水处理絮凝剂的研究进展

王平

大连产品质量检验检测研究院有限公司 辽宁大连 116000

絮凝剂是能够降低或消除水中分散微粒的沉淀稳定性和聚合稳定性，使分散微粒凝聚、絮凝成聚集体而除去的一类物质。根据其化学成分一般分为三大类：第一类是无机絮凝剂，如PAC（聚合氯化铝）、AS（活性硅酸）、硫酸铁、氯化锌等；第二类是有机絮凝剂，如聚丙烯酸、海藻酸、聚丙烯酸酰胺等；第三类是天然絮凝剂或生物絮凝剂，如壳聚糖、海藻酸钠、红平红球菌、协腹产碱杆菌等，以及多种絮凝剂制得的复合絮凝剂。在絮凝处理过程中，是通过添加一定量的絮凝剂，使水中的胶体颗粒物失去稳定状态，再中和、吸附、粘结、架桥等作用下，聚集形成较大的絮体，再利用沉淀或气浮等方法去除絮体。

1 微生物絮凝剂

与传统的合成絮凝剂相比，生物絮凝剂具有无毒、环保等优点。生物絮凝剂在许多工业和生物加工领域显示出巨大的潜力，可以提高产品质量和生产率。生产成本高、生产工艺复杂是生物絮凝剂的主要传统瓶颈。生物絮凝剂在生物处理、废水处理等许多工业生产中的应用，主要取决于采用廉价底物和新型发酵/回收策略进一步降低生物絮凝剂的生产成本。细胞外生物高分子絮凝剂（EBFs）是由许多微生物在培养液中分泌的多糖、蛋白质和脂类组成的絮凝物质。EBFs作为可生物降解、无毒的传统化学絮凝剂的替代品，引起了人们的广泛关注，但由于产量低、成本高，限制了其应用。LiliFu（2020）研究采用RNA-Seq高通量测序技术和生物信息学方法，通过调节絮凝剂产生菌沈阳拟青霉A9的氮源（高氮/低氮）来研究MBFA9多糖的发酵和生物合成。评估差异表达基因、功能聚类和关键基因的功能注释，重建了MBFA9的生物合成和代谢途径基因，并得出UDP-Gal、UDP-Glc、UDP-GlcA和UDPGlcNAc都可以作为MBFA9生物合成的前体，murA、wecB、pgm、galU/galF、fcl、gmd和glgC影响细菌生长和MBF的生物合成[1]。

2 天然高分子絮凝剂

天然高分子聚合物作为一种可再生、容易降解的物质引起了广泛的关注。它主要包括淀粉、壳聚糖、木质素、纤维素等[2]。将天然高分子聚合物作为絮凝剂使用，有效的解决了合成有机絮凝剂可能会造成的二次污染问题。然而天然高分子聚合物也具有一定的局限性，这种聚合物的分子量小、电荷密度低、水溶性较差，导致其在单独使用时效果不佳。将天然高分子聚合物进行改性，不仅可以解决上述问题，同时还可提高絮凝效率。该过程主要是通过醚化、酯化、氧化、接枝共聚等化学改性方法在天然高分子的分子链上引入官能团来增强其絮凝性能。Yang等人，以三氯-2-羟丙基三甲基氯化铵改性淀粉接枝聚丙烯酸为原料，采用不同的接枝比例，成功地合成了一系列两性淀粉接枝絮凝剂，并用于去除水中的各种带电污染物，具有较好的去除效率。Zheng等人，将壳聚糖与丙烯酰胺在不同的引发体系，热引发体系、紫外引发体系和超声引发体系下，进行了接枝共聚，并应用于偶氮染料的去除，去除效率较高。

3 金属和金属氧化物纳米颗粒

金属和金属氧化物纳米颗粒由于其独特的电、光、磁和催化性能而引起了研究人员的兴趣。它们是水和废水处理中种类最多的材料。Almarasy等人对埃及Basyoun市Nile Rosetta河支流水样的混凝和絮凝过程进行了研究发现，在30mL浓度为2.98×10-6mol/L、pH值为7.55的赤铁矿纳米粒子(直径为9nm)下施用，可降低（93.8±0.005）%的最高浑浊度。研究了赤铁矿纳米颗粒对水体总溶解固体、电导率、磷酸盐浓度、硝酸盐浓度、氨水浓度、铁（II）浓度、pH值和碱度等水质参数的影响。通过与市售明矾的对比研究，发现赤铁矿纳米颗粒对水样具有良好的处理能力，特别是对磷酸盐浓度的处理能力。据报道，赤铁矿纳米粒子与磷酸盐离子相互作用形成不溶性磷酸铁（III），其质量浓度从0.10±0.005mg/L显著降低到0.005±0.0003mg/L。

4 合成有机高分子絮凝剂

合成有机高分子絮凝剂具有用量小、产泥少、絮凝能力强、沉淀速度快等优点，在水处理领域具有广阔的应用前景。YuhaoZhou（2020）采用超声引发模板聚合法合成了具有微锁结构的两亲性阳离子聚丙烯酰胺（CPAM），阳离子微锁和疏水缔合共同促进了TP（AM-DAC-LA）的最佳脱水性，疏水缔合增强了架桥和清扫作用，促进了絮体尺寸的增长。阳离子微絮体通过增强电荷中和修补作用，产生机械强度更高的致密絮体，起骨架作用，使滤饼在机械脱水过程中不易压缩和渗透。L.Besra（2005）从聚合物的吸附性质和构象方面解释了絮凝脱水的效果。结果表明，阳离子絮凝剂以物理吸附为主，吸附后呈螺旋状，对提高过滤性能最为有效。另一方面，非离子型聚丙烯酰胺絮凝剂最适合于提高沉降速率，它主要是化学吸附在高岭土上，表现出更为拉伸的构象。阴离子絮凝剂的构象最为伸展，沉降速率最低，过滤性能差。

5 结语

随着污水水质的复杂化以及处理要求的不断提高，使用传统的单一的絮凝剂已不能满足使用需求，高效、环保、经济、稳定、广谱的复合絮凝剂的研究将成为必然方向[3]。