混凝剂

混凝剂

在20世纪初，用混凝剂进行工作的快滤池进入给水处理的实践中，其运转经验表明，混凝剂具有很高的消毒能力。从最早使用的天然混凝剂到初级合成 AIC13、FeS04-7H20或硅系列混凝剂，再到现今使用的高聚合类混凝剂（如聚合氯化铝PAC、聚合硫酸铁PFS、PASS、聚丙烯酰胺PAM等），以及即将到来的生物混凝剂，人类使用混凝剂的过程也会经历一个从天然到合成再到天然的循环。混凝方法也由简单的搅拌发展到精确控制搅拌的各种边界条件、混凝剂最适应用环境，进而形成许多的混凝理论，在水的净化处理过程起着重要的指导作用。

1 混凝剂的定义与分类

1.1 混凝剂的定义目前关于混凝剂的定义有两种方法：一种是根据胶体粒子聚集阶段的不同，即胶粒的表面改性及胶粒的粘连，将起胶粒表面改性作用的药品称为凝聚剂，使胶粒粘连的药品称为絮凝剂，兼有上述各种功能的药品为混凝剂；另外一种定义比较简单，将混凝剂与絮凝剂不加区分，因为从机理上区分凝聚与絮凝有时很困难。

1.2 混凝剂的分类目前，絮凝剂的品种繁多，按其化学成分可分为无机和有机两大类。无机类的品种较少，主要是铝和铁的盐类及其水解聚合产物，但在水和废水处理中的用量很大；有机类的品种很多，主要是高分子化合物，又可分为天然的及人工合成的两部分，但用量不如无机类大。

2 混凝剂在我国的发展现状

混凝剂剂的开发主要集中在无机高分子絮凝剂(IPF)的复合与混凝机理的研究方面，并提出了自己的某些理论，在指导新型混凝剂的开发方面起到了一定的作用。如汤鸿霄在 A113结构模型方面所做的研究与李圭白在利用 KMnO4去除微污染水中的腐殖质方面的研究都在国际上有一定的影响。

目前，我国无机混凝剂的品种比较齐全，但天然与人工合成有机高分子絮凝剂相对国外而言品种较少。例如，常用的聚合高分子主要是聚丙烯酰胺系列化合物，电荷基本局限于阴离子聚丙烯酰胺及非离子聚丙烯酰胺型，而一些发达国家无论在给水还是在废水处理中，阳离子型不同种类的聚合高分子的应用均明显超过阴离子型及非离子型聚合高分子。我国水处理混凝剂的研制工作在这方面有待加强。

3 混凝机理

混凝作用过程是水中胶体粒子聚集的过程，也就是胶粒成长的过程，而这个过程是在混凝剂的水解作用下进行的。因此，混凝作用机理与以下 3个因素有关:一是胶粒性质；二是不同混凝剂在不同条件下的水解产物；三是胶粒与混凝剂水解产物之间的相互作用。混凝剂水解产物与胶粒之间的作用有 4种，即压缩双电层、吸附-电中和作用、吸附-架桥作用和卷扫作用。

3.1 压缩双电层作用压缩双电层作用是指向水中投加混凝剂，增加反离子浓度，使胶体扩散层压缩，心电位降低，排斥势能也就随之降低。当混凝剂量继续增加、胶粒心电位逐渐降至零时，胶粒间排斥势能消失，此点称为“等电点”。按 DLVO理论，在等电点状态下，胶粒最易发生凝聚。DLVO理论提出了关于各种形状微粒之间的相互吸引能与双电层排斥能的理论计算方法，成功解释了胶体的稳定性及其凝聚作用。其缺点在于忽视了水中反离子水解形态的专属化学吸附作用，不能解释混凝过程中出现的胶粒改变电性而重新稳定的现象。为此，又提出了其它几种理论。

3.2 吸附-电中和作用用吸附－电中和理论可以解释高价混凝剂水解引起的胶体脱稳，能够解释压缩双电层理论所不能说明的一些问题。高价混凝剂(如铁盐、铝盐)在水中经水解

缩聚而形成的带正电的高分子物，由于静电作用，带负电的胶粒与带正电的水解产物之间发生吸附，产生电性中和，导致胶粒乙电位降低，最终发生凝聚。当胶粒吸附足够多正电荷时，其电性发生改变，变成正电荷胶体，重新形成稳定。

3.3 吸附—架桥作用

吸附－架桥理论指高分子物质对胶体的强烈吸附，体现在胶粒与胶粒之间的架桥联接作用。 Lamer认为，当高分子链的一端吸附了某一胶粒以后，另一端又吸附了另一胶粒，形成“胶粒－高分子－胶粒”的絮凝体。但当高分子过多时，将产生胶体保护作用:胶粒表面被高分子全覆盖后，两胶粒接近时，或者由于“胶粒－胶粒”之间所吸附的高分子受到压缩变形而具有排斥势能，或者由于带电高分子的相互排斥，使胶粒不能凝聚。

3.4 卷扫作用

卷扫作用是当铝盐或铁盐投加量超过溶度积会产生凝絮状氢氧化物的沉淀，这些凝絮状氢氧化物具有巨大的网状表面结构，且带一定正电荷量，具有一定的静电粘附能力，因而在沉淀物生成过程中，胶体颗粒可同时被粘附网捕在沉淀物中而迅速卷扫沉淀。混凝过程实际是上述几种作用机理综合作用的结果，或是在特定水质条件下以某种机理为主。混凝机理不仅取决于所使用混凝剂的物化特性，而且与所处理水质特性，如浊度、碱度、 pH值以及水中各种无机或有机杂质等有关。

4 无机高分子混凝剂的发展趋势

无机高分子聚硅酸盐混凝剂((PMSS)是在聚硅酸(即活化硅酸)及无机铁铝盐混凝剂的基础上发展起来的聚硅酸与铝盐的复合物，它同时具有静电中和作用和吸附架桥作用。由于该类混凝剂混凝效果好、价格便宜、生成的矾花大、沉降速度快，尤其在处理低温低浊水时，仍有较好效果。同时，处理后铁铝在水中残留量明显降低，克服了聚合氯化铝（PAC）低温时混凝性能差和铁盐处理后引起的色度偏高的缺点，引起了水处理界的极大关注，成为国内外无机混凝剂的研究热点。

我国已将该类混凝剂的研制开发列为国家“九五”科技攻关项目的一项研究内容。将聚硅酸与无机铁铝盐混凝剂复配，制备性能稳定的无机高分子聚硅酸盐混凝剂，发挥各自的优势，应用于水处理领域，是今后国内外无机高分子混凝剂研究的新趋势，有机高分子絮凝剂聚丙烯酰胺也会得到广泛使用