新型混凝剂与絮凝剂

新型混凝剂与絮凝剂
混凝就是水中胶体颗粒以及微小悬浮物的聚集过程。

它是给水和污水处理工艺的关键环节之一，它既可以去除原水的浊度和色度等感官指标，又可以去除一定的有机污染物和有毒有害污染物。

它可以自成独立的处理系统，又可以与其它单元过程组合使用。

目前，混凝剂的发展趋势是从低分子向高分子、单一型向复合型方向发展。

有些混凝剂除了混凝作用以外，还具有脱色、除藻等作用，从而缩短水处理工艺流程[1]。

目前混凝剂的种类很多，无机混凝剂以铁盐和铝盐为主，有机混凝剂以各种聚丙烯酰胺、聚胺等为主[2]。

1无机型混凝剂
(1)铝盐混凝剂铝盐是最传统、应用最广泛的絮凝剂。

传统的铝盐絮凝剂，如明矾等，其主要作用机理是通过对水中胶体颗粒的压缩双电层作用，吸附架桥作用，使胶体颗粒脱稳，从而聚集、沉降。

聚合氯化铝（PAC）是目前常用的铝系高分子混凝剂，它是一种含不同量羟基的无机高分子多核高效混凝剂，其分子式为[Al m(OH)n(H2O)x].Cl3m-n(n<=3m)，自20世纪60年代问世以来，因其效能在许多方面优于硫酸铝，如投加剂量低，对原水水温及pH的变化适应性强等，已广泛应用于水和废水处理。

20世纪60年代末日本提出了利用工业氢氧化铝与盐酸反应的制备工艺，随后国内外研究者又发明了铝酸钙酸溶法一步法，以及矾土酸溶-铝酸钙调整两步法工艺，这些工艺在工业上已被广泛使用[3-5]。

聚合氯化铝是一种高效无机混凝机，一般是指Al3+到Al(OH)3之间的一系列准稳态物质，即二铝到氢氧化铝之间的羟基络合物。

有证据表明，以氯化铝计算，简单铝盐的水溶液可用六水合离子来准确描述。

当铝盐溶液缺乏酸时，即形成碱式盐的情况，可形成一种更为多种多核聚体的复杂体系[6]。

聚合硫酸铝(PAS)是与聚合氯化铝(PAC)同步研发的一种无机高分子混凝剂。

PAC目前已成为全球主导的水处理混凝剂，而PAS一直未能成功投入工业
化生产和应用，其主要原因在于PAS的化学稳定性和生产、使用成本等方面。

聚合硫酸铝，通式为：[Al2(OH)n(SO4)3-n/2]m(0<n<5,m<=10)。

聚合硫酸铝是在铝盐水解聚合和混凝机理的研究基础上发展去起来的一代新型水处理混凝剂，其混凝性能与聚合氯化铝相似。

，PAS盐基度与pH成正相关关系，高的溶液pH有利于减少水处理中的腐蚀性，并有利于造纸中性施胶。

PAS中氧化铝含量与密度有关，，在等同氧化铝含量下，PAS盐基度越高，溶液密度越小，有利于运输和贮存。

深圳中润公司研发的工业化聚硫酸铝液体产品有效成分氧化铝质量分数在10％～14％，盐基度(B)在0～70％，液体产品稳定期可达1 a以上[7]。

(2)铁盐混凝剂铁盐是铝盐的主要替代品，采用铁盐作为混凝剂，不仅安全无毒。

避免二次污染，而且具有混凝能力强、矾花大、沉降快、水温和pH值适用范围广、价格便宜等优点。

尤其是在低温条件下，铁盐的混凝效果明显优于铝盐。

但其腐蚀性强，对设备要求高，且铁盐混凝剂中的Fe3+与水中腐殖质等有机物可形成水溶性污染物，使自来水带色，故需慎重选取。

聚合硫酸铁(PFS)是20世纪70年代国外开发的一种新型无机高分子混凝剂，与常用混凝剂三氯化铁、硫酸铝等相比，有许多明显的优点，如在净水过程中生成的矾花大，强度高、沉降快，在污水处理时对某些重金属离子及COD、色度、恶臭等均有显著的去除效果，对处理水pH值适应范围广(pH为4~11)，且PFS 溶液对设备的腐蚀性小。

PFS在城市污水脱除氨氮、总磷、臭味等方面的优点是铝系混凝剂所无法比拟的。

聚合硫酸铁同时与聚胺、二烯丙基二甲基氯化铵均聚物等阳离子聚合物、强无机氧化剂等具有非常好的复合性能，复合后混凝剂对处理低温低浊度水、高浊度水、市政污水、印染废水等具有优良的性能[8]。

除PFS以外，还出现了聚磷酸铁(PFP)，聚氯化铝铁(PAFC)、聚硫酸铝铁(PAFS)、聚硅酸铝铁(PSFA)、聚磷氯化铁(PPFC)、聚硫酸氯化铁(PASC)等复合型混凝剂。

它们比PAC和PAF分子量大，混凝效果好，广泛用于石化厂、钢铁厂、煤矿、制革废水和印染废水的处理。

(3)聚硅酸类混凝剂聚硅酸在20世纪30年代后期作为混凝剂在水处理中得到应用。

这种混凝剂在通常条件下组分带负电荷，属阴离子高分子混凝剂，主要依靠表面羟基的氢键作用吸附其它分子。

且硅酸在聚合过程中，随分子量的增
大而形成网状结构，形成的矾花大而易于沉降。

聚硅酸铁(PSF)是一种新型无机高分子混凝剂，它是将铁离子引入到活性硅酸而制得的复合型混凝剂。

在使用聚硅酸铁盐复合无机高分子混凝剂时，其使用效果的好坏取决于许多因素。

但PSF得混凝效果明显优于PFS、复合铝铁(PFA)，这是因为PSF是由许多链节样物种连接而成的分维数很大的敞开式枝状结构，PSF的三种水解形态Fe(OH)3、Fe(OH)2+及Fe3+稳定存在于水体中，是PSF在较宽pH范围内具有优异混凝性能的根本原因，也是PSF同时具有增强电中和，脱稳及架桥混凝机理的内在原因[9]。

除PSF外，聚硅酸铁铝（(PSAF)在国内外的研究已经取得初步成果其制备原料可以是固体废弃物煤矸石、粉煤灰、赤泥等。

PSAF适用的pH范围宽，为5~12，其混凝性能优于PFS和PAC[10]。

聚硅酸铁镁(PMFS)用于脱色的研究也有报道[11]。

2有机高分子混凝剂
有机高分子混凝剂与无机混凝剂相比，具有用量少、混凝速度快、受共存盐类、pH值及温度影响小、生成的污泥量少、处理效果好等优点。

目前使用的有机高分子混凝剂主要有人工合成有机高分子混凝剂和天然高分子混凝剂两种。

此外，近几年微生物高分子絮凝剂的研究也越来越受到关注。

(1) 人工合成有机高分子混凝剂人工合成有机高分子混凝剂多为聚丙烯、聚乙烯物质，由于分子量大、分子官能团多、用量小、品种多等特点。

人工合成有机高分子混凝剂的最大特点是可根据需要采用合成方法对碳链长度进行调节，同时在碳链上引入不同性质的官能团。

有机高分子混凝剂根据官能团的性质，可分为阳离子型、阴离子型和两性型等类型。

合成有机高分子混凝剂分子链上所带的官能团如-COOH、-CONH2等，可以强烈吸附细微颗粒，在微粒之间形成架桥作用。

但目前，由于人工合成有机高分子混凝剂价格及其在残留水体中的单体的毒性等问题，限制了它的应用。

(2) 天然高分子混凝剂天然高分子絮凝剂在水处理中的应用可追溯到2000多年前。

在近代水处理中，通过化学改性的天然高分子化合物的特点是分子量分布广，活性基团点多，结构多样化等，更重要的是它安全无毒。

但此类混
凝剂由于电荷密度小，分子量较低，且易发生生物降解而失去絮凝活性等缺点。

目前，此类混凝剂主要品种有淀粉类、半乳甘露聚糖类、纤维素衍生物类、微生物多糖类及动物骨胶类等五大类。

(3) 微生物高分子絮凝剂大量研究发现，许多微生物能产生絮凝物质。

微生物絮凝剂可用于废水悬浮颗粒的去除，废水脱色，乳化液油水分离等，如含腐殖酸的新型混凝剂可以用来处理城市污水[12]。

3复合混凝剂
（1）无机-无机复合型无机-无机复合型混凝剂大致可归纳为金属离子复合型、酸根复合型以及多种离子复合型。

多种金属离子(铝、铁离子等)的参与聚合，可使多元聚合物除具有单元无机高分子混凝剂的共同特点外，因异核金属离子的交错排列，能形成更长、更稳定的分子链，包裹吸附更多的溶胶粒子，同时兼具卷扫混凝作用。

金属离子复合型主要包括聚合氯化铝（PAFC）、聚合硫酸铝铁（PAFS）、聚合硅酸氯化铝铁（PSAF）等；酸根复合型有聚合硅酸硫酸铝（PASS）、聚硫酸氯化铝（PACS）、聚硅氯化铝（PASC）等；多种离子复合型主要有聚合硫酸氯化铝铁(PAFCS)、聚合硫基硅酸铝铁(PAFSSC)、硅钙复合型聚合氯化铝铁(SCPAFC)、钙型聚合氯化铝硅复合混凝剂(SCPAC)等[13]。

(2) 无机-有机复合型无机高分子混凝剂对各种复杂成分的水处理适用性强，但生成絮体小，且投药量大，生成污泥量大；相比之下，有机高分子混凝剂用量少，絮凝速度快，生成污泥量少。

两者结合使用效果优于单用，如在聚合氯化铝（PAC）中加入聚丙烯酰胺(PAM)，既有电荷中和能力，又有吸附架桥性能，能使混凝效果大大提高，吸附活性增强。

4总结
混凝剂经历了从最初的传统混凝剂，到无机高分子混凝剂，再到有机高分子混凝剂发展过程。

为了进一步提高混凝剂使用的经济效益、社会效益和环境效益，今后研究的重点应放在复合型高分子混凝剂的研制、天然高分子物质及其改性产品的应用、微生物混凝剂的开发及新产品和传统混凝剂的结合应用上。

参考文献
[1]张瑛，阮晓红.水处理混凝剂及其发展方向[J].污染防治技术，2003，16（4）；
45-49.
[2] 李风亭，张善发，赵艳. 混凝剂与絮凝剂[M].北京：化学工业出版社，2005；
1.
[3]Park K Y，Kim J K，Jeong J，et a1．Production of poly(aluminumchloride)and
sodium silicate from clay[J]．Industrial Engineering an d Chemical Research，1997，36：2646—2650
[4]宋恩玉．硬质高岭土生产聚合氯化铝和白炭黑[J]．非金属矿,1999，22(3)：27-29．
[5]陈辅君，李风亭．高盐基度聚合氯化铝的制备研究[J]．中国给水排水，1994，
10(6)：45—48
[6] 李风亭，何艳，潘宏杰，张冰如，刘莉.聚合氯化铝混凝性能的影响因素研
究[J]．工业水处理，2008，28(10)：40-43
[7] 李凯，李润生，曾明.工业化聚硫酸铝的研究[J]．无机盐工业，2009，41(11)，
40-42
[8] 李风亭.我国混凝剂聚合硫酸铁的技术发展现状[J].工业水处理，2002，22(1)，
5-8
[9] 张悦周，吴耀国，胡思海，谭英.新型复合无机高分子絮凝剂的制备及其在
水处理中的应用[J].水处理技术，2008，34(3)，1-6
[10] 蔡忠，胡翔，米建英，赵瑞军，刘超.新型混凝剂聚硅酸铁铝的制备及其混
凝性能[J]. 水处理技术，2007，33(11),20-22
[11] 张景香，陆金仁，单宝田，贝利平.聚硅酸铁镁絮凝剂制备及其脱色作用的
研究[J].工业水处理，2009，29(8)，56-58
[12] 汉京超，张云等.含腐殖酸的新型混凝剂强化混凝处理城市污水[J].中国环
保产业，2009，3，44-49
[13] 郑毅，丁曰堂，李峰，等．国内外混凝机理研究及混凝剂的开发现状[J]．中
国给水排水，2007，23(10)：14-17．。