无机絮凝剂的研究进展1

无机絮凝剂的研究进展

摘要：论述无机絮凝剂的发展历程和现状，简要介绍不同无机絮凝剂在各种水处理情况下的应用及其发展方向。

关键词：无机絮凝剂；絮凝；水处理

絮凝剂被广泛应用于市政给水、化工、矿业、环保等领域，在固液分离和水处理过程中。用以提高微细固体物和胶体的沉降和过滤效果等。絮凝剂的选择直接影响絮凝效果。絮凝剂可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂等。无机絮凝剂也称凝聚剂，按金属盐种类可分为铝盐系和铁盐系．铝盐以硫酸铝、氯化铝为主，铁盐以氯化铁、硫酸铁为主；按阴离子成分又可分为盐酸系和硫酸系；按分子量可分为低分子系和高分子系两大类。

一、无机低分子絮凝剂

硫酸铝是我国常用的絮凝剂，分子式为A1

2(SO

4

)

3

·xH

2

O，相对分子质量为(以A1

2

(S0

4

)

3

计)342．15。由于硫酸铝有来源丰富、价格相对低廉，使用方便，处理高温高浊度效果好等优点，所以目前世界上各国自来水厂用的絮凝剂中，硫酸铝的用量占90％以上。硫酸铝主要是通过吸附脱稳和卷扫作用使胶体颗粒脱稳沉淀的，但是缺点是在水温低时，硫酸铝水解比较困难。形成的絮凝体比较松散，效果不及铁盐混凝剂，而且处理后水中残留铝

量高。所以很多用硫酸铝作絮凝剂进行处理的水厂的出水含铝量超标(国家标准为：0．2mdl)。

三氯化铁是铁盐混凝剂中最常用的一种，它溶于水后和铝盐相似，水合铁离子也进行水解、聚合反应。在一定条件下，铁离子Fe3+通过水解聚合可以形成多种成分的配合物或聚合物，如单核组分、以及多核组分、等等，以至Fe(0H)

3

沉淀物。通过压缩双电子层、电荷中和、羟基架桥和卷扫等作用。使胶体颗粒体系脱稳沉降。一般地，三价铁适用的PH值范围比较宽，形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实，处理低温低浊水的处理效果比硫酸铝好。但是，三氯化铁腐蚀性比较强，能腐蚀混凝土，出水的残留铁含量容易超标，固体产品易吸水潮解．不易保管。

二、无机高分子絮凝剂

无机高分子絮凝剂是20世纪60年代在传统的铁盐、铝盐基础上发展起来的一类新型絮凝剂．主要包括聚合硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁等。无机高分子絮凝剂是无机絮凝剂的主流产品和主要研究方向，它是在传统的铝盐、铁盐絮凝剂基础上发展起来的一类新型水处理药剂。无机高分子絮凝剂比原有传统药剂有更好的絮凝效果而相应价格较低，在日本、俄罗斯、西欧、中国都已有相当规模的生产和应用。聚合类药剂的生产占混凝剂总量的30％～60％1叫。

聚合硫酸铁又称聚铁或硫酸聚铁，日本在1974年首先生产出聚合硫酸铁。随后欧美等国也生产出相似产品，我国于20世纪80年代初研制成功并推广应用。聚合硫酸铁具有投药量低、适应水质条件宽、同时具有脱色、去除重金属离子、降低水中的C0D、BOD浓度和提高杀灭细菌效果等优点，是一种优良的高分子絮凝剂，已被广泛应用。

聚合氯化铝(PAC)。又名碱式氯化铝，是新一代的无机高分子混凝剂。与传统的铝盐类和铁盐类混凝剂相比，具有吸附活性高、澄清泥少、时问短、适应PH值范围宽、不需助凝剂和不受水温影响等优点。PAC是目前技术最成熟、市场销量最大的污迹高分子水处理剂，已被广泛用于净水处理和工业废水的处理。还可用于制革的鞣软剂、造纸的施胶剂、印染的漂

染剂、精密铸造的硬化剂、耐火材料的粘结剂等。

有机高分子絮凝剂通常与无机高分子絮凝剂配合使用。或者借无机盐的存在与污染物电荷中和，来促进有机高分子絮凝剂的作用2。

三、复合型无机高分子絮凝剂

无机高分子絮凝剂作为第二代无机絮凝剂，具有比传统絮凝剂性能好，而比有机高分子絮凝剂价格低廉等优点，成功应用于各种水处理中，成为主流絮凝剂。但是，无机高分子絮凝剂的絮凝效果处在传统絮凝剂和有机高分子絮凝剂之间，这促使人们研究各种复合型无机高分子絮凝剂。复合型无机高分子絮凝剂是指含有铝盐、铁盐和硅酸盐等多种具有絮凝或助凝作用的物质。经过一定的工艺形成羟基化的更高聚合度的无机高分子产品。国内外研究得比较多的有：聚合硅酸铝、聚合硅酸铁、聚合氯化铁、聚合硅酸铁铝和聚合硫酸氯化铝等。复合型无机高分子絮凝剂之所以比其他无机絮凝剂能力高、絮凝效果好，其根本原因就在于它能提供大量的如上所述的络合离子，能够强烈吸附胶体微粒，通过粘附、架桥和交联作用，从而促使胶体凝聚。同时还发生物理化学变化，中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷，降低

了Zeta电位。使胶体粒子由原来的相斥变成相吸，破坏了胶团的稳定性，促使胶体微粒相互碰撞，从而形成絮状混凝沉淀，而且沉淀的表面积可达(200～1000)m2／g，极具吸附能力。也就是说，聚合物既有吸附脱稳作用，又可发挥黏附、桥联以及卷扫絮凝作用3。

聚合硅酸铝盐是一种新型的复合型无机高分子絮凝剂，是在活化硅酸(聚硅酸)及铝盐混凝剂的基础上发展起来的聚硅酸和铝盐的复合产物，由于PASS含有较多的具有良好凝聚效果的反应性铝和聚硅酸，对胶体的混凝过程中可同时发生静电中和、吸附架桥以及网捕等三种功能，并且由于铝离子与硅酸之间存在着吸附络合作用，而使聚硅酸具有一定的稳定性。因此处理水时具有用量少、能生产高密度得絮状物、沉降迅速、处理后残留铝低、处理低温底浊度水有特效等特点。该类凝聚剂的开发研制在国外始于20世纪80年代末，国内始于90年代初期。由于该类凝聚剂具有凝聚效果好，价格便宜，处理后水中残留铝量低等优点，引起了水处理界的极大关注，成了国内外无机絮凝剂研制的一个热点。

国内外报道的硅铝复合型无机高分子絮凝剂的制备方法主要分为三种：

(1)以矿石、废矿渣、粉煤灰等作为原料，将其中的Si0

2、A1

2

3

等以硅酸盐、铝盐等形

式提取出来，在一定的条件下反应聚合制备聚合硅酸硫酸铝(PAss)；(2)将铝盐引入聚硅酸

溶液中(3)将硅酸钠、铝酸钠和硫酸铝等作为原料在高剪切工艺下制备聚合硅酸硫酸铝(PASS)。

该类絮凝剂国外研究始于20世纪80年代。加拿大Hardy化学品公司采用高剪切专利技术，将硅酸钠、铝酸钠、硫酸铝等混合，并在一定的温度下进行反应而制的贮存稳定性特别好的、有一定碱化度的PASS，1989年该公司首先发表了研究成功的报道，并于1991年在加拿大魁北省的Lapraie建成年产2．7万吨的PASS的生产装置，此后，日本和美国了分别建立了年产2 万吨得工厂，所生产的产品已有广泛应用4、5。

国内对硅铝复合絮凝剂的研究始于20世纪90年代，高宝玉等将铝盐引入聚硅酸中研制了含铝离子的聚硅酸絮凝剂6、7。常青等人采用水玻璃硫酸酸化聚合后加入硫酸铝的方法制备PASS，并对其制备条件、结构与性能等方面进行了较为深入的研究，认为聚合硅酸硫酸铝的最佳制备条件是：PH值5．5～6．0，Si0

2

浓度2．0％～3．O％．AvSi摩尔比为O．25时产品比较稳定8。宋永会等以PAC、活化硅酸、硫酸铝为原料，制备了以聚合铝为基础的聚铝硅絮凝剂和以聚硅酸为基础的聚硅铝絮凝剂9。王德英等用硅酸钠和硫酸铝为原料。用硫酸调PH 值制的聚合硅酸硫酸铝絮凝剂(PASS)，并用于低温低浊度水处理。结果表明：PASS对低温低浊度水有良好的混凝处理效果和较宽的PH值使用范围10。王萍等用硅酸钠和硫酸铝为原料，

用硫酸调PH值制得的PASS，研究了Si0

2

／AL(摩尔比)、PH值对自制高岭土水样的处理效果的