李玉瑩，王希越，張 浩，連麗麗，婁大偉

(吉林化工學(xué)院 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，吉林 吉林 132022)

廢水中主要含有可溶解及不可溶解的固體廢物、無(wú)機(jī)和有機(jī)顆粒、金屬離子和一些其他雜質(zhì)等.由于這些顆粒比較小，表面存在電荷，使這些顆粒沉降和過(guò)濾時(shí)難度更大，更具有挑戰(zhàn)性.因此，從廢水中除去這些膠體顆粒成為近年來(lái)的研究重點(diǎn).各種傳統(tǒng)和先進(jìn)的技術(shù)層出不窮，主要有離子交換、膜過(guò)濾、沉淀、溶劑萃取、吸附、絮凝、生物和電解等方法[1-3].綜合以上水處理方法，絮凝法作為一種常見的固液分離工藝被廣泛應(yīng)用.該方法可用來(lái)處理廢水中的懸浮物、溶解性固體、膠體和有機(jī)物等.絮凝法具有制備方法簡(jiǎn)單、絮凝效率高等優(yōu)點(diǎn)，能夠顯著的降低污水的濁度和色度，并且一部分絮凝劑還可以有效的處理污水中的重金屬離子、微生物等.常用的絮凝劑按照其化學(xué)成分可分為四大類：無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑、微生物絮凝劑、復(fù)合絮凝劑[4-6].主要闡述了四種絮凝劑的絮凝機(jī)理及優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)其在水處理中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹.

1 無(wú)機(jī)絮凝劑

1.1 無(wú)機(jī)低分子絮凝劑

無(wú)機(jī)低分子絮凝劑主要包括硫酸鋁、硫酸鐵、硫酸亞鐵等，其優(yōu)點(diǎn)主要為成本低廉，絮凝效果好等，曾經(jīng)在水處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用.Turchiuli和Fargues[7]將兩種低分子無(wú)機(jī)絮凝劑Al2(SO4)3和FeCl3應(yīng)用于粘土懸浮液中的污水絮凝.結(jié)果表明Al2(SO4)3產(chǎn)生的絮體比FeCl3產(chǎn)生的絮凝體更大、沉降速度更快.然而，由于其存在投加量大，水體中有金屬離子殘留等缺點(diǎn)，已逐漸被其它絮凝劑替代.

1.2 無(wú)機(jī)高分子絮凝劑

無(wú)機(jī)高分子絮凝劑主要包括聚硅酸金屬鹽、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵等，相比于無(wú)機(jī)低分子絮凝劑，它的絮凝投加劑量更小、應(yīng)用的范圍更廣[8].其中聚硅酸鋁鹽兼具電中和及吸附架橋作用，可以促進(jìn)絮凝劑與水中雜質(zhì)形成易于沉降的礬花，絮凝劑的成本低、沉降速度快.祝等人[9]，以聚硅酸鋁為基礎(chǔ)，制備了一種含硼的聚硅酸鋁錳絮凝劑，并對(duì)其絮凝條件進(jìn)行了優(yōu)化，將優(yōu)化后的絮凝劑應(yīng)用于松花江模擬水樣，濁度和色度去除率均為95%以上.

2 有機(jī)絮凝劑

2.1 合成有機(jī)絮凝劑

合成高分子聚合物作為一種有機(jī)絮凝劑，可以顯著提高絮凝效率，因此對(duì)它的研究也十分廣泛.一些商用的絮凝劑大多為合成有機(jī)絮凝劑，它們主要是由丙烯酰胺和丙烯酸等多種單體組成的.在大多數(shù)情況下來(lái)自油基和不可再生的原材料[10].常用的高分子絮凝劑有聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚(二烯丙基二甲基氯化銨)、聚胺等[11].Liu等人[12]，使用聚丙烯酰胺和聚(N,N-二甲基丙烯酰胺)接枝纖維素納米晶體合成兩種絮凝劑，并應(yīng)用于高嶺土懸浮液.對(duì)這兩種絮凝劑的絮凝性能，包括絮凝劑用量、沉降時(shí)間和絮凝劑粒徑進(jìn)行了研究和比較.結(jié)果表明，聚N,N-二甲基丙烯酰胺接枝纖維素納米晶的絮凝性能優(yōu)于聚丙烯酰胺接枝纖維素納米晶.Chen等人[13]，以丙烯酰胺、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨和酶解木質(zhì)素為原料，通過(guò)接枝法合成了高效木質(zhì)素接枝陽(yáng)離子聚丙烯酰胺絮凝劑，其成本低廉、環(huán)境友好、技術(shù)可行，在污水處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景.

然而，大多數(shù)的合成有機(jī)絮凝劑主要是從石油原料中提取獲得，所以使用的加工化學(xué)物質(zhì)并不總是安全或環(huán)保的.而且，其結(jié)構(gòu)具有抗生物降解能力，導(dǎo)致生物降解速度通常非常緩慢，并且降解的產(chǎn)物大多都是有害的，釋放的單體可能會(huì)進(jìn)入食物鏈，從而產(chǎn)生致癌效應(yīng)[14-16].因此，合成有機(jī)絮凝劑的使用一直有待考究.

2.2 天然高分子絮凝劑

天然高分子聚合物作為一種可再生、容易降解的物質(zhì)引起了廣泛的關(guān)注.它主要包括淀粉、殼聚糖、木質(zhì)素、纖維素等[17-20].將天然高分子聚合物作為絮凝劑使用，有效的解決了合成有機(jī)絮凝劑可能會(huì)造成的二次污染問(wèn)題.然而天然高分子聚合物也具有一定的局限性，這種聚合物的分子量小、電荷密度低、水溶性較差，導(dǎo)致其在單獨(dú)使用時(shí)效果不佳[21].將天然高分子聚合物進(jìn)行改性，不僅可以解決以上問(wèn)題，同時(shí)還可提高絮凝效率.該過(guò)程主要是通過(guò)醚化、酯化、氧化、接枝共聚等化學(xué)改性方法在天然高分子的分子鏈上引入官能團(tuán)來(lái)增強(qiáng)其絮凝性能[22].Yang等人[23]，以三氯-2-羥丙基三甲基氯化銨改性淀粉接枝聚丙烯酸為原料，采用不同的接枝比例，成功地合成了一系列兩性淀粉接枝絮凝劑，并用于去除水中的各種帶電污染物，具有較好的去除效率.Zheng等人[24]，將殼聚糖與丙烯酰胺在不同的引發(fā)體系：熱引發(fā)體系、紫外引發(fā)體系和超聲引發(fā)體系下，進(jìn)行了接枝共聚，并應(yīng)用于偶氮染料的去除，去除效率較高.

3 微生物絮凝劑

近年來(lái)，微生物絮凝劑是一種新型的絮凝劑，被應(yīng)用于改善供水處理的絮凝過(guò)程[25].微生物絮凝劑(MBFs)是由微生物產(chǎn)生的高分子量長(zhǎng)鏈聚電解質(zhì)，可絮凝懸浮物、細(xì)胞、膠態(tài)固體等[26].Yao等人[27]，研究了MBFs對(duì)污水中兩種有代表性的金屬Fe3+和Pb2+的去除效果.將MBFs加入含有不同濃度Fe3+和Pb2+的合成廢水中，分析絮凝程度.結(jié)果表明，隨著重金屬濃度的增加，對(duì)金屬的去除效率降低，MBFs對(duì)金屬的吸附能力增加.然而，微生物絮凝劑的培養(yǎng)成本較高、產(chǎn)量低，絮凝效果穩(wěn)定性不佳，在商用市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力.

4 復(fù)合絮凝劑

在復(fù)合絮凝劑中，無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑的發(fā)展尤為突出，將無(wú)機(jī)與有機(jī)絮凝劑結(jié)合，可以彌補(bǔ)單一絮凝劑使用范圍窄的缺點(diǎn)，同時(shí)也大大提高了絮凝劑的絮凝效果.由于天然高分子聚合物具有可生物降解、無(wú)污染等特點(diǎn)，對(duì)其改性后可應(yīng)用于水處理領(lǐng)域.因此對(duì)無(wú)機(jī)絮凝劑與改性天然高分子聚合物的復(fù)合引起了廣泛的關(guān)注.二者復(fù)合后，不僅可以減少絮凝劑的使用劑量，節(jié)約成本，還有利于生態(tài)環(huán)保.Wei等人提出[28]，逐步添加FeCl3和陽(yáng)離子淀粉可以顯著改善污泥的脫水性能.結(jié)果表明，無(wú)機(jī)絮凝劑和改性天然高分子絮凝劑對(duì)廢水的處理效果明顯優(yōu)于單獨(dú)使用兩者.

5 結(jié) 論

(1) 絮凝劑作為一種重要的污水處理手段，具有操作簡(jiǎn)單、絮凝效果好等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地應(yīng)用于水中重金屬離子的去除及處理染料廢水等.

(2) 在不同種類絮凝劑中，無(wú)機(jī)絮凝劑雖然制備過(guò)程簡(jiǎn)單，但卻需要較大的投加劑量；有機(jī)絮凝劑絮凝效果好，但其殘留物會(huì)對(duì)人體造成威脅；微生物絮凝劑的成本高、產(chǎn)量低，該缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用.

(3) 將兩種絮凝劑復(fù)合使用，能夠發(fā)揮協(xié)同作用，彌補(bǔ)單一絮凝劑的缺點(diǎn)，有助于提高絮凝效果，因此復(fù)合絮凝劑在幾種絮凝劑中的發(fā)展前景最為廣闊.在未來(lái)的發(fā)展中，還應(yīng)深入對(duì)復(fù)合絮凝劑的研究，優(yōu)化其工藝條件及應(yīng)用范圍，制備出絮凝性能更穩(wěn)定、環(huán)境友好的新型絮凝劑.