絮凝劑定義和分類
絮凝劑也稱混凝劑，是一種能使水溶液中的溶質(zhì)、膠體或懸浮物顆粒脫穩(wěn)而產(chǎn)生絮狀物或絮狀沉淀物的藥劑。按照絮凝劑的化合物類型，絮凝劑可分為無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑、微生物絮凝劑和礦物類助凝劑四大類。其中，無(wú)機(jī)絮凝劑包括無(wú)機(jī)低分子絮凝劑和無(wú)機(jī)高分子絮凝劑；有機(jī)絮凝劑包括人工合成有機(jī)高分子絮凝劑和天然有機(jī)高分子絮凝劑。
1、無(wú)機(jī)絮凝劑
無(wú)機(jī)絮凝劑是水處理中用量較大的品種。在100多年的工業(yè)發(fā)展階段，無(wú)機(jī)絮凝劑除了產(chǎn)量的高速增長(zhǎng)外，技術(shù)上也有了明顯的進(jìn)步和提高。我國(guó)在基礎(chǔ)理論研究、新產(chǎn)品及其應(yīng)用工藝的開發(fā)、工業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的制定、衛(wèi)生和毒理學(xué)研究等方面，形成了比較完善的無(wú)機(jī)絮凝劑的研究開發(fā)體系。
（1）無(wú)機(jī)低分子絮凝劑
無(wú)機(jī)低分子絮凝劑主要包括鋁、鐵等無(wú)機(jī)鹽類絮凝劑。目前常用的有明礬、三氯化鐵、硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵等品種。由于它們的價(jià)格便宜、對(duì)多種水質(zhì)條件下懸浮顆粒的絮凝沉淀效果顯著，特別是在廢污水處理中可以沉淀去除重金屬、硫化物，生成的絮體礬花又可以吸附去除水中難降解的油類和聚合物，并能有效降低磷含量，因此應(yīng)用相當(dāng)廣泛。但是，它們也存在如下主要缺點(diǎn)：殘留在水中的鋁離子會(huì)導(dǎo)致二次污染；鐵離子本身有顏色，并對(duì)設(shè)備有腐蝕作用；聚集速度慢，形成的絮狀物較小，投加量大，產(chǎn)泥量高，運(yùn)行費(fèi)用高。
（2）無(wú)機(jī)高分子絮凝劑
為了克服二次污染及設(shè)備腐蝕等問(wèn)題，從20世紀(jì)60年代起人們?cè)趥鹘y(tǒng)鋁鹽、鐵鹽的基礎(chǔ)上開始了對(duì)無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的研究。無(wú)機(jī)高分子絮凝劑（Inorganic PolymerFlocculant，IPF）（又被稱為二代絮凝劑）可分為聚合鋁、聚合鐵、聚合硅酸以及復(fù)合型無(wú)機(jī)高分子絮凝劑四大類，但按照水中膠粒所帶電荷種類也可以將其分為陽(yáng)離子型、陰離子型和若干復(fù)合系列。近十幾年來(lái)，無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的品種已逐漸形成系列，專利也有幾十種，有些還在少量生產(chǎn)。
無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的研制與開發(fā)大致經(jīng)歷了以下4個(gè)階段：
（1）聚合鋁、聚合鐵或聚硅酸；
（2）在聚合鋁、聚合鐵或聚硅酸中引入單種金屬離子Al或Fe；
（3）在聚合鋁、聚合鐵或聚硅酸中同時(shí)引入兩種金屬離子Al和Fe；
（4）在聚合鋁、聚合鐵或聚硅酸中引入多種金屬離子Al、Fe、Mn、Ca等。
改性的目的是引入某些高電荷離子以提高電荷的中和能力，引入羥基、磷酸根等以增強(qiáng)配位絡(luò)合能力，從而達(dá)到改善其絮凝效果的目的。如在聚鐵中加入少量的改性劑，使羥基更容易插入硫酸鐵的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中，就可制得改性的聚鐵，其鹽基度和聚合度更高，絮凝效果也大大優(yōu)于普通的聚鐵和聚鋁。
陽(yáng)離子型無(wú)機(jī)高分子絮凝劑是鋁鹽或鐵鹽水解過(guò)程的中間產(chǎn)物和溶液中的不同陰離子及帶負(fù)電荷溶膠粒的結(jié)合體，即各種類型的羥基多核絡(luò)合物或無(wú)機(jī)高分子化合物。無(wú)機(jī)復(fù)合型高分子絮凝劑中由于引入其它離子，尤其是高電荷離子，其聚合度和電荷中和能力大大加強(qiáng)，絮凝性能遠(yuǎn)優(yōu)于聚硅酸或單獨(dú)的聚金屬離子。
與其它傳統(tǒng)絮凝劑相比，無(wú)機(jī)高分子絮凝劑具有絮凝效果好，殘留在水中的鋁、鐵離子少，易生產(chǎn)、價(jià)格價(jià)廉、使用范圍廣等特點(diǎn)。現(xiàn)在它已經(jīng)成功地應(yīng)用在給水、工業(yè)廢水以及城市污水的各種流程（包括前處理、中間處理和深度處理）中，并逐漸成為主流絮凝劑。
當(dāng)前，在美國(guó)、日本、西歐、俄羅斯，IPF都有相當(dāng)規(guī)模的生產(chǎn)和應(yīng)用，IPF的生產(chǎn)已超過(guò)了絮凝劑總量的50%，生產(chǎn)達(dá)到了工業(yè)化、規(guī)模化和自動(dòng)化，產(chǎn)品質(zhì)量相當(dāng)穩(wěn)定。在我國(guó)絮凝劑市場(chǎng)上，傳統(tǒng)絮凝劑的用量?jī)H占20%，而無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的用量則占80%以上，我國(guó)無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的生產(chǎn)占混凝劑總量的30%-60%。近年來(lái)，這類絮凝劑的研制和應(yīng)用正成為熱點(diǎn)，專利產(chǎn)品也有逐年增加的趨勢(shì)。
我國(guó)對(duì)無(wú)機(jī)絮凝劑的開發(fā)應(yīng)用較好，除個(gè)別品牌的絮凝劑未開發(fā)外，基本具備了生產(chǎn)無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的技術(shù)水平。但同時(shí)也存在著缺少系列化、規(guī)模化生產(chǎn)，廠家多，規(guī)模小，產(chǎn)品單一，生產(chǎn)工藝設(shè)備落后，生產(chǎn)出的絮凝劑質(zhì)量不夠穩(wěn)定，對(duì)藥劑所含重金屬等毒害性物質(zhì)缺少必要的統(tǒng)一控制與管理，水不溶物與雜質(zhì)含量較高等問(wèn)題。
今后，無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的主要發(fā)展趨勢(shì)和研究方向總體可歸納為以下幾個(gè)方面：
（1）深入開展絮凝劑基礎(chǔ)理論的研究，建立定量化的數(shù)學(xué)模型系統(tǒng)；
（2）針對(duì)不同的水質(zhì)，開展新型多功能、復(fù)合型絮凝劑的研究；
（3）進(jìn)一步開展無(wú)機(jī)高分子混凝劑的應(yīng)用條件研究；
（4）引進(jìn)或開發(fā)先進(jìn)的工藝設(shè)備，提高水處理劑產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
2、有機(jī)絮凝劑
有機(jī)高分子絮凝劑，也稱有機(jī)聚合物或聚電解質(zhì)，相對(duì)分子量由數(shù)千至上萬(wàn)不等。它含有帶電的官能團(tuán)或中性的官能團(tuán)，溶于水中而具有電解質(zhì)的行為。因此，按照它們的來(lái)源，有機(jī)高分子絮凝劑可分為天然有機(jī)高分子絮凝劑和人工合成有機(jī)高分子絮凝劑兩類。
天然有機(jī)高分子絮凝劑主要有淀粉類、半乳甘露聚糖類、纖維素衍生物類、微生物多糖類及動(dòng)物骨膠類等五大類。它大多與其它帶有特殊官能團(tuán)的化合物接枝共聚后，再用于處理廢水。因?yàn)樘烊桓叻肿有跄齽﹣?lái)源有限，性質(zhì)不穩(wěn)定，所以水處理上應(yīng)用較少。
人工合成有機(jī)高分子絮凝劑常用的有：聚丙烯酰胺、聚丙烯酸鈉、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸鹽等，其中聚丙烯酰胺應(yīng)用較多，占合成高分子絮凝劑的80%左右。但這一類絮凝劑價(jià)格偏高，且存在著一定量的殘余單體丙烯酰胺，毒性較大，所以限制了它在水處理方面的應(yīng)用。
我國(guó)對(duì)有機(jī)高分子絮凝劑的研制、生產(chǎn)和應(yīng)用，尚處于開發(fā)階段，仍屬薄弱環(huán)節(jié)。與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在很大的差距。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）系列化水平低，專用種類少，商品化的產(chǎn)品僅有聚丙烯酰胺和聚丙烯酸鹽兩大類。
（2）產(chǎn)量低，未形成規(guī)模經(jīng)營(yíng)，某些國(guó)外已工業(yè)化的品種至今我國(guó)仍不過(guò)關(guān)。
（3）天然與改性陽(yáng)離子有機(jī)高分子絮凝劑相對(duì)國(guó)外而言品種較少。
（4）工業(yè)設(shè)備和單體生產(chǎn)落后，整體質(zhì)量水平不高。
3、微生物絮凝劑
微生物絮凝劑是一類出微生物或其分泌物產(chǎn)生的具有絮凝活性的有機(jī)物質(zhì)，其形式可以是微生物細(xì)胞，也可以是細(xì)胞的結(jié)構(gòu)物質(zhì)或是代謝產(chǎn)物，主要成分是糖蛋白、多糖、蛋白質(zhì)、纖維素、核酸等大分子物質(zhì)，因其特定結(jié)構(gòu)和組合而形成了良好的絮凝沉淀性能。
雖然它們性質(zhì)各異，但均能快速絮凝各種顆粒物質(zhì)，在廢水脫色和食品工業(yè)廢水的再生利用等方面具有獨(dú)特的效果。尤其是其具有可生物降解性，克服了鋁鹽、丙烯酸胺等毒性問(wèn)題，對(duì)環(huán)境無(wú)二次污染，故受到國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注，成為絮凝劑研究和發(fā)展的重要方向之一。
微生物絮凝劑的絮凝活性不但與分子結(jié)構(gòu)、分子量、活性基團(tuán)等多種內(nèi)部環(huán)境因素有關(guān)，而且與pH值、溫度、離子種類、離子強(qiáng)度等外界環(huán)境因素有關(guān)。
微生物絮凝劑主要包括三類：
（1）直接利用微生物細(xì)胞的絮凝劑，如某些細(xì)菌、霉菌、放線菌和酵母，它們大量存在于土壤、活性污泥和沉積物中；
（2）利用微生物細(xì)胞壁提取物的絮凝劑，如酵母細(xì)胞壁的葡聚糖、甘露聚糖、蛋白質(zhì)和N-乙酰葡萄糖胺等成分均可用作絮凝劑；
（3）利用微生物細(xì)胞代謝產(chǎn)物的絮凝劑，微生物細(xì)胞分泌到細(xì)胞外的代謝產(chǎn)物主要是細(xì)菌的莢膜和黏液質(zhì)，除水分外，其主要成分為多糖及少量的多肽、蛋白質(zhì)、脂類及其復(fù)合物，其中多糖在某種程度上可用作絮凝劑。
微生物絮凝劑的主要優(yōu)點(diǎn)是絮凝效果好，使用量少，無(wú)毒無(wú)害，不會(huì)影響應(yīng)用水體的質(zhì)量，且沉降的污泥較易降解。
1960年，進(jìn)行用微生物作為佛羅里達(dá)磷灰石粘土礦絮凝劑的研究，20世紀(jì)80年代許多研究者用其它的細(xì)菌、菌藻等作為磷灰石粘土礦以外各種礦物懸浮液的絮凝劑。近期的研究包括用小母念珠菌及其衍生物對(duì)細(xì)粒赤鐵礦、方解石和高嶺土的懸浮液進(jìn)行絮凝處理。目前，工作已經(jīng)擴(kuò)大到用草分支桿菌全細(xì)胞和細(xì)胞碎片作為含黃鐵礦和灰分煤的選擇性絮凝研究。但是，微生物絮凝劑的研究還處于菌種篩選的實(shí)驗(yàn)室研究階段，所用成本較高，一些工藝條件不太成熟，離工業(yè)化生產(chǎn)還有一定的距離。
4、助凝劑
在絮凝處理中，有時(shí)使用單一的絮凝劑不能取得良好的效果，往往需要投加輔助藥劑以提高絮凝效果，這種輔助藥劑稱為助凝劑。
助凝劑本身不起凝聚作用，因?yàn)樗荒芙档湍z粒的ζ電位或起吸附架橋作用。助凝劑的作用只是提高絮凝體的強(qiáng)度，增加其重量，促進(jìn)沉降，且使產(chǎn)生的污泥有較好的脫水性能：或者用于調(diào)整pH值，破壞對(duì)絮凝作用有干擾的物質(zhì)。
常用的助凝劑有兩類：
（1）調(diào)節(jié)或改善絮凝條件的助凝劑，如CaO、Ca(OH)2、Na2CO3、NaHCO3等堿性物質(zhì)，用來(lái)調(diào)整pH，以達(dá)到絮凝劑使用的較佳pH值。
（2）提高凝聚性、加強(qiáng)絮凝和沉降效果的助凝劑，如活性炭、膨潤(rùn)土、活化硅藻土、粉煤灰及各種黏土等。
在各類絮凝劑中，無(wú)機(jī)高分子凝劑聚合氯化鋁PAC因?yàn)閮r(jià)格便宜、混凝效果好、適用性強(qiáng)、絮體形成快等優(yōu)點(diǎn)而現(xiàn)已得到廣泛的應(yīng)用，并逐漸替代硫酸鋁成為當(dāng)前產(chǎn)量較大、應(yīng)用范圍較為廣泛的絮凝劑。
