張莉，李本高
（中石化石油科學研究院水處理中心，北京100083）

　　摘要：本文著重論述了水處理絮凝劑的發展歷程和現狀，并簡要介紹了各類絮凝劑在各種水處理情況下的應用及其今后的發展方向。
　　關鍵詞：水處理；絮凝劑；高分子；微生物
　　中圖分類號：TU991.22
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1009-2455(2001)03-0005-03

　　絮凝技術是目前國內外用來提高水質處理效率的一種既經濟又簡便的水處理技術。絮凝技術的關鍵問題之一是絮凝劑的選擇。按化學成分絮凝劑可分為金屬鹽類和高分子絮凝劑兩大類。金屬鹽類的品種較少，主要是鋁、鐵鹽及其水解聚合物等低分子鹽類。高分子絮凝劑包括無機高分子絮凝劑、有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑三大類。

1 金屬鹽類^[1]

　　金屬鹽類絮凝劑的作用機理主要是雙電層吸附機理，它主要有兩類：
　　①鋁鹽
　　常用的鋁鹽有硫酸鋁Al₂(SO₄)₃·18H₂O和明礬用Al₂(SO₄)₃·K₂SO₄·24H₂O。
　　②鐵鹽
　　常用的鐵鹽有三氯化鐵水合物FeCl₃·6H₂O和硫酸亞鐵水合物FeSO₄·7H₂O和硫酸鐵。
　　金屬鹽類絮凝劑的優點是較經濟、用法簡單，但用量大，絮凝效果比高分子絮凝劑的絮凝效果低。這方面的技術已經成熟，在此不贅述。

2 高分子絮凝劑

2.1 無機高分子絮凝劑^[2]
　　無機低分子絮凝劑在水處理過程中存在較大的問題，而逐漸被無機高分子絮凝劑所取代。無機高分子絮凝劑是在60年代后期才在世界上發展起來的。其絮凝效果好價格相應較低，因而有逐步成為主流藥劑的趨勢。目前日本、俄羅斯、西歐生產此類藥劑已達到工業化和規模化、流程控制自動化，且產品質量穩定，無機聚合類絮凝劑的生產已占絮凝劑總產量的30％－60％。
　　我國在無機絮凝劑方面的研究在60年代幾乎與日本同時起步。近年來，研制和應用聚合鋁、鐵、硅及各種復合型絮凝劑成為熱點。無機高分子絮凝劑的品種在我國已逐步形成系列：陽離子型的有聚合氯化鋁（PAC）、聚合硫酸鋁（PAS）、聚合磷酸鋁（PAP）、聚合硫酸鐵（PFS）、聚合氯化鐵（PFC）、聚合磷酸鐵（PFP）等；陰離子型的有活化硅酸（AS）、聚合硅酸（PS）；無機復合型的有聚合氯化鋁鐵（PAFC）、聚硅酸硫酸鐵（PFSS）、聚硅酸硫酸鋁（PASS）、聚合硅酸氯化鐵（PFSC）、聚合氯硫酸鐵（PFCS）、聚合硅酸鋁（PASI）、聚合硅酸鐵（PFSI）、聚合磷酸鋁鐵（PAFP）、硅鈣復合型聚合氯化鐵（SCPAFC）等。

2.2 有機高分子絮凝劑
　　有機高分子絮凝劑同無機高分子絮凝劑相比，具有用量少、絮凝速度快、受共存鹽類、pH值及溫度影響小、生成污泥量少、并且容易處理等優點，因而有著廣闊的應用前景。目前使用的有機高分子絮凝劑主要有合成和改性高分子絮凝劑兩種類型。
　　2.2.1 合成的有機高分子絮凝劑
　　在合成的有機高分子絮凝劑中，聚丙烯酸胺（PAM）的應用最多。在美國有機絮凝劑總銷量最大的是PAM。聚丙烯酸胺有非離子型、陽離子型和陰離子型，它們的分子量均在(50-600)×10⁴之間。由于這類絮凝劑存在著一定量的殘余單體丙烯酰胺，不可避免地帶來毒性，因而使其應用受到了限制。
　　聚二甲基二烯丙基氯化按（PDADMA）及二甲基二烯丙基氯化銨－丙烯酸胺共聚物（DMDAAC-AM）屬陽離子型高分子化合物，用于水處理能獲得比目前較常用的無機高分子絮凝劑和有機高分子絮凝劑PAM更好的處理效果，可單獨使用，也可與無機絮凝劑并用^[3]。
　　2.2.2 天然改性有機高分子絮凝劑^[3]
　　天然高分子絮凝劑的使用遠小于合成的有機高分子絮凝劑，原因是其電荷密度較小，分子量較低，且易發生生物降解而失去其絮凝活性。而經改性后的天然有機高分子絮凝劑與合成的有機高分子絮凝劑相比，具有選擇性大、無毒、價廉等顯著特點。這類絮凝劑按其原料來源的不同，大體可分為淀粉衍生物、纖維素衍生物、植物膠改性產物、多糖類及蛋白質改性產物等。由于天然高分子物質具有分子量分布廣、活性基團點多、結構多樣化等特點，易于制成性能優良的絮凝劑，所以這類絮凝劑的開發勢頭較大，國外已有不少商品化產品。我國天然高分子資源較為豐富，但相對而言，我國在這方面研究還開展得較少。
　　①淀粉衍生物
　　淀粉是由許多脫水葡萄糖單元經糖苷鍵連接而成的物質，每個脫水葡萄糖單元的2，3，6三個位置上各有一個醇羥基，因此淀粉分子中存在著大量可以反應的基團，淀粉衍生物是通過其分子中葡萄糖單元上羥基與某些化學試劑在一定條件下反應而制得的。
　　曹炳明等人用木薯粉為原料研制的CS-1型陽離子絮凝劑，用于污水處理廠二級污水的處理，可縮短泥水分離的絮凝沉降過程，提高出水水質，對污泥脫水具有良好的促進作用^[4]。潘漢松等人用木薯粉為原料，采用兩步法合成了淀粉-聚丙烯酰胺接枝型共聚物陽離子絮凝劑^[5]，實驗結果表明，這種接枝型淀粉聚丙烯酸胺對洗煤廢水的絮凝沉降速度和上層清液的透光率都比聚丙烯酰胺好。
　　②木質素衍生物
　　木質素是存在于植物纖維中的一種芳香族高分子，是造紙蒸煮制漿過程中排出廢液的一個主要成分。由于含有大量木質素的造紙廢液的排放，不僅嚴重污染了環境，而且造成了物質資源的極大浪費，因此，以木質素為基礎原料制備包括水處理劑在內的各種化工產品的研究正日益引起人們的重視。
　　Rachor和Dilling分別于70年代中后期以木質素為原料合成了季胺型陽離子表面活性劑^[6-7]，用其處理染料廢水獲得了良好的絮凝效果。朱建華等人利用造紙蒸煮廢液中的木質素合成了木質素陽離子表面活性劑，用其處理陽離子染料、直接染料及酸性染料廢水，實驗結果表明，這種藥劑具有良好的絮凝性能，對各種染料的脫色率均超過90％。
　　③甲殼素衍生物
　　甲殼素是自然界含量僅次于纖維素的第二大天然有機高分子化合物，它是甲殼類（蝦、蟹）動物、昆蟲的外骨骼的主要成分，甲殼素的化學成分是N-乙酰-D-葡萄糖胺殘基以β-1，4糖苷鍵連接而成的多糖，其分子量在(2～5)×10⁴之間。因此，自60年代起，甲殼素的研究在許多國家十分活躍，并已取得很大進展。
　　對甲殼素進行適當的分子改造，脫除其乙酰基，得到殼聚糖，它是一種很好的陽離子絮凝劑。由于這類物質分子中均含有酰胺基及氨基、羥基，因此具有絮凝、吸附等功能，不僅對重金屬有螯合吸附作用^[8-9]，還可有效地吸附水中帶負電荷的微細顆粒。殼聚糖作為高分子絮凝劑的最大優勢是對食品加工廢水的處理，殼聚糖可使各種食品加工廢水的固形物減少70％－98％。近年來甲殼素在水處理方面的應用研究已取得巨大進展，很多成果已進入實用階段或實現商品化。日本每年用于水處理的甲殼素約500t，美國環保局已批準將殼聚糖用于飲用水的凈化^[9]。甲殼素在廢水處理方面的應用將大有可為。
　　2.2.3 兼具絮凝作用的植物膠改性多功能水處理劑
　　開發新型高效多功能的高分子絮凝劑是國內外學者共同關心的課題。70年代以來，國外陸續開發了一些兼具絮凝、緩蝕、阻垢、殺菌等多種功能的合成有機高分子水處理劑，如聚砒啶和聚喹啉的季胺衍生物^[10]，聚表鹵代醇噻嗪季胺鹽^[11]等，這些藥劑不僅有良好的絮凝作用，而且還有緩蝕、殺菌等作用。
　　我國對絮凝、緩蝕等多功能水處理劑的研究始于80年代中期。肖錦等人以華南地區合膠植物粉F691為原料研制了一系列絮凝－緩蝕劑、絮凝－殺菌劑、絮凝－阻垢劑如CMT-A、XPF-C、CMT-A2^[10]等。近年來，已開始了對天然改性高分子陽離子型水處理劑，特別是氮雜環季胺鹽水處理劑的開發研究，并取得了一定的成果，如絮凝－緩蝕劑FNQ-C^[11]、絮凝－緩蝕－殺菌劑FQ-C等。
　　多功能水處理劑是水處理藥劑研究的一個重要方面，它的研究內容豐富，進展較快，它通過藥劑的一次投加來實現廢水的多方面的處理效果，這種新型水處理藥劑研究方向的出現，對開拓水處理劑的生產和應用范圍提供了一個新的研究領域。
　　2.3 微生物絮凝劑^[12]
　　80年代后期研究開發出的第三類絮凝劑，稱為微生物絮凝劑。該絮凝劑是利用生物技術，通過微生物的發酵、抽取、精制而得到的一種新型、高效、廉價的水處理劑，是一種無毒的生物高分子化合物。其絮凝范圍廣泛，產生菌種多，因而具有廣闊的應用前景。
　　與無機或有機高分子絮凝劑相比，微生物絮凝劑具有許多獨特的性質和特點。
　　①高效。同等用量下，與現在常用的各類絮凝劑如FeCl₃、PAM、藻蛋白酸鈉相比，Asp.sojae AJ 7002產生的絮凝劑對活性污泥的絮凝速度最大，而且絮凝沉淀比較容易用濾布過濾。而采用PAM、藻蛋白酸鈉400mg/L以上的量就會使絮凝沉淀粘稠而不易過濾。
　　②無毒。經小白鼠實驗證明，微生物絮凝劑完全能用于食品、醫藥等行業的發酵后處理。
　　③可消除二次污染。由微生物產生的絮凝劑的成分復雜多樣，它隨菌種的不同而不同。到目前為止，已報道的微生物產生的絮凝物質為糖蛋白、粘多糖。蛋白質、纖維素、DNA等高分子物質。一般來說，作為微生物絮凝劑的物質，其分子量多在105以上。由此，它具有可生化性，因而可消除絮凝物質帶來的二次污染。
　　④絮凝廣泛，脫色效果獨特。微生物絮凝劑能絮凝處理的對象有：活性污泥、粉煤灰、木炭、墨水、泥水、河底沉積物、高嶺土、糞尿水、印染廢水、果汁等。
　　在70年代，日本學者在研究酞酸酯生物降解過程中，發現了具有絮凝作用的微生物培養液。Nakanaura等人篩選出19種具有絮凝能力的微生物。KurareR.等^[13]人研究了絮凝效果最佳的紅平球菌，制成了NOC-1型微生物絮凝劑，此絮凝劑是目前發現的最好的生物絮凝劑，它具有很強的絮凝性。
　　各國對微生物絮凝劑的研究很多，但多局限于實驗室水平的菌種篩選及其特性的研究。近期在繼續深入研究應用對象的同時，更主要是研究采用廉價的培養基以降低成本，縮短培養時間和提高絮凝活性。徐斌等^[14]利用麥芽根、水產排水等廢棄物作為培養基制成微生物絮凝劑，降低了微生物絮凝劑研制的成本，效果較好。

3 無機－有機高分子絮凝劑的復配使用

　　無機高分子絮凝劑對含各種復雜成分的水處理情況適用性強，可有效地去除細微懸浮顆粒，但生成的絮體不如有機高分子絮凝劑生成的絮體大。單獨使用無機絮凝劑投藥量大，目前已較少采用。與無機物相比，有機高分子絮凝劑用量少，絮凝速度快，受共存鹽類。介質pH值及環境溫度影響較小，生成污泥量也少。而且有機高分子絮凝劑分子中可帶－COO^-、－NH^-、－SO₃^-、－OH^-等親水基團，具有鏈狀、環狀結構，利于污染物進入絮體，脫色性好，所以現多以無機高分子絮凝劑與有機高分子絮凝劑復配使用。陳立豐等把PAC－PAM復合絮凝劑用于處理不同濁度的水，結果表明，其效果優于兩者單獨使用效果。先加PAC，再加PAC重量1/10的PAM處理高濁度廢水，懸浮物去除率＞99％，且絮凝效果好，沉降速度快。

4 展望

　　雖然無機－有機高分子絮凝劑復配使用的效果要優于單一藥液的使用效果，但無機－有機高分子絮凝劑聯用時，工藝復雜，且難以控制。鑒于目前絮凝劑研究的發展趨勢，今后絮凝劑的發展方向有可能是無機－有機物進行共聚而生成一種新型高聚物，使它既具有中和電荷作用，又具有長鏈大分子強烈的拖拉、網捕作用而成為新生代的高效混凝劑。

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作者簡介：
　　張莉（1968－），女，漢族，工程師。