供水緊張和污水淨(jìng)化成為我國面臨的主要難題之一。隨著人們環(huán)保意識的增強和我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施,防止污染和保護(hù)環(huán)境的工作已引起各級政府的高度重視。工業(yè)水處理和環(huán)境保護(hù)要求不斷提高,水處理劑品種不斷豐富,性能不斷提高。廢水處理的方法很多,有生化法、吸附法、化學(xué)氧化法、離子交換法、電滲析法、絮凝沉淀法等等。其中絮凝沉淀法作為一種物理、化學(xué)處理法,因工藝簡單、效率高、費用較低等優(yōu)點而應(yīng)用最為廣泛。

1　絮凝劑在水處理中的重要地位

絮凝劑的絮凝在用水與廢水處理中占重要地位。首先,絮凝作用能有效脫除80-95的懸浮物質(zhì)、65-95的膠體物質(zhì)和降低水中ＣＯＤ;其次,絮凝作用去除水中細(xì)菌和病毒的效果穩(wěn)定,通過絮凝淨(jìng)化,一般能使水中90以上的微生物與病菌一并轉(zhuǎn)入污泥,使處理水易于進(jìn)一步消毒、殺菌;最后,對水體富營養(yǎng)化、廢水脫色等問題,采用絮凝沉淀法比生物法除磷、脫色效果更好。

2　絮凝劑的分類

絮凝劑按照其化學(xué)成分總體可分為無機絮凝劑和有機絮凝劑兩類。其中無機絮凝劑又包括無機凝聚劑和無機高分子絮凝劑;有機絮凝劑又包括合成有機高分子絮凝劑、天然有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。

2.1　無機絮凝劑[1]

按其分子量的大小可分為低分子絮凝劑和高分子絮凝劑兩大類。低分子絮凝劑價格低、貨源充足、但因其用量大、殘渣多、效果差,故無機絮凝劑的發(fā)展已經(jīng)基本上完成了低分子向高分子的轉(zhuǎn)變。現(xiàn)常用的無機高分子絮凝劑有聚合鋁類絮凝劑、聚合鐵類絮凝劑和活性硅酸類絮凝劑以及復(fù)合絮凝劑四大類。?

(1)聚合鋁類絮凝劑

聚合鋁水解產(chǎn)生高價離子,形成各種類型的羥基多核絡(luò)合物。它們通過羰基式橋聯(lián)作用,處于亞穩(wěn)定狀態(tài)。而ＯＨ-與Ａｌ3 的比值[2](一般稱鹽基度或鹼基度)對絮凝效果影響很大。通常鹽基度越高,絮凝效果越強,但過高則本身易生成難溶的氫氧化鋁沉淀,導(dǎo)致絮凝效果降低。研究表明,鹽基度在75-85時最佳,此時絮凝體產(chǎn)生快,顆粒大而重,沉淀性能好。聚合鋁具有投藥量少、沉降速度快、顆粒密實、除濁、除色效果明顯等特點。在工業(yè)水處理中得到廣泛的應(yīng)用[3]。值得注意的是鋁,尤其是活性鋁,毒性較大,同時聚合鋁制備方法不完善,致使較多水解鋁的微細(xì)顆粒存在于溶液中,這在一定程度上限制了聚合鋁的使用。通過改善混凝反應(yīng)條件,延長慢速混凝時間,能有效降低水中鋁的含量。

(2)聚合鐵類絮凝劑

聚合鐵是另一新型無機絮凝劑,絮凝機理與聚合鋁類似。其主要類型有聚硫酸鐵、聚氯化鐵、聚氯化硫酸鐵等等。聚氯化硫酸鐵除具有鋁鹽類無機高分子絮凝劑特點外,還具有價格低、ｐＨ值適用范圍寬等特點。但是總體來說,聚合鐵需要較低的鹽基度,一般須將ＯＨ-/Ｆｅ3 比值控制在8～15。超出此范圍,鐵水解反應(yīng)突變,從高價聚合態(tài)羥基絡(luò)離子轉(zhuǎn)化成低價聚合態(tài)膠凝產(chǎn)物。且聚合鐵產(chǎn)品穩(wěn)定性差,聚合幾個小時至一周內(nèi)即轉(zhuǎn)向沉淀,絮凝效果降低,故其用量遠(yuǎn)不及聚合鋁。

(3)活性硅酸類絮凝劑

活性硅酸也是一種重要的無機高分子絮凝劑,它來源廣、價格低廉、無毒、且絮凝、助凝效果好,尤其對于低溫低濁水的混凝處理這一淨(jìng)水處理中的難題有著顯著的特性[4],在國內(nèi)外引起足夠重視。但由于易自行縮聚析出凝膠而失活只能現(xiàn)用現(xiàn)配;另外,在生產(chǎn)中很難精確控制其聚合度,難以達(dá)到最佳絮凝效果,限制了其應(yīng)用。所以應(yīng)用效果較好的多為改性產(chǎn)品,諸如改性活化硅酸、聚硅酸硫酸鋁(ＰＳＡＡ)[5],ＰＳＡＭ等等。究其機理,大都是在活性硅酸中加入一定量高價金屬離子,使其組分帶正電荷,控制其聚合度、電荷密度,保証其同時具有電中和作用和吸附架橋作用,從而克服活性硅酸自身弱點,大大提高絮凝效果。
(4)復(fù)合絮凝劑

近年來,復(fù)合絮凝劑的研制成為熱點。復(fù)合絮凝劑按化學(xué)成分分為無機復(fù)合型、有機復(fù)合型、有機無機復(fù)合型三大類。無機復(fù)合絮凝劑成分較多,主要原料有鋁鹽、鐵鹽和硅酸鹽。國外先后研制開發(fā)出聚合鋁鐵、鋁硅、硅鋁、硅鐵以及聚合鋁/鐵與活性致混物質(zhì)等復(fù)合絮凝劑。

有機無機復(fù)合絮凝劑以品種多樣和性能多元化占主導(dǎo)地位。作用機理主要與協(xié)同作用相關(guān)。無機高分子成分吸附雜質(zhì)和懸浮微粒,使形成顆粒并逐漸增大;而有機高分子成分通過自身的橋聯(lián)作用,利用吸附在有機高分子上的活性基團(tuán)產(chǎn)生網(wǎng)捕作用,網(wǎng)捕其它雜質(zhì)顆粒一同下沉。同時,無機鹽的存在使污染物表面電荷中和,促進(jìn)有機高分子的絮凝作用,大大提高絮凝效果。我國無機高分子絮凝劑的生產(chǎn)和應(yīng)用已取得長足進(jìn)展,最具有代表性的聚合氯化鋁和聚合硫酸鐵的研究,已居世界前列。

2.2　有機絮凝劑

有機絮凝劑主要分為合成高分子型和天然高分子型。其特點是用量少、絮凝速度快、受共存鹽類、ｐＨ值及溫度的影響小,生成的污泥量小,且?guī)в卸喾N帶電基團(tuán),可為鏈狀、環(huán)狀、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),利于污染物進(jìn)入絮體,脫色性好。
合成高分子絮凝劑。
合成有機高分子絮凝劑多為水溶性聚合物,具有分子量大、分子鏈官能團(tuán)多的特點。按所帶電荷不同分為陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性型絮和非離子型聚合物。 

微生物絮凝劑被廣泛用于給水或污水處理。通過其電荷性質(zhì)和高分子特性在液體介質(zhì)中起電荷中和、架橋、網(wǎng)捕、吸附等作用,使膠體脫穩(wěn)、絮凝、沉淀、固液分離。黃民生等人[18]從活性污泥中分離出能產(chǎn)生高絮凝活性物質(zhì)的微生物,其產(chǎn)品的淨(jìng)水效果良好,并可使絮凝劑的總用量大大減少。鄧述波等人[19]利用含有糖醛酸、中性糖和氨基糖的多糖絮凝劑處理河水,比使用海藻酸鈉、明膠等絮凝劑產(chǎn)生的絮團(tuán)大、沉降快、上清液度低,且ＣＯＤ值小。尹華等人[20]從石化廠活性污泥中篩選出Ｊ-25菌株,利用葡萄糖、味精廢水母液等作為培養(yǎng)液,制備了微生物絮凝劑ＬＭＢＦ-25。該絮凝劑熱穩(wěn)定性良好,對石化廢水有理想的廢水處理智能化,并能改善污泥的沉降性能。