絮凝剂在水处理中的应用及发展趋势

白利松，赵 勇（

中国石油抚顺石化公司，辽宁 抚顺 113004）

絮凝剂在水处理中的应用及发展趋势

白利松，赵 勇（

中国石油抚顺石化公司，辽宁 抚顺 113004）

本文介绍了絮凝剂的分类，以及各类絮凝剂的特点和应用进展。

水处理 絮凝剂 应用现状 发展趋势

1. 前言

水处理的方法很多，有生化法、吸附法、化学氧化法、离子交换法、电渗析法、絮凝沉淀法等等。其中絮凝沉淀法作为一种物理、化学处理法因工艺简单、效率高、费用较低等优点，成为目前国内外普遍用来提高水质处理效率的方法。此法中，絮凝效果的好坏决定了后续流程的运行状况、最终出水水质和费用。因此选择何种絮凝剂，对于提高出水水质、降低制水成本有着重要的技术经济价值。随着絮凝沉淀技术的日益完善，絮凝理论发展迅速，絮凝剂的种类繁多，独具特性的新产品也不断涌现。本文着重介绍了常用的几种絮凝剂及其应用现状，并叙述了絮凝剂的发展趋势。

2. 絮凝剂的分类及在水处理中的应用

按其化学成分，絮凝剂可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂。

2.1 无机絮凝剂

2.1.1 无机盐类絮凝剂

这类絮凝剂常用的有铝盐和铁盐（包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等）。由于无机盐类絮凝剂存在用量大、絮凝效果低，成本高、腐蚀性强等缺点，使其在实际应用中受到限制。

2.1.2 无机高分子絮凝剂

这类絮凝剂是20世纪60年代后在传统的铝盐、铁盐的基础上发展起来的一类新型水处理剂。与传统絮凝剂相比，它具有效能高、无毒、适应性强和价格较低的优势，因而有逐步成为主流药剂的趋势。目前，日本、俄罗斯、西欧及我国生产此类絮凝剂已达到工业化、规模化和流程自动化的程度，无机聚合类絮凝剂的生产已占絮凝剂总产量的30%～60%。

2.1.3 硼泥复合型絮凝剂

硼泥复合型絮凝剂是一种含有水溶性的镁、铁、铝等无机酸盐高分子的絮凝剂。硼泥的主要成分为含镁、铝、铁、硅、硼、钙的混合物，不含对人体有毒的化学成分，可以作为废水处理剂的原料加以利用。以硼泥和酸洗废液为原料，既可减少废渣、废液的排放，又可利用废渣、废液达到变废为利的目的。硼泥复合絮凝剂的混凝机理是压缩双电层、吸附电中和、吸附和桥架、沉淀网捕等作用。它综合了镁、铝、铁、活性团体组分等有效成分，从而在混凝过程中发挥了它们的协同作用，在不同的pH值范围内均能发生有效的混凝作用。

2.2 有机类絮凝剂

有机高分子絮凝剂同无机高分子絮凝剂相比，具有用量少、絮凝速度快、受共存盐类pH值及温度影响小，生成污泥量少，并且容易处理等特点，因而有着广阔的应用前景。目前，使用的有机高分子絮凝剂主要有天然改性的高分子絮凝剂和合成的高分子絮凝剂两类。

2.2.1 天然有机高分子絮凝剂

天然高分子絮凝剂的使用量远小于合成有机高分子絮凝剂，原因是其电荷密度小、相对分子质量低、易于发生生物降解而失去絮凝活性。这类天然高分子化合物含有多种活性基团，如羟基、酚羟基等，表现出了较活泼的化学性质。通过羟基的酯化、醚化、氧化、交联、接枝共聚等化学改性，其活性基团大大增加。经改性后的天然高分子絮凝剂与合成有机高分子絮凝剂相比，其具有选择性大，无毒、廉价等优点。这类絮凝剂按其原料来源不同，大体可分为淀粉衍生物、纤维素衍生物、甲壳素衍生物、植物胶改性产物、多糖类蛋白质改性产物等。

2.2.1.1 淀粉衍生物

淀粉改性絮凝剂来源广泛、价格低廉、且产物完全可以生物降解，在自然界中形成良好循环。淀粉是由许多脱水葡萄糖单元经糖苷键连接而成的物质，每个脱水葡萄糖单元的2、3、6三个位置上各有一个醇羟基，因此淀粉分子中存在着大量可以反应的基团。淀粉衍生物是通过其分子中葡萄糖单元上羟基与某些化学试剂在一定条件下反应而制得的。近年来各类淀粉与丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸酯、丙烯腈等的接枝共聚反应的研究和产品开发应用已经广泛开展。它与聚丙烯酰胺相比具有稳定性强、适应范围广、絮凝能力强等特点。

2.2.1.2 木质素衍生物

木质素是造纸浆过程中的一个主要成分。由于含有大量木质素造纸废液的大量排放，不仅严重污染了环境，而且造成了物质资源的极大浪费。Rachor和Dilling分别于20世纪70年代中后期以木质素为原料合成了季铵型阳离子表面活性剂，用其处理染料废水获得了良好的絮凝效果。吴冰艳等人合成的木质素季铵盐絮凝剂，具有良好的絮凝能力，处理高浓度、高色度的酸污染废水时具有良好的脱色效果。实验表明：木质素衍生物具有良好的絮凝性能，对多种染料的脱色率均超过90%。木质素改性产品还可以作为含蛋白质废水的絮凝剂，因为它的无毒性，回收的蛋白质可作饲料。

2.2.1.3 甲壳素衍生物

甲壳素是自然界中含量仅次于纤维素的第二大天然有机高分子化合物，是甲壳类动物（虾、蟹）、昆虫外骨骼的主要成分。对甲壳素进行适当的分子改造，脱去乙酰基得到壳聚糖，是一种性能良好的絮凝剂。近年来甲壳素在废水处理方面的应用研究已取得了重大进展，很多成果已进入了实用阶段或已实现商品化。

2.2.2 合成高分子絮凝剂

我国对这类絮凝剂的研究主要集中在聚丙烯酰胺、烷基烯丙基卤铵、环氧氯丙烷与胺的反应物三大类。其中，聚丙烯酰胺（PAM）的应用最为广泛。聚丙烯酰胺有非离子型、阳离子型和阴离子型三种，它们的相对分子量均在150万到800万之间。聚丙烯酰胺对悬浮于水质中的粒子产生吸附，使离子间产生交联，从而使其絮凝沉降。聚丙烯酰胺对废水处理有显著的效果，广泛应用于工业废水的处理，是一种重要的和使用较多的高分子絮凝剂。但由于这类絮凝剂存在一定量的残余单体丙烯酰胺，不可避免地带来毒性，因而使其应用受到了限制。烷基烯丙基卤铵中具有代表性的是二甲基二烯丙基氯化铵的均聚物。小、胶体表面性质、pH等因素均能影响其絮凝性能。微生物絮凝剂具有絮凝范围广、絮凝活性高、安全、无害、无污染、脱色效果独特等特点，加上絮凝剂产生菌的种类多、生长快、易于实现工业化，微生物絮凝剂的研究正成为当今世界絮凝剂方面研究的重要课题。

3. 絮凝剂的发展趋势新的絮凝剂产生菌，将污染物降解质粒引入到微生物菌种中，使絮凝、沉降、降解于一体。

④增强环保意识，加强对无毒、新型天然改性高分子絮凝剂的研究。

⑤利用高浓度含氮有机废水及廉价原料进行微生物絮凝剂制备的工艺研究。

总之，研制新型、高效、安全、经济的絮凝剂是絮凝剂生产发展的必然方向。

王萍等采用聚二甲基二烯丙基氯化铵(PDADMA)来处理印染废水，处理效果比较明显。环氧氯丙烷与胺的反应物的优点是能在含氯分散相的水分散体中使用而不与氯化物起作用，它多应用于油污泥水和印染废水中。

合成高分子絮凝剂在国内外得到了广泛的研究与应用，但存在有毒性、难生物降解、价格较高等缺点。

2.3 微生物絮凝剂

微生物絮凝剂是一类由微生物产生的具有絮凝剂活性的代谢产物，主要有糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和DNA以及有絮凝剂活性的菌体等。该絮凝剂是利用生物技术，通过微生物发酵、抽取、精制而得到的一种新型、高效、廉价的水处理剂，是一种无毒的生物高分子化合物。生物高分子絮凝剂主要通过桥架作用和电中和作用，使颗粒和细胞聚合，其他的絮凝作用机理如网扑作用，粒质学等可解释部分絮凝现象。实际上，絮凝是一个复杂的过程，由于絮凝剂的种类和浓度、分子构型、相对分子质量大

近几十年来，絮凝剂的发展方向逐渐由无机向有机化、低分子向高分子化、单一型向复合型、合成型向天然微生物型转化，絮凝剂产品也逐渐多样化、专门化、环保化。从目前水处理的现状来看，今后水处理研究的方向应该是：

①对絮凝机理、动力学、絮凝剂的理化性质等的研究。

②借鉴国外关于絮凝剂的复配技术，改善复合技术工艺，优化生产路线，尽量降低生产成本。

③拓展絮凝剂的应用范围，利用基因工程技术，优化培养条件，寻找

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