絮凝剂在水处理中的应用与展望
Application of flocculants to water treatment and its forecast
Song Li
（Department of Chemistry and Environmental Engineering ，Chongqing University of Arts and Sciences ，
Chongqing 402168，China ）
絮凝剂在水处理中的应用与展望
宋
力
（重庆文理学院化学与环境工程学院，重庆
402168）
［摘要］主要探讨了无机絮凝剂中铝盐、铁盐的絮凝机理与应用效果，天然有机高分子絮凝剂中的改性淀粉、改性纤维素、改性木质素及壳聚糖和人造有机高分子絮凝剂在水处理中的应用机理与效果，无机与有机复合絮凝剂的种类、絮凝机理、应用效果。并对无机、有机、无机与有机复合三种类型絮凝剂在水处理中的优缺点与应用现状进行比较，指出复合絮凝剂与天然有机絮凝剂在饮用水处理方面具有良好应用前景。
［关键词］水处理；无机絮凝剂；高分子絮凝剂［中图分类号］TQ314.253
［文献标识码］A
［文章编号］1005-829X （2010）06-0004-04
Abstract ：The flocculation mechanism and application effect of aluminum salts and ferric salts of inorganic floccu -lants ，the mechanism and effect of modified starch ，modified cellulose ，modified lignin ，and chitosan in natural or -ganic macromolecular flocculants and man -made organic macromolecular flocculants and their application to water treatment are discussed.The category ，flocculation mechanism and application effect of inorganic and organic floc -culants are studied.The advantages and disadvantages and applied status in quo of the inorganic ，organic and com -plex flocculants in regard to water treatment are compared.It is pointed out that complex flocculants and natural or -ganic flocculants have good prospect in drinking water treatment.
Key words ：water treatment ；inorganic flocculant ；macromolecular flocculant
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），2007年毕业于中山大学，环境工程博
士，讲师。电话：136********，E -mail ：fufenglian2006@163.
com 。
［收稿日期］2009-12-28（修改稿）
目前我国水资源污染严重，水环境的恶化促使人们不断寻找更好的废水治理方法。絮凝作为废水
处理的一种重要方法，是一种应用最广泛、经济、简便的水处理技术。通过絮凝作用，可使污水中悬浮微
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第30卷第6期2010年6月
工业水处理
Industrial Water Treatment
Vol.30No.6Jun.，2010
［基金项目］重庆文理学院校级科研项目（Z2006HHX32）
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粒形成矾花，并在沉降过程中互相碰撞，使絮状物颗粒变大逐渐沉淀于底部，最后经水处理构筑物将其分离除去，达到净化水的目的〔1〕。目前广泛用于水处理的絮凝剂主要是无机絮凝剂、有机絮凝剂及复合絮凝剂三大类，笔者就这三类絮凝剂的特点、机理及应用进行介绍。
1无机絮凝剂
1.1铝盐絮凝剂
最常用的铝盐絮凝剂有硫酸铝、铝酸钠、聚氯化铝、聚硅硫酸铝等。而硫酸铝是世界上利用最早、最多的铝盐絮凝剂，其具有运用便利、效果好等优点。铝盐的絮凝机理主要是其水解过程的中间产物能与水中不同阴离子和负电溶胶形成聚合体，即产生聚合絮凝作用。铝盐在运用过程中主要受药剂投加量、pH及颗粒物表面积、浓度等参数影响〔1－4〕。铝盐作为一种有效的絮凝剂，在饮用水处理中占有重要地位。但是，铝进入人体后，通过蓄积参与生物化学反应，能置换人体内必需的营养元素和微量元素，使之流失或沉积，干扰破坏人体各部位的生理功能，导致产生老年痴呆、铝性骨病、铝性贫血等中毒病症。
1.2铁盐絮凝剂
铁盐絮凝剂包括聚合氯化铁、液体聚合硫酸铁、氯化铁、聚合磷酸类复合铁盐、聚合硅酸类复合铁盐、铝铁共聚复合絮凝剂等。铁盐絮凝的机理是其水解产物能与水体颗粒物进行电中和脱稳、吸附架桥或黏附网捕卷扫，从而形成粗大絮体，通过对絮体的去除，达到对水体的净化〔5〕。
张占梅等〔6〕以含铁的低品位铝矾土为主要原料，添加适量铝酸钙粉，制备出聚合氯化铝铁。该絮凝剂既有聚合铝盐基度高、对原水适应性强的特点，又有聚合铁密度较大，絮体沉降快的优点，因此在污水处理方面有广阔的应用前景。除此之外，铁盐还可和其他物质如乙酸盐、硅酸盐及柠檬酸、磷酸盐等混合来处理废水〔7〕。
2天然有机高分子絮凝剂
天然有机高分子絮凝剂包括壳聚糖、淀粉、纤维素、含胶植物、木质素、单宁、多糖类和蛋白质等类别及它们的衍生物。天然有机高分子絮凝剂主要通过改性来提高其絮凝效果，改性后的该类絮凝剂与化学合成类絮凝剂相比，具有以下优点：（1）原料来源丰富，制备成本低，价格便宜，属可再生资源；（2）无毒易生化降解，不造成二次污染；（3）种类多，分子内活性基团多，可选择性大，易根据需要采用不同的制备方法进行改性〔8〕。
2.1改性淀粉絮凝剂
用于水和废水处理领域的改性淀粉主要有非离子型的糊精、丙烯酰胺接枝淀粉、阴离子型的磷酸酯淀粉、淀粉黄原酸酯、羧甲基淀粉和阳离子型淀粉等。改性淀粉混凝剂一方面可以利用其所带的正电荷对水中胶体颗粒进行电性中和，另一方面又可发挥其高分子长链的吸附架桥作用，有效地将水中带负电荷的颗粒吸附在长链上〔9〕。尹华等〔10〕以淀粉-丙烯酰胺接枝共聚物为母体，加入阳离子化试剂，合成了阳离子型改性高分子絮凝剂FNQE。其性能明显优于均聚丙烯酰胺，对城市污水及饮食业污水的絮凝实验表明，投加质量浓度5~10mg/L时，FNQE对浊度、色度的去除率均>90%，COD去除率>75%。李孟等〔11〕将改性后的淀粉用作饮用水处理时发现：对不同的原水应采用不同的改性产物。改性后的淀粉，不仅提高了对低温低浊水处理的效果，还显著地减少了絮凝剂的用量，具有很大的技术和经济效益。2.2改性纤维素絮凝剂
纤维素衍生物的结构决定了它的絮凝性能。因此改变结构，赋予它新的性能，是研究者使其成为絮凝剂的首要选择方法。在水处理中应用最多的是羧甲基纤维素。万军民等〔12〕以环氧氯丙烷作为交联剂，在碱性介质中将β-环糊精负载到黏胶纤维上，合成了负载β-环糊精的功能性纤维素纤维，在模拟废水处理中的结果表明，负载β-环糊精的纤维素纤维对无机重金属离子（Cu2+、Cd2+、Pb2+）、苯胺、苯酚及对苯二酚的富集效果良好，对Cu2+、Pb2+、Cd2+的富集容量分别达到0.2428、0.2954、0.3438mmol/g，对苯胺、苯酚及对苯二酚富集容量分别达到1.154、1.117、0.9576mmol/g。人们在利用不同方法对纤维素进行改性的同时，也对不同植物的纤维素改性后产物的絮凝性能作了研究。纤维素改性絮凝剂在水处理中的应用不多，且大多数研究者集中在研究纤维素的非均相接枝方面，在均相接枝方面研究不多〔13〕。因此，纤维素改性具有很大的研究空间，特别在均相接枝方面。随着技术的更新、成熟，纤维素的研究具有很广阔的发展前景。
2.3改性木质素絮凝剂
木质素可通过化学反应和物理共混将其与酚醛树脂、聚氨酯、聚烯烃、橡胶、聚酯、聚醚、淀粉、大豆蛋白等复合形成高分子产物〔14-15〕。木质素结构中的羟基、羧基等官能团决定了它与亲电、亲核试剂都能
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反应，且还能进行硝化、氧化等反应。改性后的絮凝剂能将水中的胶体等物质通过网捕、静电吸引、氢键、架桥等作用将其去除，达到净化水体、削减污染的目的。刘明华等〔16〕将改性木质素絮凝剂用于抗生素类化学制药废水，并进行了絮凝条件的优选实验。并与其他不同类絮凝剂进行对比，当抗生素制药废水的pH为6.0，絮凝剂的质量浓度为120mg/L时，废水中COD Cr、SS和色度的去除率分别达到61.2%、96.7%和91.6%，结果表明，木质素改性而成的絮凝剂用量减小了，而絮凝效果优于其他絮凝剂。代军等〔17-18〕利用木质素合成了木素季铵盐絮凝剂，并应用于生活污水处理，取得了不错的效果。洪树楠〔19〕以制浆黑液的碱木素为原料，采用反相悬浮法，制备出球形木质素珠体，并对这种产品进行改性，它对铜、镍、锌、铅、镉等离子的吸附性能较好。刘千均〔20〕以磺酸盐为原料，与木质素进行接枝共聚反应，然后改性合成两性木质素基絮凝剂LSDC，并研究了它的脱色性能和其他性能，取得较好的效果。改性后的木质素由于利用的原料不同，因而其性能不一样，对水的处理效果也不一样〔14〕。
2.4壳聚糖类絮凝剂
壳聚糖是由甲壳素脱去分子中的乙酰基而成，因而，脱乙酰度的大小直接影响着壳聚糖的絮凝性能。壳聚糖的絮凝作用是通过分子中的各种官能团对水中的有机物质、金属离子、胶体物质、悬浮物等进行络合、絮凝等反应实现的，从而使水体得到净化。陈亮等〔21〕探讨了壳聚糖在给水处理中应用的可行性，并通过实验确定了壳聚糖絮凝处理给水的工艺条件。实验中，通过对比对铝的去除效果，显示了使用壳聚糖替代铝盐絮凝剂的优势。
蒋明等〔22-23〕研究了壳聚糖与丙烯酰胺接枝共聚物（CAM）的制备、结构表征及对纸张的助留、助滤效果。CAM充分利用了壳聚糖和聚丙烯酰胺两种聚合物的特性，具有助留效果好、成纸强度降低少、贮存稳定等特点。壳聚糖无毒、易降解等特点，使其成为饮用水处理中比较具有优势的絮凝剂。但是，单独使用这种絮凝剂并不能达到理想的效果。近年来，研究者将壳聚糖与其他的无机、有机絮凝剂混合形成复合絮凝剂，在饮用水处理中已得到了较快的发展，并且取得很好的效果。
3人造有机高分子絮凝剂
目前，人造有机高分子絮凝剂运用较多的有二甲基二烯丙基氯化铵、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠等。章诗芳等〔23〕用聚丙烯酰胺处理饮用水，能有效去除水中色度、有机物和藻类等，可提高水质，降低成本和致突变性。但由于聚丙烯酰胺的单体有毒，因此，在应用上应控制其出水浓度低于国家规定标准。翁晓姚等〔24〕将聚丙烯酰胺作为助凝剂来净化水。实验证明其对低浊低温水处理效果明显，并且对高负荷水有较强的适应能力，但会影响其滤速。因此，人造有机高分子在水处理应用中比天然高分子广泛，且在环境中的絮凝活性稳定。
4无机-有机复合絮凝剂
参与制备复合絮凝剂的有机絮凝剂主要有壳聚糖、二甲基二烯丙基氯化铵、聚丙烯酰胺等；无机絮凝剂主要有铁盐和铝盐等絮凝剂。复合絮凝剂解决了无机絮凝剂絮凝速度慢、矾花小等缺点，得到了广泛的应用，且具有高效、可行、成本低等特点。曾德芳等〔25〕研究了用改性后的累托石与天然高分子多糖按一定的比例制备而成的复合絮凝剂处理有机污染物（COD）为400mg/L，固体悬浮物（SS）为350mg/L的油漆废水，其对COD、SS、色度的去除率分别较传统絮凝剂聚合三氯化铝（PAC）和聚丙烯酰胺（PAM）提高了43.1%、6.4%、22.6%和19.1%、3.4%、21.8%；吨污水药剂成本分别下降了16.85%和30.7%。
叶霞等〔26〕以壳聚糖与硫酸铝为原料，制备成的复合絮凝剂具有絮体形成迅速、矾花大、易分离等特点，同时减轻了铝在环境中的二次污染，对城市景观水的处理效果好。复合絮凝剂不但可以克服单独使用某一絮凝剂时出现的絮凝效果差、成本高、出水水质差、效率低等不足，而且可以减少处理后水中的某些二次污染物质，减少铝、铁等有害金属离子对人体的危害。因此，高分子复合絮凝剂，特别是天然高分子复合絮凝剂的应用，对饮用水处理是最佳的选择。龙柱〔27〕利用自制的聚合氯化铝-有机高分子复合物（PACP）对漂白麦草浆的留着效果进行了研究。结果表明：PACP 对提高漂白麦草浆的留着效果有较好的促进作用；在相同条件或相同用量下，PACP的助留效果优于聚合氯化铝；PACP与两性淀粉协同作用有助于进一步提高漂白麦草浆的一次留着率。使用PACP处理造纸综合废水，出水剩余浊度2NTU，色度和COD Cr去除率分别为90%和80%，而相同条件下用PAC处理后出水剩余浊度7NTU，色度和COD Cr去除率为79%和61%。PACP处理造纸废水效果明显。
5结语与展望
（1）目前无机复合絮凝剂在废水处理中得到广
专论与综述
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泛利用，但由于它在水处理中存在的一些缺陷，如作用速度慢、腐蚀性强、在环境中会留下潜在危害，影响人类健康，使得它在饮用水处理中的应用受到限制。
（2）人造有机高分子絮凝剂的应用在环境中也存在不安全性，甚至给环境造成二次污染。如聚丙烯酰胺的单体有毒等。但只要控制其在出水中的浓度，对饮用水处理是较安全的。
（3）天然有机高分子絮凝剂具有无毒、易生化降解、不造成二次污染、原料来源丰富、制备成本低、可选择性大等优点，很适合于饮用水处理。但存在电荷密度小、分子质量低、在环境中易失活等缺点，在处理中受到限制。只要解决天然有机高分子絮凝剂的电荷低和稳定性差等问题，就可以研制出高效的适合于饮用水处理的絮凝剂。发展天然有机复合絮凝剂具有很广阔的市场前景和应用前景。
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宋力：絮凝剂在水处理中的应用与展望
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纺织印染工业废水的处理方法——
—亓久平，荆汉江，宋述瑞.CN101538107
·国内外水处理技术信息·
本发明公开了一种纺织印染工业废水的处理方法。该处理方法由以下步骤组成：（1）对高色度染色原液进行预处理。将高色度染色原液注入颜色反应池，然后投加絮凝剂FeCl3，投加质量逍度为200～400mg/L，停留时间为5～7h。（2）均质化处理。将步骤（1）的产物、其他废液和外引有机废水投入调节池，停留时间为7～9h。（3）生化处理。调节池的出水依次进入水解酸化池、好氧池和沉淀池，污水在此阶段停留时间为45～50h。（4）后絮凝处理。向步骤（3）的出水中投加絮凝剂FeSO4进行后絮凝处理，处理后出水水质符合GB4287—1992《纺织染整工业水污染物排放标准》的Ⅰ级标准。（张淑云供稿）［作者简介］宋力（1979—），2009年毕业于重庆大学，硕士，讲师，研究方向水污染控制。电话：023-********，E-mail：
songliyx@https://www.wendangku.net/doc/ff10430220.html,。
［收稿日期］2010-02-04（修改稿）
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