高分子絮凝剂的研究进展

赵 君，任俊鹏，周进康，马小云

（贵州师范学院化学与材料学院，贵州 贵阳 550018）

伴随着城镇化进程的高速发展和现代工业的不断深入，城镇居民排放的生活污水和工矿企业排放的工业废水与日俱增。污水和废水中的有毒有害物质往往超标，若不进行有效处理，不仅会导致水体的物理和化学性质发生变化，还会对环境造成污染，进而通过食物链对人体健康造成不可估计的危害，所以水污染已经是无法忽视的环境问题之一[1-2]。有效地对污水、废水进行处理，实现水体质量达到国家排放标准或二次利用标准，不仅能实现可持续发展，还是保护环境、保障人类健康的重要举措。现在污水、废水的处理方法主要有物理吸附沉淀法、化学氧化法、离子交换法、活性污泥法、超级细菌法等[3-4]。絮凝法具有处置成本低、处理过程简易、絮凝效果好等优点，在城市污水和工矿企业废水的处理中表现出良好的处理效果，是应用最为广泛的废水处理手段之一[5-7]。

利用絮凝法进行水体处理的关键在于絮凝剂的研发与选择。近年来高分子絮凝剂的研发和应用均表现良好，所以本文从高分子絮凝剂的研究、发展历程、动态及相关应用和产品缺陷等方面进行介绍。

1 高分子絮凝剂的研究进展

高分子絮凝剂是无机物或有机物通过聚合形成的聚合物。国内外正在研发及已实现产业化的主要有无机高分子絮凝剂、有机高分子絮凝剂、无机-有机复合絮凝剂及生物高分子絮凝剂[8]。

1.1 无机高分子絮凝剂

20世纪60年代后期，为克服传统无机絮凝剂的酸性较强、絮凝体小等缺陷，以聚合硫酸氯化铝、聚合硅酸硫酸铝等聚铝盐，聚硅酸氯化铁、聚硅酸硫酸铁等聚铁盐，以及聚合硫酸铝铁等聚铝铁盐为代表的无机高分子絮凝剂相继出现[9-10]。由于价格低廉、工艺成熟等原因，美、俄、日等国家已实现产品的自动化生产且质量稳定，生产规模相当可观。在我国，无机高分子絮凝剂的起步相对较晚，虽拥有不同系列的产品，但厂家规模不足、生产分散、自动化程度低、产品质量波动大等问题较为严重，导致研究成果不能很好地转化为商业化产品，无法开拓销售市场。另外，易产生二次污染、受环境因素影响大等缺陷，也成为制约无机高分子絮凝剂应用和发展的重要因素。如碱性水体会使聚铝盐类絮凝剂出现水解现象，导致使用范围受限；聚合铁盐类絮凝剂会与硫发生配位反应，导致在含硫污水中对污染物的吸附效果下降等[11]。

1.2 有机高分子絮凝剂

目前，有机高分子类絮凝剂主要有阴离子型聚合物、阳离子型聚合物、非离子型聚合物和两性型聚合物四大类型，且因分子量大、吸附能力强、絮凝体积大、沉降快、投加量少、负作用小等优势而受到重视。阳离子型高分子絮凝剂的应用前景最为广阔，这是因为此类絮凝剂带有大量的正电荷，从而增强了对带负电的微细粒子的吸附能力，同时其良好的架桥作用进一步提升了絮凝沉淀能力[12]。

阳离子絮凝剂以聚二甲基二烯丙基氯化铵、阳离子聚丙烯酰胺类等高分子聚合物为代表。聚二甲基二烯丙基氯化铵由于性能优越，已实现工业化生产，并在水处理行业表现出良好的处理效果[13]。在国外，聚二甲基二烯丙基氯化铵主要应用于城市生活污水、工业废水及饮用水等水处理领域，国内则在石油、天然气等矿业气的采矿业污水处理中表现出不凡的处理效果。

阳离子聚丙烯酰胺有一定的毒性，在国内主要作为污泥脱水处理剂，用量只占絮凝剂总量的10%左右。在美、日、德、法等发达国家，阳离子聚丙烯酰胺的使用量占有机合成类高分子絮凝剂的60%，且年增长率保持在10%以上[14]。

1.3 无机-有机复合絮凝剂

无机-有机复合絮凝剂同时具有无机和有机成分，扩大了其污水处理的范围，且其良好的电性中和作用和吸附架桥作用，使得絮凝剂在水中充分吸附污染物的同时，很好地保持了絮凝体的稳定性。此外无机、有机分子间的“缠绕”包裹作用可加强絮凝剂的水体截切力和沉降速度，更好地实现污染物与水体分离。过去几年中，恒业精细化工与华南理工大学进行了两性离子型絮凝剂的合作研究，但未实现大规模的商业化生产，亦未见应用实例报道。

以聚合铝、聚合铁为无机成分，聚丙烯酰胺为有机成分合成的复合两性絮凝剂，以及以铝铁为基体合成的改性淀粉复合絮凝剂，是复合絮凝剂主要的研究方向。研究者在实验中详细探究了合成时无机成分和有机成分的物质配比、待处理污水的pH值、温度及处理工艺中的搅拌速率和絮凝时间等对絮凝性能的影响[15]。相关研究表明，复合絮凝剂的处理效果，优于有机、无机絮凝剂两种成分同时投加的处理效果，其较小的药剂加入量和简单的处理工艺，成为水处理技术中优先选择的处理方法。

1.4 生物高分子絮凝剂

生物高分子絮凝剂是运用生物技术，将某些特定微生物分泌的多肽等生物高分子化合物作为絮凝剂。目前生物絮凝剂仍以实验研究为主，未进入产业化阶段，但作为“绿色”絮凝剂，生物高分子絮凝剂必将成为研究的热点。因具有可降解、无二次污染的特点，所以我国及美、日等发达国家很早就开始了相关的研究工作。如利用淀粉杆菌将淀粉转化为黏多糖-微生物胶，在水处理中表现出较好的处理效果，但成本相对较高[16]。微生物在细胞外产生的发酵液或代谢物可形成聚合物，-OH、-NH2等官能团可与重金属离子进行配位后去除水体中的金属离子[17]。

2 结语

为实现对废水的环保处理，选用高效、安全低廉的絮凝剂是水体处理的前提。高分子絮凝剂在水体处理中的投药量小，絮凝力强，具有较强的优势，特别是有机-无机复合高分子絮凝剂，因适用范围广、毒害性小等优势，在行业发展中具有更大的发展前景和优势。生物高分子絮凝剂会随着技术的进一步发展，表现出更好的优势从而成为絮凝剂发展的新方向。