水處理絮凝劑的研究進(jìn)展

趙素梅

【摘要】本文對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外絮凝劑的研究現(xiàn)狀、應(yīng)用及發(fā)展進(jìn)行總結(jié)，對(duì)各種絮凝劑特點(diǎn)進(jìn)行分析，展望了絮凝劑的發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】絮凝劑 水處理 應(yīng)用

隨著全球人口的急劇增長(zhǎng)，人類對(duì)水資源的需求以驚人的速度擴(kuò)大；另一方面工業(yè)迅速發(fā)展，日益嚴(yán)重的水污染蠶食了大量可供消耗的水資源，當(dāng)前水污染己成為我國(guó)重大環(huán)境問(wèn)題之一。水治理、污水凈化當(dāng)務(wù)之急。絮凝沉淀法因工藝簡(jiǎn)單、操作方便、成本低、效率高被廣泛應(yīng)用于工業(yè)和生活用水的處理中。絮凝劑是絮凝沉淀水處理的核心。通常根據(jù)化學(xué)成分以及制備方法的不同將絮凝劑分為無(wú)機(jī)、有機(jī)、微生物絮凝劑三大類。根據(jù)分子量大小，分為高分子量和低分子量絮凝劑；根據(jù)官能團(tuán)不同，分為陽(yáng)離子型、陰離子型及非離子型絮凝劑等。

1無(wú)機(jī)絮凝劑

無(wú)機(jī)絮凝劑的研究和應(yīng)用歷史頗為久遠(yuǎn)，古代中國(guó)就用Al2（SO4）3·K2SO4·24H2O（明礬）作為凈水劑，1827年歐洲人第一次用硫酸鋁[Al2（SO4）3·18H2O]做凈水試驗(yàn)，1883年我國(guó)上海楊樹浦水廠就用硫酸鋁進(jìn)行絮凝處理城市用水，1884年美國(guó)人海壓特取得了用硫酸鋁進(jìn)行絮凝處理水的專利權(quán)[1]。無(wú)機(jī)絮凝劑主要是依靠中和粒子上的電荷而凝聚，常常被稱為凝聚劑。

1.1 無(wú)機(jī)低分子絮凝劑

無(wú)機(jī)鹽類絮凝劑按金屬離子的不同分為鋁鹽系及鐵鹽系兩大類：鋁鹽以硫酸鋁、氯化鋁為主，鐵鹽以硫酸鐵、氯化鐵為主。其作用機(jī)理為無(wú)機(jī)鹽溶解于水中，電離后形成陰離子和金屬陽(yáng)離子，由于膠體顆粒表面帶有負(fù)電荷，在靜電的作用下金屬陽(yáng)離子被膠體顆粒吸附形成大膠體顆粒沉降下來(lái)。無(wú)機(jī)低分子絮凝劑分子量低，使用投入量大，聚合速度慢，形成的絮狀物小，腐蝕性強(qiáng)，產(chǎn)生的污泥量很大，污泥脫水困難。另外Al3+在水中的高殘留量會(huì)導(dǎo)致二次污染。因此目前常用鐵鹽類絮凝劑。由于鋁鹽、鐵鹽在水處理過(guò)程中存在較大的問(wèn)題，60年代后逐漸被無(wú)機(jī)高分子絮凝劑所取代。

1.2 無(wú)機(jī)高分子絮凝劑

無(wú)機(jī)高分子絮凝劑能強(qiáng)烈吸引膠體微粒，通過(guò)黏附、架橋作用，促進(jìn)膠體凝聚，同

無(wú)機(jī)聚合絮凝劑是目前研究較多的一類高分子絮凝劑，它的研究與開發(fā)始于20世紀(jì)60年代后期。目前日本、俄羅斯、西歐生產(chǎn)此類藥劑已達(dá)到工業(yè)化、規(guī)模化的程度，且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。我國(guó)對(duì)無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的研究在60年代幾乎與日本同步，研制并生產(chǎn)聚合氯化鋁。80年代初國(guó)內(nèi)研制出聚合瑙酒麥鐵，此后對(duì)生產(chǎn)工藝、絮凝特性極其應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的研究。

但鋁鹽具有毒性，能夠帶來(lái)二次污染，對(duì)生物體能夠產(chǎn)生毒害作用，再加上鋁鹽類高分子絮凝劑的原料成本高，制備復(fù)雜，限制了它的發(fā)展和應(yīng)用。鐵鹽類高分子絮凝劑價(jià)格低，對(duì)人體無(wú)害。但聚合鐵產(chǎn)品穩(wěn)定性差，凝聚效果低，因此用量遠(yuǎn)不如聚合鋁大。

2 有機(jī)絮凝劑

有機(jī)高分子絮凝劑是一類利用有機(jī)單體經(jīng)聚合或與其他有機(jī)單體共聚而成的高分子化合物，分子量大、官能團(tuán)多，具有很強(qiáng)的吸附架橋能力，用量少、絮凝速度快、pH值及溫度等外界環(huán)境影響小，因而有著廣泛的應(yīng)用前景。

有機(jī)絮凝劑主要分為合成高分子物質(zhì)（聚丙烯酰胺、聚二甲基二烯丙基氯化銨、季銨鹽等）、天然高分子物質(zhì)（改性淀粉、甲殼質(zhì)、木質(zhì)素等）和微生物絮凝劑三大類。

2.1 合成有機(jī)高分子絮凝劑

隨著工業(yè)和人們生活水平的提高，排水中有機(jī)質(zhì)含量大大提高，有機(jī)質(zhì)微粒表面通常帶負(fù)電，因此陽(yáng)離子高分子絮凝劑越來(lái)越引起廣泛關(guān)注。它的絮凝性能可通過(guò)電荷中和使懸浮膠體粒子絮凝，還可與帶負(fù)電荷的溶解物進(jìn)行反應(yīng)，生成不溶性的鹽。它對(duì)帶負(fù)電的有機(jī)物和無(wú)機(jī)物懸浮物都有極強(qiáng)絮凝作用，且具有用量少、成本低、毒性小以及使用pH范圍寬等特點(diǎn)。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，陽(yáng)離子絮凝劑的研制開發(fā)勢(shì)頭明顯增長(zhǎng)，美、日、英、法等國(guó)在廢水處理中大量使用了陽(yáng)離子型絮凝劑。目前，我國(guó)對(duì)陽(yáng)離子絮凝劑的研究開發(fā)也已取得了相當(dāng)進(jìn)展。楊旭[2]等利用聚丙烯酰胺與甲醛和二甲胺通過(guò)曼尼期反應(yīng)，生產(chǎn)叔胺陽(yáng)離子聚丙烯酰胺，再與硫酸二甲酷或鹽酸反應(yīng)生成陽(yáng)離子聚丙烯酰胺。李卓美采用二氰二胺對(duì)PAM進(jìn)行改性，獲得新型陽(yáng)離子PAM。目前國(guó)內(nèi)外已成功地研制出第二代人工合成有機(jī)高分子絮凝劑、主要有聚二甲基二丙基氯化銨、二甲基二烯丙基氯化銨-丙烯酰胺及甲基丙烯酸氧乙基三甲基氯化銨-丙烯酰胺共聚物等。季銨鹽是很好的殺菌劑，易溶于水，對(duì)油污、含色污水的處理能力強(qiáng)、效果好。隨著水污染的日趨嚴(yán)重和水中污染物的復(fù)雜化，人們又開發(fā)出兩性高分子絮凝劑。兩性高分子絮凝劑是指在同一高分子鏈上含正負(fù)兩種電荷的聚電解質(zhì)產(chǎn)品。它具備陰、陽(yáng)離子型絮凝劑的特性。在不同介質(zhì)條件下，適合于處理帶不同電荷的污染物。目前世界各國(guó)都對(duì)兩性高分子絮凝劑開展了研究，主要品種為兩性聚丙烯酰胺。

2.2 天然高分子絮凝劑

合成高分子絮凝劑在國(guó)內(nèi)外得到廣泛研究和應(yīng)用，但毒性強(qiáng)，難降解，價(jià)格高。在人們生活質(zhì)量提高和環(huán)境保護(hù)意識(shí)日益增強(qiáng)的今天，這些問(wèn)題逐漸被重視。而天然高分子絮凝劑原料來(lái)源廣、價(jià)格優(yōu)廉、無(wú)毒、易生物降解等特點(diǎn)，應(yīng)用前景十分樂(lè)觀。按原料來(lái)源的不同，把天然改性高分子絮凝劑分為淀粉衍生物、纖維素衍生物、植物膠改性產(chǎn)物和聚多糖類及蛋白質(zhì)改性產(chǎn)物等。其中針對(duì)淀粉的改性最引人注目，淀粉與丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸酷、丙烯睛等單體接枝共聚、交聯(lián)，使共聚物同時(shí)也具有人工合成高分子的性質(zhì)。此外在研制和應(yīng)用植物膠類、聚多糖類天然改性高分子絮凝劑方面也取得很大進(jìn)展。

3 絮凝劑的發(fā)展與展望

隨著人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量客觀要求的提高和對(duì)絮凝劑不斷深入的研究，絮凝劑的發(fā)展向著無(wú)毒、高效、可降解，且不存在二次污染的天然或天然改性高分子絮凝劑及生物絮凝劑的方向發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸柱，蔡蘭坤，陳中興等.水處理藥劑[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002·

[2]楊旭，趙立志.陽(yáng)離子絮凝劑的研制[J].重慶環(huán)境科學(xué)，1995，17（5）：17～19.

[3]徐斌，王竟，周集體.微生物利用廢棄物的產(chǎn)生絮凝劑的研究與應(yīng)用[J].工業(yè)水處理，2000，20（5）：1～3.