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展現狀及絮凝機理，總結了其存在問題，并對水處理絮凝劑的發展前景進行展望。

關鍵詞：水處理;絮凝劑;水環境惡化;水資源短缺

隨著我國人口的不斷增加和工業的快速發展，引起水環境的惡化日益嚴重，水資源短缺問題不斷加重，我國已經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，水資源短缺已經成為了礦區人們生產與生活的障礙，所以解決缺水問題已經刻不容緩，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展現狀及絮凝機理，總結了其存在問題，并對水處理絮凝劑的發展前景進行展望。

1.絮凝劑的發展現狀

根據化學成分分類，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，并且對環境有害，無機高分子絮凝劑是在其基礎上產生的，如聚合氯化鐵、聚合硫酸鋁，具有高效、價格低廉等優點，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不僅制備材料容易獲得，而且容易生物降解，對環境危害小。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，而且不經濟，故其研發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年代出現的利用現代生物技術通過生物發酵、抽提、精制產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點，但是特定微生物品種培養難度大、成本高、產量低，并且工業化的難度大，極大地限制了其大規模地推廣使用。

1.4復合絮凝劑

復合絮凝劑可以有效應對污水復雜多變、性質不穩定的狀況，可以發揮多種組分的協同效應，克服單一絮凝劑的諸多不足，顯現更加優良的性能特征，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，產生廢物多，無機-有機復合絮凝劑的穩定性不佳，并且產生的單體有毒，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捕作用，無機絮凝劑和合成有機高分子絮凝劑可以經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，研究發現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生單體的毒性較大，而且不經濟。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，但特定微生物培養難度大、成本高、產量低，工業化的難度大。并且這三種絮凝劑無法應對污水復雜多變、性質不穩定的狀況，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-有機復合絮凝劑穩定性不足，解決產生有毒單體的問題。

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）