架橋作用，且PAC、PFS水解后生成的帶正電的多核羥基絡(luò)合物可壓縮膠體雙電層，降低ζ電位，與高嶺土進(jìn)行電中和作用形成更多結(jié)構(gòu)密實的絮體，絮體通過吸附或網(wǎng)捕卷掃作用進(jìn)一步增強了對PCBs和濁度的去除效果。

天然高分子絮凝劑對水中的濁度雖具有一定去除性能但在受到酶的作用時易降解。通過化學(xué)改性后的天然高分子絮凝劑具有高陽離子電荷密度和高分子量的長聚合物鏈等特性，是去除懸浮和膠體態(tài)顆粒物的有效絮凝劑，有利于同時發(fā)揮電性中和以及吸附架橋作用，吸附水中的懸浮膠體顆粒，可有效去除水中濁度[8]。王珊等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在pH為7時，質(zhì)子化殼聚糖(HCTS)作為助濾劑對水中濁度和顆粒數(shù)的去除率分別為87.60%和94.58%；HCTS可以降低懸浮顆粒表面所帶電荷，使靜電引力大于范德華力，濁質(zhì)粒子黏附在濾料表面；同時，HCTS以其長分子鏈為載體，將懸浮顆粒物黏附在濾料上，通過電中和以及吸附架橋作用將水中濁度和顆粒物除去。Zeng等[10]采用微波加熱引發(fā)接枝反應(yīng)合成了一種高效、環(huán)保的多糖改性絮凝劑(DEX-CS)，結(jié)果表明，該絮凝劑對高嶺土固體懸浮物的去除率為93.6%；對絮凝機(jī)理的研究表明，由于DEX-CS絮凝劑對高嶺土顆粒的吸附，使擴(kuò)散層變薄，雙電層被壓縮，而使ζ電位下降；該絮凝過程包括吸附架橋、電荷中和以及網(wǎng)捕卷掃作用，不同條件下側(cè)重機(jī)理不同，在酸性條件下絮凝的主要機(jī)理是電荷中和，在堿性和中性條件下，以網(wǎng)捕卷掃和架橋作用為主。

人工合成高分子絮凝劑是通過在聚合物分子中引入有機(jī)單體或不同官能團(tuán)而合成的具有更高絮凝性能的高分子絮凝劑。研究發(fā)現(xiàn)，隨著單體和官能團(tuán)的引入，聚合物的特性粘度和比表面積增大，正電荷密度降低，在酸性條件下通過電性中和與致濁顆粒物結(jié)合，在堿性條件下則通過架橋機(jī)制去除水體中懸浮顆粒物[11]。人工合成的有機(jī)高分子絮凝劑因其用量小、產(chǎn)生污泥量少、絮凝能力強、沉降速度快等優(yōu)勢而廣泛應(yīng)用于濁度廢水處理。Pugazhendhi等[12]發(fā)現(xiàn)用陽離子絮凝劑可以中和微藻細(xì)胞表面所帶負(fù)電荷，降低ζ電位，有利于絮凝過程，形成的微絮體由于連續(xù)碰撞和吸附作用導(dǎo)致絮體的生長，使絮凝劑幾乎覆蓋了所有的微藻細(xì)胞表面，促進(jìn)了細(xì)胞間的相互作用。此外，人工合成的有機(jī)高分子絮凝劑具有很高的分子量和豐富的官能團(tuán)，在絮凝過程中發(fā)揮重要作用。Suresha等[13]以丙烯酰胺(AM)與3-丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨(APTMAC)共聚物為原料，通過不同摩爾比合成兩種不同陽離子絮凝劑CP-8020(AM∶APTMAC=80∶20)和CP-4060(AM∶APTMAC=40∶60)，其對濁度去除率均達(dá)95%以上；研究發(fā)現(xiàn)，絮凝劑CP-8020由于AM含量高，其具有更高的分子量，在絮凝過程中長鏈聚合物可以附著在大量高嶺土顆粒上，并且絮凝可以通過橋連作用發(fā)生，絮凝效果更好。

生物絮凝劑是一種無毒、環(huán)保的新型絮凝劑，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，目前已廣泛應(yīng)用于污水濁度的去除。Ma等[14]利用以啤酒廠廢水為營養(yǎng)素的克雷伯氏菌菌株生產(chǎn)生物絮凝劑OS-1B，主要由多糖(69.4%)和蛋白質(zhì)(24.5%)組成，研究結(jié)果表明，該微生物絮凝劑對高嶺土、粘土懸浮液具有良好的絮凝活性，去除率可達(dá)95%；OS-1B分子中由于含有長鏈多糖和許多官能團(tuán)(例如羥基、羧基和氨基等)，能通過這些活性部位吸附許多顆粒，形成大絮體，故吸附架橋被認(rèn)為是OS-1B主要絮凝機(jī)制。Aljuboori等[15]以廢水為碳源，谷氨酸為氮源，由黑曲霉生產(chǎn)的PM-5生物絮凝劑對高嶺土懸浮液具有良好的絮凝性能，在培養(yǎng)60 h時絮凝率可達(dá)76.8%，在Ca2+存在下，對河水濁度去除率達(dá)63%，絮凝機(jī)理包括電中和與吸附架橋作用。

雖然單一絮凝劑能去除水體中致濁顆粒物，但往往去除率不高且受環(huán)境因素影響較大，復(fù)合絮凝劑是利用物理化學(xué)方法對單一絮凝劑進(jìn)行改性或用特定方法將它們復(fù)合而成的新的聚合物，不僅可以結(jié)合不同單一絮凝劑的優(yōu)點，同時還可以彌補其缺點，充分發(fā)揮吸附架橋、電中和以及網(wǎng)捕卷掃等絮凝作用，進(jìn)一步提高對低濁水中濁度的去除[16]。趙瑾等[17]以聚合氯化鋁(PAC)和聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)為原料制備了PAC-PDMDAAC復(fù)合絮凝劑，將其用于海水的凈化處理，在最佳條件下復(fù)合絮凝劑對海水中濁度的去除率為87.4%；復(fù)合絮凝劑經(jīng)水解對顆粒物、膠體等發(fā)揮電中和作用，同時PDMDAAC的高分子長鏈可在脫穩(wěn)的懸浮顆粒之間形成架橋，促進(jìn)絮體生長，增強對細(xì)小懸浮顆粒的卷掃網(wǎng)捕作用。Klein等[18]以高嶺土懸浮液為處理對象，采用兩性聚(O-甲基丙烯酰-L-絲氨酸)接枝果膠(CG-g-P(SerMA))作為絮凝劑，對高嶺土顆粒進(jìn)行了高效的分離和連續(xù)回收，在投加量為3 mg/L時對高嶺土顆粒去除效率達(dá)到90%以上；高嶺土負(fù)電荷表面與絮凝劑的質(zhì)子化氨基之間存在靜電相互作用，由于電荷中和作用降低了相鄰膠體粒子間的斥力勢能，使其與負(fù)電荷表面結(jié)合；另一方面，高摩爾質(zhì)量的陽離子絮凝劑容易吸附到陰離子無機(jī)懸浮液的膠粒表面，通過吸附架橋作用將這些小顆粒轉(zhuǎn)化為大絮體而被除去。

2 絮凝劑對色度的去除

工業(yè)廢水中色度主要來源于紡織、印染、造紙等行業(yè)，水體中的染料分子一般帶有負(fù)電荷，可與帶正電荷絮凝劑分子發(fā)生電中和作用，最后通過架橋和網(wǎng)捕作用而被除去[19]。

無機(jī)低分子絮凝劑對廢水中色度絮凝效果較差且具有一定的腐蝕性，而在無機(jī)低分子絮凝劑基礎(chǔ)上發(fā)展起來的無機(jī)高分子絮凝劑含有多核羥基絡(luò)離子，可與污水中相反電性的染料分子相結(jié)合，中和電性，破壞其膠體穩(wěn)定性，將其聚合后絮凝沉淀[20]。鄭永杰等[21]通過對固體廢棄物粉煤灰進(jìn)行有效的改性，制備了無機(jī)高分子絮凝劑聚硅酸氯化鋁鐵(PSAFC)，對印染廢水脫色率可達(dá)94%，絮凝作用機(jī)理包括電性中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃。孫娜等[22]以鎂鹽、鐵鹽和硅酸鈉為原料，采用共聚法制備了聚硅鐵鎂絮凝劑(PSFM)，PSFM對色度去除率達(dá)80%以上；PSFM中的金屬離子可發(fā)生水解-聚合反應(yīng)，生成多核羥基絡(luò)離子，中和了帶負(fù)電荷的污染物顆粒，在聚硅酸增聚作用下脫穩(wěn)而被除去；且PSFM的絮凝作用機(jī)理在低投藥量下以電性中和與吸附架橋為主；在較高投藥量下為吸附架橋與網(wǎng)捕卷掃兩者的結(jié)合。

天然有機(jī)高分子絮凝劑對廢水中色度的去除有限，所以一般對其進(jìn)行化學(xué)改性或者將別的有機(jī)單體與其共聚形成天然改性高分子絮凝劑，改性后的絮凝劑分子量增大，其分子中不僅有多種可溶性官能團(tuán)，而且還改變了原有的結(jié)構(gòu)形態(tài)，不僅具有良好的脫色效果，還更容易形成易沉降的大絮體[23]。Xun等[24]采用自由基聚合法成功將丙烯酸接枝到淀粉和殼聚糖的骨架上，制得一種天然改性高分子絮凝劑——三元共聚物淀粉-丙烯酸-殼聚糖(SAAC)絮凝劑，對色度的去除率在98.0%以上，這主要是由于三元聚合物中存在許多官能團(tuán)，如羧基、氨基和羥基等，在酸性條件下殼聚糖中氨基帶正電，表明主要的絮凝機(jī)理是電荷中和；而在染料初始濃度為 50～100 mg/L 范圍內(nèi)，網(wǎng)捕卷掃也起著重要作用，增強了絮凝過程；但在初始染料濃度為100～150 mg/L 時，靜電排斥作用削弱了絮凝作用。Cai等[25]合成了一系列不同接枝率的纖維素絮凝劑——羧甲基纖維素接枝聚((2-甲基丙烯酰氧基乙基)三甲基氯化銨)(CMC-g-PDMC)，對酸性綠 25(AG25)陰離子染料的最高去除率達(dá)97%以上，具有較高的絮凝性能，這是由于改性后絮凝劑分子具有更多的正電荷和更高的分子量；此外，隨著接枝率的增加，染料去除效率也得到提高，研究表明電荷中和與架橋絮凝作用對水中AG25的去除具有重要作用。

人工合成有機(jī)高分子絮凝劑根據(jù)其離子特性可以分為非離子型、陽離子型、陰離子型和兩性型絮凝劑。由于染料廢水中污染物一般為帶負(fù)電荷的膠體物質(zhì)，因此采用的人工合成有機(jī)絮凝劑以陽離子絮凝劑為主，且電荷中和作用是主要的絮凝機(jī)理[23，26]。袁力等[27]分析了陽離子絮凝劑P(DMC-AM)對活性染料廢水的絮凝脫色效果，陽離子度為90%的P(DMC-AM)對活性紅3BF、活性黃3RF、活性艷藍(lán)KN-R的最大脫色率分別為96.9%，93.1%，91.9%；通過紅外分析、Zeta電位測定和絮體形態(tài)分析表明其對活性染料模擬廢水的絮凝脫色機(jī)理主要為電性中和與吸附架橋作用。Jia等[28]合成了疏水性陽離子型絮凝劑——聚二甲基二烯丙基氯化銨(HC-PDMDAACs)，將其用于印染廢水中水溶性染料的去除；廢水中的水溶性陰離子染料通過靜電相互作用和HC-PDMDAACs主鏈中陽離子單元形成絮凝沉淀被除去；此外，絮凝劑分子中的的疏水基團(tuán)和其高分子量在絮凝過程中起關(guān)鍵作用，掃描電鏡分析表明HC-PDMDAACs和染料分子通過長分子鏈的吸附架橋作用形成更多較大絮狀物，同時網(wǎng)捕、卷掃對水中陰離子染料分子的去除起到了輔助作用。

微生物絮凝劑除了支鏈和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)外，分子中同時還存在許多活性基團(tuán)，例如羧基、羥基、胺基、酰胺基等，這些不同功能的基團(tuán)不僅可以為染料分子提供結(jié)合位點，而且還會影響絮凝劑表面電荷性質(zhì)，有利于發(fā)揮電中和作用；另一方面，在絮凝過程中，多糖類微生物絮凝劑本身為大分子，可以通過電性中和或橋聯(lián)作用與廢水中的染料分子結(jié)合，形成絮凝體而達(dá)到沉淀去除目的[29]。Bisht等[30]利用芽孢桿菌Teri-VB2菌株生產(chǎn)出高效生物絮凝劑BF-VB2，其多糖骨架結(jié)構(gòu)的活性部位被認(rèn)為是具有較高的絮凝活性的其中一個因素，分子鏈中的氨基和羥基與紡織品染色廢水染料分子表面所帶負(fù)電荷相互作用，最可能存在的絮凝機(jī)理包括吸附架橋、電荷中和或二者的結(jié)合。Chouchane等[31]利用菌株A52產(chǎn)生一種具有絮凝活性的多糖蛋白gpHb，可以很好地去除廢水中色度，對堿性藍(lán)和堿性紅去除率分別為83.8%和78.6%；傅里葉變換紅外光譜分析表明，絮凝劑分子中存在羧基、羥基、胺基、酰胺基等官能團(tuán)，掃描電鏡照片表明生物絮凝劑表面粗糙，形狀不規(guī)則，且有一些小孔，這些形態(tài)特征增加了gpHb與染料分子的接觸面積。

復(fù)合絮凝劑在處理印染廢水過程中，隨絮凝劑投加量增大，電性中和與吸附架橋作用被進(jìn)一步加強，形成的絮體增大，易于沉降。其中，有機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑具有更高的分子量、更長的分子鏈以及更多的活性基團(tuán)，立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步被加強，處理染料廢水時染料分子通過范德華力、靜電引力、氫鍵和配位鍵等作用吸附在絮凝劑分子上，有利于同時發(fā)揮電中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用。Guo等[32]以造紙廠污泥為原料，通過二甲基二烯丙基氯化銨(DMC)接枝共聚反應(yīng)和2，3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨(GTA)的醚化反應(yīng)制備了四種不同分子量、鏈結(jié)構(gòu)和電荷密度的堿性木質(zhì)素絮凝劑(AL-g-DMC1、AL-g-DMC2、AL-GTA1和AL-GTA2)，研究了其對分散染料(DY)廢水的絮凝性能，結(jié)果表明，與低分子量線性聚合物AL-GTA1和AL-GTA2相比，AL-g-DMC1和AL-g-DMC2高分子量支鏈共聚物具有優(yōu)異的除色性能和良好的絮體性能；這是由于AL-g-DMC1和 AL-g-DMC2分子量高、存在支鏈的緣故，在聚合過程中起著至關(guān)重要的作用，不僅具有電荷中和作用，而且在粒子間提供了強有力的橋接作用。魯秀國等[33]利用殼聚糖(CTS)對聚合氯化鐵(PFC)進(jìn)行改性得到復(fù)合絮凝劑CTS-PFC，在投加量為 1.2 g/L，反應(yīng)時間為15 min時，CTS-PFC對印染廢水色度去除率達(dá)93.7%，其分子鏈上存在各種功能基團(tuán)，通過電性中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用對廢水中的負(fù)電荷膠粒進(jìn)行去除。

3 絮凝劑對重金屬離子的去除

重金屬作為一種高毒性污染物，主要來源于電鍍、采礦、制革、電池、肥料等行業(yè)，常見的重金屬包括砷、鉛、鎘、鎳、鉻、鋅、銅等[34]。對于水體中顆粒態(tài)或膠體態(tài)重金屬，高分子陰離子絮凝劑主要通過電中和作用去除重金屬，而高分子陽離子絮凝劑則主要通過架橋、網(wǎng)捕卷掃作用去除重金屬。

無機(jī)高分子絮凝劑大多具有層狀、網(wǎng)狀等結(jié)構(gòu)，可以吸附膠體顆粒，再通過架橋作用，將顆粒凝聚成絮凝物，達(dá)到去除目的。向重金屬廢水中投加無機(jī)高分子絮凝劑后，可利用其長分子鏈、巨大表面積和立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)通過吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用除去重金屬。李運濤等[35]以硫酸鋁鉀、五氧化二釩為原料制得一種新型無機(jī)高分子絮凝劑——聚合硫酸鋁釩(PAVS)，其對電鍍廢水中Cu2+、Ni2+的去除率分別為98.6%和92.1%；研究發(fā)現(xiàn)V2O5用量的增加有助于釩氧基的生成，使絮凝劑具有較長的分子鏈，更有利于架橋作用；掃描電鏡分析結(jié)果表明PAVS具有很大的表面積，分子表面存在許多微小孔隙并且呈立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分子彼此之間相互交錯連接形成長鏈分子，有利于提高絮凝劑的吸附和網(wǎng)捕卷掃能力。

天然高分子絮凝劑中殼聚糖性能最為突出，由于殼聚糖除具備復(fù)雜的雙螺旋結(jié)構(gòu)特征，且分子鏈上含有大量的功能基團(tuán)(氨基、羥基)，通過電性中和作用和吸附架橋作用使水中帶負(fù)電荷的膠體雜質(zhì)等脫穩(wěn)凝聚而最后沉降下來，具有良好的絮凝性能[36]。但由于殼聚糖水溶性差且分子量較小，使得其在重金屬廢水處理中應(yīng)用受到限制。通過化學(xué)方法將一些特定的基團(tuán)引入到殼聚糖分子中有利于提高其絮凝性能，改性后的殼聚糖水溶性也大大提高。Yang等[37]通過將黃原酸基團(tuán)(—OCSS)成功接枝到殼聚糖分子鏈上，制得一種改性天然高分子絮凝劑——黃原酸殼聚糖(XCTS)，能有效去除Cr3+、Cu2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+和Zn2+等多種重金屬離子，對Cr3+、Cu2+和Cd2+去除率分別為100%，100%和99.1%；通過掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，XCTS-Cr和XCTS-Cu的絮體尺寸明顯大于XCTS-Cd，XCTS-Cr絮體呈明顯蜂窩狀，表明網(wǎng)捕和卷掃作用是去除Cr3+的主要機(jī)理；但總體來看，絮體XCTS-Cr、XCTS-Cu和XCTS-Cd的形態(tài)均不規(guī)則，有明顯的粘附和凝聚跡象，表明絮體相互聯(lián)系，積累形成較大的絮體，因此，顆粒間的吸附架橋機(jī)理在絮體的形成中起著重要的作用。李濤等[38]通過離子交聯(lián)法利用半胱氨酸(Cy)對殼聚糖(CS)進(jìn)行改性，制備出一種新型高分子絮凝劑——Cy-CS，對Cu2+的去除率為98.63%；當(dāng)用單獨的Cy處理Cu2+廢水時，形成的絮體較小，絮凝性能差；而采用Cy-CS處理Cu2+水樣時，由于其高分子量，在沉降過程中通過網(wǎng)捕卷掃作用加速了小分子物質(zhì)的沉降，導(dǎo)致絮體越來越大，去除率提高。

人工合成有機(jī)高分子絮凝劑在處理重金屬廢水時主要通過吸附架橋、靜電引力等作用與重金屬離子形成穩(wěn)定的螯合沉淀物，從而使重金屬離子得以除去。Wisniewska等[39]測定了陰離子聚丙烯酰胺(ANPAM)和陽離子聚丙烯酰胺(CTPAM)對Cr3+的絮凝作用機(jī)理，結(jié)果表明，ANPAM會導(dǎo)致金屬離子ζ電位下降，擴(kuò)散層厚度縮??；另一方面，在ANPAM和CTPAM同時存在的條件下，聚丙烯酰胺長分子鏈?zhǔn)蛊涓菀讟蜻B其他懸浮顆粒，絮凝機(jī)理被認(rèn)為是壓縮雙電層和吸附架橋作用。王剛等[40]利用聚乙烯亞胺、二硫化碳和氫氧化鈉為原料，合成了一種新型高分子絮凝劑——聚乙烯亞胺基黃原酸鈉(PEX)，對水中Cu2+的最高去除率可達(dá)100%；當(dāng)pH>5.0時，絮凝劑分子內(nèi)以負(fù)電荷為主，水中銅主要以Cu2+和羥基配合物膠體形式存在，由于PEX與Cu2+間的靜電吸引作用以及螯合絮體PEX-Cu與Cu的羥基配合物膠體間的網(wǎng)捕卷掃等作用，促進(jìn)了Cu2+的去除。

生物絮凝劑中由于所產(chǎn)生的細(xì)胞外分泌物主要成分包括多糖、纖維素、蛋白質(zhì)和核酸等聚合物，其分子量很高，存在許多支鏈，且多呈現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可通過吸附作用將重金屬離子吸附在其表面，再通過架橋作用，使金屬顆粒團(tuán)聚變大，形成沉淀物而被除去[41]。Huang等[42]將生物絮凝劑MBFGA1引入到氫氧化物分子表面，提高了重金屬的去除效率，研究發(fā)現(xiàn)MBFGA1具有線性長鏈，分子的長度在200～500 nm，寬度為20～30 nm，表面形態(tài)與線性分子結(jié)構(gòu)一致且分子表面粗糙，分子最大高度分布分別為1.2 nm和2.5 nm，對Pb2+的去除率可達(dá)98%，絮凝機(jī)制表現(xiàn)為吸附架橋作用。Ayangbenro等[43]從采礦土壤中分離出兩種可以產(chǎn)生生物絮凝劑的細(xì)菌菌株(Pseudomonaskoreensis和Pantoeasp)，研究表明該生物絮凝劑具有良好的生物活性，對Cd2+、Cr3+和Pb2+去除率分別為51.2%，52.5%和80.5%，由于其分子中存在羧基、羥基、氨基和多糖基團(tuán)，結(jié)構(gòu)中的羧基官能團(tuán)提供足夠的結(jié)合位點來附著顆粒，作為顆粒與絮凝劑之間的連接橋梁；從兩種生物絮凝劑的結(jié)構(gòu)來看，表面電荷的存在在重金屬去除中起著重要作用，可以歸結(jié)為電性中和作用。

利用復(fù)合絮凝劑去除廢水中的重金屬，可以克服單一絮凝劑缺陷的同時還能充分發(fā)揮各自優(yōu)勢。Zhao等[44]在最佳條件下(26.84 mg/L CaO、71.28 mg/L 聚合氯化鋁和2.87 mg/L陰離子聚丙烯酰胺)合成的復(fù)合絮凝劑對Cd(Ⅱ)的最大去除率達(dá)到93.65%；在堿性條件下，聚氯化鋁通過電荷中和、吸附和壓縮雙電層破壞了Cd2+的穩(wěn)定性，在后續(xù)的絮凝過程中可能產(chǎn)生更多有效的碰撞；而陰離子聚丙烯酰胺的超高分子量在橋接、網(wǎng)捕和卷掃效應(yīng)中起著關(guān)鍵作用；兩種優(yōu)勢組合在提高絮凝效率、減少二次污染、降低絮凝劑成本等方面具有重要意義。Liu等[45]研究了殼聚糖-聚硅酸鐵(CTS-PFCS)復(fù)合絮凝劑絮凝性能，結(jié)果表明CTS-PFCS復(fù)合絮凝劑是一種具有復(fù)雜三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合物，該絮凝劑在處理廢水過程中的絮凝性能和穩(wěn)定性都要優(yōu)于簡單的聚硅酸鐵(PFCS)絮凝劑，且適用pH值范圍廣；絮凝機(jī)理為在初期主要以電性中和和化學(xué)吸附為主，后期以吸附架橋和網(wǎng)捕作用為主。

4 結(jié)束語

在絮凝作用機(jī)理方面，絮凝劑在去除濁度、色度和重金屬過程中絮凝機(jī)理包括壓縮雙電層、電中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用，目前國內(nèi)外對絮凝作用機(jī)理分析還不夠深入，很多文獻(xiàn)只是說明了屬于哪一種作用機(jī)理，沒有結(jié)合絮凝劑和污染物性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)分析，且絮凝過程中可能是多種絮凝作用機(jī)制共同發(fā)揮作用，故后續(xù)還需更深入地研究絮凝劑對不同污染物的絮凝作用機(jī)理。針對當(dāng)前常見絮凝劑，對其絮凝作用機(jī)理研究主要以電性中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃為主，而對壓縮雙電層作用研究較少，仍需完善這方面的研究。此外，絮凝劑對污染物去除研究往往局限于常規(guī)絮凝劑，對近年來新型絮凝劑的絮凝機(jī)理報道很少，這也是未來的一個發(fā)展方向。因此，今后要提高對絮凝劑絮凝機(jī)理的整體研究水平，尤其是對壓縮雙電層作用研究，要進(jìn)一步加強對國內(nèi)外新型絮凝劑的研究深度和力度，對其進(jìn)行更系統(tǒng)、更完善、更廣泛的研究，把絮凝機(jī)理研究成果應(yīng)用到實際絮凝劑優(yōu)化和篩選過程中，為實際應(yīng)用提供更佳的絮凝劑，以提高處理效率，降低處理成本。

在絮凝劑去除污染物方面，雖然許多絮凝劑已成功地應(yīng)用于廢水中濁度、色度和重金屬等污染物的去除，但仍需提高其對水體中懸浮顆粒物、溶解性雜質(zhì)、重金屬、色素或染料分子、無機(jī)或有機(jī)污染物的去除性能，以滿足廢水排放相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。受生產(chǎn)成本、生產(chǎn)工藝等諸多因素制約，生物絮凝劑的開發(fā)還處于起步階段，為此需要在降低生物絮凝劑制備成本的同時使其對污染物的絮凝效率最大化。從性能和成本方面考慮，采用簡單、經(jīng)濟(jì)可行的工藝制備具有高效、環(huán)保的新型絮凝劑仍是未來的發(fā)展方向。