劉淑華

　　隨著現代經濟的發展和人民生活水平的提高，城市供水量的需求越來越大，對水質的要求也越來越嚴格。全國飲用水源水的污染還在加劇，七大水系有一半以上的江段被污染，面對這些矛盾，必須進一步開發和利用水資源，治理城市污水和工業廢水，從而提供安全的飲用水，確保各種供水量，緩解缺水現象。為此，研制使用高效混凝劑具有重要的意義。本文就混凝劑的現狀及發展談幾點看法。

無機高分子混凝劑

　　我國無機高分子混凝劑的研制及生產起步較早，僅晚日本3年，比西歐尚早4年。產品主要有聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵等。
　　聚合硫酸鐵（PFS）
　　80年代以來，我國研制、生產的各種聚鐵相繼聞世，有液體聚合硫酸鐵，還有固體聚合硫酸鐵，固體聚鐵在穩定性、運輸和貯存方面更顯示其優越性。
　　聚合硫酸鐵是一種堿式硫酸鐵的聚合物。其通式為：[Fe₂(OH)_n(SO₄)3-（n/2）]m，式中n＜2，m＞10。聚合硫酸鐵含有[Fe₂(OH)]³⁺、[Fe₃(OH)₆]³⁺[Fe₈(OH)₂₀]⁴⁺等高價多核絡離子，且水解產物膠粒電荷高，因而具有優良的凝聚性能。作為混凝劑，和單體鐵鹽相比，聚合硫酸鐵殘余鐵含量少于單體鐵鹽，其腐蝕性遠小于單體三氯化鐵；和鋁鹽相比，投加量增加時，堿式氯化鋁的出水水質有變壞的傾向，而聚合硫酸鐵的出水水質沒有這種不良現象。
　　聚合硫酸鐵和單體硫酸鐵混凝效果對比見表1：

　　試驗證明：聚合硫酸鐵比堿式氯化鋁更適應多變化、多雜質的原水.用聚合硫酸鐵處理水,耗藥量少,排泥量少,處理效果好。聚合硫酸鐵可用于給水凈化、處理城市污水和工業廢水、污泥脫水等。
　　1）給水凈化
　　處理長江原水，濁度變化在70～225 mg/L范圍時，聚鐵投加量為1.43 mg/L，澄清率可達95%左右，且藥劑費用最多只相當于硫酸鋁費用之55.6%，凈化水符合國家飲用水水質標準。處理海河原水，耗藥量比硫酸亞鐵明顯減少，而且由于聚鐵形成的絮凝物具有良好的壓縮性和脫水性，若以一座澄清池計，每月可節約2000 m³水。
　　2）城市污水處理
　　對垃圾場浸瀝水處理：投加量為400mg/L時，COD去除率約在90%左右，色度去除率為90%，同樣條件下，聚合氯化鋁，硫酸鋁色度去除率分別為70%、60%。糞便污水處理：當投加量大于200 mg/L時，幾種混凝劑混凝效果的順序是：PFS＞FC＞AS。屠宰牲畜污水處理：試用中投加聚合硫酸鐵1000mg/L，絮凝顆粒緊密、沉降快，出水清晰。污水懸浮物從1027 mg/L降到80 mg/L，COD從2721 mg/L降到80 mg/L，去除率97%以上。
　　3）工業廢水處理
　　聚合硫酸鐵可用于處理：制革廠綜合廢水；造紙廠紙漿白水；顏料廢水；染料廠廢水；洗毛廢水；含銅廢水；原木蒸煮廢水；汽車廠廢水等等。
　　聚硫氯化鋁（PACS）
　　聚硫氯化鋁是一種新型無機高分子混凝劑，其通式是：[Al₄(OH)_2nCl_10-2nSO₄]_m（n=2～5，m≤5）。實驗表明：使用聚硫氯化鋁凈水，對水中有機物的去除效果和除色效果均優于硫酸鋁，它可以凈化濁度和色度較高的地面水。有資料說明，它用于污染相當嚴重的京杭大運河的混凝處理時，其投加量相當于硫酸鋁的1/2。聚硫氯化鋁和硫酸鋁的對比試驗見表2 ^[1]。

　　聚硫氯化鋁在處理高濁度水時，投藥量僅相當于硫酸鋁或聚合氯化鋁的1/3左右，聚硫氯化鋁具有除色的特殊效能，在同等投藥量條件下，去除率比硫酸鋁提高10%。
　　將聚硫氯化鋁（PACS）和硫酸鋁（AS）分別配成10 mg/mL的試驗液，在濁度為160⁰，色度為56，pH 7.1的原水中進行混凝試驗，結果見表3 ^[2].

無毒混凝劑

　　提供安全的飲用水，確保人民身體健康，是為億萬人造福的事業。為此，開發和使用無毒混凝劑顯得尤為重要。我國歷史上就有用阿膠、仙人掌汁等凈水的方法。50年代以來，開展了天然高分子絮劑的研究工作，利用野生植物、淀粉、麩等原料作過水處理、選礦試驗。我國幅員遼闊，植物資源極其豐富，具有自己的特色，原料無毒，且成本低。所以，用植物為原料，發展無毒的天然高分子絮凝劑和化學改性絮凝劑有得天獨厚的條件。
　　天然高分子絮凝劑
　　天然高分子絮凝劑可分為淀粉類、蛋白質類、藻類、多聚糖類等等，它具有無害、制作簡易、價格便宜和絮凝效果好等優點。榆皮草粉^[10]是一種天然高分子絮凝劑，它與相應的高分子絮凝劑配合使用能形成大而實的礬花，提高沉淀效果。榆皮草粉和高分子絮凝劑配合使用處理高濁度水能取得很好的效果。芋艿粉^[10]凈化各種濁度的地面水的效果與榆皮草相似，它與鐵鹽、鋁鹽配合處理工業廢水，出水清澈透明，可作循環水。蝦、蟹甲殼，經簡單處理后得到的可溶性甲殼質是葡萄糖直線形陽離子高分子聚合物^[11]，對水中膠體有電中和能力，同時，直線形分子長度大，可以在較遠距離的膠顆間架橋，加之分子鍵中具有很多反應官能團，所以對水中膠體微粒有較好的絮凝作用。我國目前已應用在印染廢水脫色處理以及礦山金屬廢水處理等方面。我國有遼闊的海域，春秋蝦、蟹旺季有大量的蝦蟹甲殼可利用，炮制成可溶性甲殼質用于凈化給水和各種工業廢水處理。
　　化學改性絮凝劑^[12]化學改性絮凝劑是天然高分子化合物的衍生物，也稱半合成絮凝劑，根據原料不同可分為纖維素衍生物、淀粉類衍生物、蛋白質類以及其他多聚糖類等改性絮凝劑。CTS絮凝劑是分離提取天然原料再使之陽離子化而制得的一種弱陽離子型絮凝劑，研究表明CTS適合于高濁度江河水的凈化處理。

凈化高濁度水的混凝劑

　　我國是高濁度水河流眾多的國家。黃河、長江、海河等江河都屬于高濁度水系。我國北方，河川逕流形成了70萬km²的高濁度水地區。長江流域，也因毀林開荒而加重了水土流失。根據有關資料，目前長江的水土流失面積已達55萬km²，比黃河的水土流失面積還大25%，年泥沙侵蝕總量高達24億t。長江中、上游的許多支流已成為高濁度水河流。要開發、利用黃河、長江等水資源，就要解決好處理高濁度水的混凝劑。
　　聚丙烯酰胺絮凝劑
　　聚丙烯酰胺是一種有機高分子聚合物，具有酰胺基（CONH₂），故易在水溶液中借氫鍵作用在固體表面吸附；其具有長分子鏈又能在顆粒之間架橋。在河水沙峰來臨季節，含沙量高達每立方米幾十公斤甚至每立方米上百公斤，其他混凝劑根本無能為力時，它對水中泥沙顆粒強烈的吸附架橋功能更顯凈化優勢?？梢詥为毷褂茫部膳c其他混凝劑配合使用。使用聚丙烯酰胺處理高濁度水具有節約基建投資，降低處理費用，一般可節約30%～60%，產水量可增加2～4倍，方便操作管理，提高原水含沙量的處理范圍等優點。各種水處理藥劑適用的最大含沙量為：硫酸鋁＜10 kg/m³，三氯化鐵＜25 kg/m³，聚合氯化鋁＜40 kg/m³，聚丙烯酰胺15～100 kg/m³。
　　中國市政工程西北設計研究院早在1966年就開始研究使用聚丙烯酰胺處理黃河高濁度水，開展了有關試驗研究和設計工程投產測定工作，先后在懸浮澄清池、渠道預沉、平流式沉淀池、幅流式沉淀池、脈沖澄清池、加速澄清池等處理筑物上應用。目前青海、甘肅、內蒙、河南、山東等已有20多座城市給水廠使用聚丙烯酰胺凈化黃河高濁度水。以該院為主負責起草的國家標準《水處理劑、聚丙烯酰胺》（GB 17514-1998）已于1999年4月實施。該標準的發布和實施，將促進聚丙烯酰胺產品質量的提高；為使用聚丙烯酰胺提供了可靠的依據，從而保證了聚丙烯酰胺使用的安全性。
　　CHY凝聚劑^[3]CHY凝聚劑具有的正電荷和分子量高達極限值，其正電荷對泥砂膠體有強熱的電中和作用，高分子可以在相距較遠的兩膠粒之間進行橋聯，通過吸附架橋，膠體顆粒逐漸變大，最終沉淀去除。處理黃河高濁度水給水設計規范規定，各種混凝劑單獨使用時的最大處理含砂量為硫酸鋁10 kg/m³，三氯化鐵25 kg/m³，聚合氯化鋁40 kg/m³。有關試驗結果表明，CHY的最大處理含砂量可達50 kg/m³。

對污水進行深度處理實現污水資源化

　　為了開發水資源和節約用水，開展污水的回用研究和污水深度處理工作，實現污水資源化，已受到世界各國的關注。其中，在污水處理中，選擇使用最佳混凝劑，促進污泥脫水；在深度處理方面，采用新材料的研究至關重要。
　　CS—1型混凝劑和CHY混凝劑促進污泥脫水
　　CS—1型絮凝劑^[4]是一種陽離子型淀粉高分子絮凝劑，是淀粉的改性產物，無毒，對污水處理不會產生二次污染；CS—1型絮凝劑對污泥脫水具有良好的促進作用，可以縮短二級污水處理中泥水分離的絮凝沉降過程，污泥脫水后含水率減少。CS—1型絮凝劑可為城市污水處理后的回用提供符合標準的水質。用CHY絮凝劑處理水時形成的絮凝體粗大，沉速快，絮體不易破碎，重凝性好，沉淀水過濾快，絮凝泥渣的濃縮性好，易于脫水。
　　PPAMSC復合絮凝劑^[5]PPAMSC復合絮凝劑是含SO₄^2-的聚氯化鋁與聚丙烯酰按以一定比例在一定溫度下反應而制得的，它既具有聚合氯化鋁的電荷中和能力，又具有聚丙烯酰胺的架橋能力，因而絮凝力強，受溫度和pH影響極小，對色度和金屬有顯著去除效果。PPAMSC復合混凝劑與煤制氣生產廢渣聯用，采用混凝-吸附法對城市污水回用處理效果好，經幾十次試驗平均除色率為92.6%。

發展國產混凝劑

　　目前，我國尚處于社會主義初級階段，經濟上屬于發展中國家。大力開發國產混凝劑，盡量減少進口量，為國家節約外匯。
　　ST絮凝劑^[6]近年來，隨著電子工業的發展，大規模集成電路工廠不得不從國外引進純水處理設備，用于原水予處理的絮凝劑也要配套進口。采用國產化工原料研制成功的ST絮凝劑為超純水混凝劑國產化指出了一條新路。ST絮凝劑系季銨鹽類聚陽離子電解質，它的結構與引進的絮凝劑Nalcolytl 8102相仿，它具有溶解迅速，使用方便，稀釋溶液穩定性好，無刺激氣味等特點。經試用表明，ST絮凝劑能明顯降低原水濁度，有機物含量及污染指數值。有關單位認為，ST絮凝劑^[7]與美國Nalco司的Nalcolytl8101、8102絮凝劑基本一致，可以替代國外產品。
　　聚合硫酸鐵
　　據有關報道，國內生產的聚合硫酸鐵其主要性能指標并不亞于國外產品。

綜合利用

　　某些廢料的來源較為豐富，將這些廢料充分利用起來，搞綜合利用，例如：（1）利用生產中放心廢硫酸生產的聚合硫酸鐵和利用鈦白粉生產過程中的廢硫酸研制的聚合硫酸鐵^[6]，其主要性能指標和國外標準指標基本相同，如表態所示。（2）CHY凝聚劑以工業廢渣和煤礦的遺棄物——煤矸石為主要原料研制而成^[4]。它可廣泛用于給水、污水、多種工業廢水的凈化和污泥處理，并可飲用水凈化劑。經用戶試用證明：CHY凝聚劑凈水效果是堿式氯化鋁的3倍左右，是三氯化鐵、硫酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鋁的7倍左右，并且有聚丙烯古巴型藥劑所不具備的很多優點。
　　這樣既可治理廢料產生的污染，可以達到以廢治廢，變廢為寶的目的，又產生良好的環境效益和經濟效益。

主要參考文獻

[1] 俞筱瑞．凈水技術，NO. 7，1987
[2] 陳文音．工業水處理，VO1.8，NO. 1，1988
[3] 周國雅．給水排水，NO. 6，1987
[4] 曹炳明．工業水處理，VO1.7，NO . .6，1987
[5] 馬金鑲，張　 為．工業水處理，VO1.7，NO . .6，1987
[6] 卜根林．凈水技術，NO. 4，1987