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　　絮凝劑
　　理論基礎(chǔ)是;“聚并”理論，絮凝劑主要是帶有正電（負(fù))性的基團(tuán)中和一些水中帶有負(fù)(正）電性難于分離的一些粒子或者叫顆粒，降低其電勢(shì)，使其處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并利用其聚合性質(zhì)使得這些顆粒，集中，并通過(guò)物理或者化學(xué)方法分離出來(lái)。
　　一般為達(dá)到這種目的而使用的藥劑，稱之為絮凝劑。絮凝劑主要應(yīng)用于給水各污水處理領(lǐng)域。
　　絮凝劑按照其化學(xué)成分總體可分為無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑兩類。其中無(wú)機(jī)絮凝劑又包括無(wú)機(jī)凝聚劑和無(wú)機(jī)高分子絮凝劑;有機(jī)絮凝劑又包括合成有機(jī)高分子絮凝劑、天然有機(jī)高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。

無(wú)機(jī)絮凝劑

　　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(jià)格低、貨源充足、但因其用量大、殘?jiān)?、效果?故無(wú)機(jī)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?，F(xiàn)常用的無(wú)機(jī)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（如聚合氯化鋁，硫酸鋁等）
　　聚合鋁水解產(chǎn)生高價(jià)離子,形成各種類型的羥基多核絡(luò)合物。它們通過(guò)羰基式橋聯(lián)作用,處于亞穩(wěn)定狀態(tài)。而ＯＨ-與Ａｌ3+的比值(一般稱鹽基度或堿基度)對(duì)絮凝效果影響很大。通常鹽基度越高,絮凝效果越強(qiáng),但過(guò)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(shí)最佳,此時(shí)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(shí)、除濁、除色效果明顯等特點(diǎn)。在工業(yè)水處理中得到廣泛的應(yīng)用。值得注意的是鋁,尤其是活性鋁,毒性較大,同時(shí)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(guò)改善混凝反應(yīng)條件,延長(zhǎng)慢速混凝時(shí)間,能有效降低水中鋁的含量。
　　(2)聚合鐵類絮凝劑（如聚合硫酸鐵等）
　　聚合鐵是另一新型無(wú)機(jī)絮凝劑,絮凝機(jī)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(wú)機(jī)高分子絮凝劑特點(diǎn)外,還具有價(jià)格低、ｐＨ值適用范圍寬等特點(diǎn)。但是總體來(lái)說(shuō),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(jià)聚合態(tài)羥基絡(luò)離子轉(zhuǎn)化成低價(jià)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(gè)小時(shí)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(wú)機(jī)高分子絮凝劑,它來(lái)源廣、價(jià)格低廉、無(wú)毒、且絮凝、助凝效果好,尤其對(duì)于低溫低濁水的混凝處理這一凈水處理中的難題有著顯著的特性,在國(guó)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),ＰＳＡＭ等等。究其機(jī)理,大都是在活性硅酸中加入一定量高價(jià)金屬離子,使其組分帶正電荷,控制其聚合度、電荷密度,保證其同時(shí)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(diǎn),大大提高絮凝效果。
　　 (4)復(fù)合絮凝劑
　　近年來(lái),復(fù)合絮凝劑的研制成為熱點(diǎn)。復(fù)合絮凝劑按化學(xué)成分分為無(wú)機(jī)復(fù)合型、有機(jī)復(fù)合型、有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合型三大類。無(wú)機(jī)復(fù)合絮凝劑成分較多,主要原料有鋁鹽、鐵鹽和硅酸鹽。國(guó)外先后研制開(kāi)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(jī)無(wú)機(jī)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(jī)理主要與協(xié)同作用相關(guān)。無(wú)機(jī)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(jī)高分子成分通過(guò)自身的橋聯(lián)作用,利用吸附在有機(jī)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(shí),無(wú)機(jī)鹽的存在使污染物表面電荷中和,促進(jìn)有機(jī)高分子的絮凝作用,大大提高絮凝效果。我國(guó)無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的生產(chǎn)和應(yīng)用已取得長(zhǎng)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。

有機(jī)高分子絮凝劑

　　有機(jī)高分子絮凝劑出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，它們應(yīng)用前途廣闊，發(fā)展非常迅速。已用于給水凈化，水/油體系破乳，含油廢水處理，廢水再資源化及污泥脫水等方面；還可用作油田開(kāi)發(fā)過(guò)程的泥漿處理劑，選擇性堵水劑，注水增稠劑，紡織印染過(guò)程的柔軟劑，靜電防止劑及通用的殺菌、消毒劑等。
　　2.1 有機(jī)高分子絮凝劑種類和性質(zhì)
　　有機(jī)高分子絮凝劑有天然高分子和合成高分子兩大類。從化學(xué)結(jié)構(gòu)上可以分為以下3種類型：(1)聚胺型-低分子量陽(yáng)離子型電解質(zhì)；(2)季銨型-分子量變化范圍大，并具有較高的陽(yáng)離子性；(3)丙烯酰胺的共聚物-分子量較高，可以幾十萬(wàn)到幾百萬(wàn)、幾千萬(wàn)，均以乳狀或粉狀的劑型出售，使用上較不方便，但絮凝性能好。根據(jù)含有不同的官能團(tuán)離解后粒子的帶電情況可以分為陽(yáng)離子型、陰離子型、非離子型3大類。有機(jī)高分子絮凝劑大分子中可以帶-COO-、-NH-、-SO3、-OH等親水基團(tuán)，具有鏈狀、環(huán)狀等多種結(jié)構(gòu)。因其活性基團(tuán)多，分子量高，具有用量少，浮渣產(chǎn)量少，絮凝能力強(qiáng)，絮體容易分離，除油及除懸浮物效果好等特點(diǎn)，在處理煉油廢水，其它工業(yè)廢水，高懸浮物廢水及固液分離中陽(yáng)離子型絮凝劑有著廣泛的用途。特別是丙烯酰胺系列有機(jī)高分子絮凝劑以其分子量高，絮凝架橋能力強(qiáng)而顯示出在水處理中的優(yōu)越性。
　　2.2 非離子型有機(jī)高分子絮凝劑
　　非離子型有機(jī)高分子絮凝劑主要是聚丙烯酰胺。它由丙烯酰胺聚合而得。
　　2.3 陰離子型有機(jī)高分子絮凝劑
　　(1)陰離子型有機(jī)高分子絮凝劑主要有聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉、聚丙烯酸鈣以及聚丙烯酰胺的加堿水解物等聚合物。
　　(2)丙烯酰胺和苯乙烯磺酸鹽、木質(zhì)磺酸鹽、丙烯酸、甲基丙烯酸等共聚物。
　　2.4 陽(yáng)離子型有機(jī)高分子絮凝劑
　　2.4.1 季銨化的聚丙烯酰胺
　　季銨化的聚丙烯酰胺陽(yáng)離子均是將-NH2經(jīng)過(guò)羥甲基化和季銨化而得，可以分為聚丙烯酰胺陽(yáng)離子化和陽(yáng)離子化丙烯酰胺聚合。
　　(1)由聚丙烯酰胺季銨化
　　聚丙烯酰胺(PAM)先與甲醛水溶液反應(yīng)，酰胺基部分羥甲基化，其次與仲胺反應(yīng)進(jìn)行烷胺基化，然后與鹽酸或胺基化試劑反應(yīng)使叔胺季銨化。
　　(2)由季銨化的丙烯酰胺聚合
　　在堿性條件下，先由丙烯酰胺與甲醛水溶液反應(yīng)，然后與二甲胺反應(yīng)，冷卻后加鹽酸季銨化。產(chǎn)物經(jīng)蒸發(fā)濃縮、過(guò)濾，得季銨化丙烯酰胺單體。
　　2.4.2 聚丙烯酰胺的陽(yáng)離子衍生物
　　這類產(chǎn)品多是由丙烯酰胺與陽(yáng)離子單體共聚合得到的。
　　2.5 兩性聚丙烯酰胺聚合物
　　以部分水解聚丙烯酰胺加入適量甲醛和二甲胺，通過(guò)曼尼茲反應(yīng)合成出具有羧基和胺甲基的兩性型聚丙烯酰胺絮凝劑。
　　2.6 丙烯酰胺接枝共聚物
　　因?yàn)榈矸蹆r(jià)廉來(lái)源豐富，其本身也是高分子化合物，它具有親水的剛性鏈，以這種剛性鏈為骨架，接上柔性的聚丙烯酰胺支鏈，這種剛?cè)嵯酀?jì)的網(wǎng)狀大分子除了保持原聚丙烯酰胺的功能之外，還具有某些更為優(yōu)異的性能。
　　由于大多數(shù)有機(jī)高分子絮凝劑本身或其水解、降解產(chǎn)物有毒，且合成用丙烯酰胺單體有毒，能麻醉人的中樞神經(jīng)，應(yīng)用領(lǐng)域受到一定限制，迫使絮凝劑向廉價(jià)實(shí)用、無(wú)毒高效的方向發(fā)展。

微生物絮凝劑

　　3.1 微生物絮凝劑概述
　　國(guó)外微生物絮凝劑的商業(yè)化生產(chǎn)始于20世紀(jì)90年代，因不存在二次污染，使用方便，應(yīng)用前景誘人。如紅平紅球菌及由此制成的NOC-1是目前發(fā)現(xiàn)的最佳微生物絮凝劑，具有很強(qiáng)的絮凝活性，廣泛用于畜產(chǎn)廢水、膨化污泥、有色廢水的處理。我國(guó)微生物絮凝劑的制品尚未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。
　　微生物絮凝劑主要包括利用微生物細(xì)胞壁提取物的絮凝劑，利用微生物細(xì)胞壁代謝產(chǎn)物的絮凝劑、直接利用微生物細(xì)胞的絮凝劑和克隆技術(shù)所獲得的絮凝劑。微生物產(chǎn)生的絮凝劑物質(zhì)為糖蛋白、粘多糖、蛋白質(zhì)、纖維素、DNA等高分子化合物，相對(duì)分子質(zhì)量在105以上。
　　微生物絮凝劑是利用生物技術(shù)，從微生物體或其分泌物提取、純化而獲得的一種安全、高效，且能自然降解的新型水處理劑。由于微生物絮凝劑可以克服無(wú)機(jī)高分子和合成有機(jī)高分子絮凝劑本身固有的缺陷，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)污染排放，因此微生物絮凝劑的研究正成為當(dāng)今世界絮凝劑方面研究的重要課題。
　　3.2 微生物絮凝劑的種類和性質(zhì)
　　微生物絮凝劑的研究者早就發(fā)現(xiàn)，一些微生物如酵母、細(xì)菌等有細(xì)胞絮凝現(xiàn)象，但一直未對(duì)其產(chǎn)生重視，僅是作為細(xì)胞富集的一種方法。近十幾年來(lái)，細(xì)胞絮凝技術(shù)才作為一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的生物產(chǎn)品分離技術(shù)在連續(xù)發(fā)酵及產(chǎn)品分離中得到廣泛的應(yīng)用。微生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生的具有絮凝功能的高分子有機(jī)物。主要有糖蛋白、粘多糖、纖維素和核酸等。從其來(lái)源看，也屬于天然有機(jī)高分子絮凝劑，因此它具有天然有機(jī)高分子絮凝劑的一切優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，微生物絮凝劑的研究工作已由提純、改性進(jìn)入到利用生物技術(shù)培育、篩選優(yōu)良的菌種，以較低的成本獲得高效的絮凝劑的研究，因此其研究范圍已超越了傳統(tǒng)的天然有機(jī)高分子絮凝劑的研究范疇。具有分泌絮凝劑能力的微生物稱為絮凝劑產(chǎn)生菌。最早的絮凝劑產(chǎn)生菌是Butterfield從活性污泥中篩選得到。1976年，Nakamura j.等人從霉菌、細(xì)菌、放線菌、酵母菌等菌種中，篩選出19種具有絮凝能力的微生物，其中以醬油曲霉(Aspergillus souae)AJ7002產(chǎn)生的絮凝劑效果最好。1985年，Takagi H等人研究了擬青霉素(Paecilomyces sp.l-1)微生物產(chǎn)生的絮凝劑PF101。PF101對(duì)枯草桿菌、大腸桿菌、啤灑酵母、血紅細(xì)胞、活性污泥、纖維素粉、活性炭、硅藻土、氧化鋁等有良好的絮凝效果。1986年，Kurane等人利用紅平紅球菌 (Rhodococcuserythropolis)研制成功息生物絮凝劑NOC-1，對(duì)大腸桿菌、酵母、泥漿水、河水、粉煤灰水、活性碳粉水、膨脹污泥、紙漿廢水等均有極好的絮凝和脫色效果，是目前發(fā)現(xiàn)的最好的微生物絮凝劑。
　　絮凝劑的分子質(zhì)量、分子結(jié)構(gòu)與形狀及其所帶基團(tuán)對(duì)絮凝劑的活性都有影響。一般來(lái)講，分子量越大，絮凝活性越高；線性分子絮凝活性高，分子帶支鏈或交聯(lián)越多，絮凝性越差；絮凝劑產(chǎn)生菌處于培養(yǎng)后期，細(xì)胞表面蔬水性增強(qiáng)，產(chǎn)生的絮凝劑活性也越高。處理水體中膠體離子的表面結(jié)構(gòu)與電荷對(duì)絮凝效果也有影響。一些報(bào)道指出，水體中的陽(yáng)離子，特別是Ca2+、Mg2+的存在能有效降低膠體表面負(fù)電荷，促進(jìn)“架橋”形成。另外，高濃度Ca2+的存在還能保護(hù)絮凝劑不受降解酶的作用。微生物絮凝劑絮凝范圍廣、絮凝活性高，而且作用條件粗放，大多不受離子強(qiáng)度、pH值及溫度的影響，因此可以廣泛應(yīng)用于污水和工業(yè)廢水處理中。微生物絮凝劑高效、安全、不污染環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)藥、食品加工、生物產(chǎn)品分離等領(lǐng)域也有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。
　　3.3微生物絮凝劑的應(yīng)用
　　3.3.1 城市污水
　　用從城市生活污水中分離出的具有絮凝、降解作用的高效混合菌群對(duì)生活污水進(jìn)行處理，可使污水 COD 和 BOD 的去
　　除率達(dá)到 100 %1[0。]
　　3.3.2 建材廢水
　　含有高懸浮物的建筑材料加工廢水也是較難處理的一類廢水，例如陶瓷廠廢水，主要包括胚體廢水和釉藥廢水兩種，
　　前者主要含有較多的黏土顆粒，后者除含黏土顆粒外，還有相當(dāng)數(shù)量釉藥。當(dāng)添加 NOC-1 后 5 min，胚體廢水的濁度從原來(lái)1.4 降低到 0.043；釉藥廢水的濁度從 17.2 下降到 0.35；濁度去除率分別為 96.6 %和 97.9 %，可得到幾乎透明的上清液1[2。]用紅平紅球菌產(chǎn)生的絮凝劑處理瓦廠廢水，處理后的上清液幾乎是透明的[13。]
　　3.3.3 其他應(yīng)用
　　由于微生物絮凝劑具有安全、無(wú)毒的特性，逐漸在食品廢水處理中被采用 ，并達(dá)到了滿意的效果。此外，微生物絮凝
　　劑還可廣泛應(yīng)用于城市污水、醫(yī)院污水、石化廢水、造紙廢液、制藥廢水等多方面的處理過(guò)程中。
　　結(jié)語(yǔ)
　　綜上所述，從低分子到高分子、由無(wú)機(jī)到有機(jī)及微生物、由單一型到復(fù)合型是絮凝劑的發(fā)展走向。追求高效、廉價(jià)、環(huán)
　　保是絮凝劑研制的目標(biāo)，有針對(duì)性地開(kāi)發(fā)無(wú)毒或低毒高效絮凝劑，使其在飲用水及其他與人體活動(dòng)有關(guān)的用水處理中生物毒
　　性及殘留量不再造成 2 次污染，是今后絮凝劑研究發(fā)展的一個(gè)重要方向。其次對(duì)絮凝效果加強(qiáng)定量的研究，降低生產(chǎn)成本是開(kāi)發(fā)新型絮凝劑的當(dāng)務(wù)之急。在理論和實(shí)踐的雙重驅(qū)動(dòng)下，安全、無(wú)毒、高效的微生物絮凝劑大有取代傳統(tǒng)絮凝劑的趨勢(shì)，
　　無(wú)機(jī)和有機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑也因綜合了無(wú)機(jī)和有機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的開(kāi)展，已經(jīng)成為目前絮凝劑研究的熱點(diǎn)。

絮凝劑工作原理

　　絮凝沉淀法是選用無(wú)機(jī)絮凝劑（如硫酸鋁）和有機(jī)陰離子型絮凝劑聚丙烯酰銨（PAM）配制成水溶液加入廢水中，便會(huì)產(chǎn)生壓縮雙電層，使廢水中的懸浮微粒失去穩(wěn)定性，膠粒物相互凝聚使微粒增大，形成絮凝體、礬花。絮凝體長(zhǎng)大到一定體積后即在重力作用下脫離水相沉淀，從而去除廢水中的大量懸浮物，從而達(dá)到水處理的效果。為提高分離效果，可適時(shí)、適量加入助凝劑。處理后的污水在色度、含鉻、懸浮物含量等方面基本上可達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，可以外排或用作人工注水采油的回注水。

結(jié) 語(yǔ)

　　縱觀絮凝劑的現(xiàn)狀可以看出，絮凝劑的品種繁多，從低分子到高分子，從單一型到復(fù)合型，總的趨勢(shì)是向廉價(jià)實(shí)用、無(wú)毒高效的方向發(fā)展。無(wú)機(jī)絮凝劑價(jià)格便宜，但對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境會(huì)產(chǎn)生不利影響；有機(jī)高分子絮凝劑雖然用量少，浮渣產(chǎn)量少，絮凝能力強(qiáng)，絮體容易分離，除油及除懸浮物效果好，但這類高聚物的殘余單體具有“三致”效應(yīng)(致崎、致癌、致突變)，因而使其應(yīng)用范圍受到限制；微生物絮凝劑因不存在二次污染，使用方便，應(yīng)用前景誘人。微生物絮凝劑將可能在未來(lái)取代或部分取代傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)高分子和合成有機(jī)高分子絮凝劑。微生物絮凝劑的研制和應(yīng)用方興未艾，其特性和優(yōu)勢(shì)為水處理技術(shù)的發(fā)展展示了一個(gè)廣闊的前景。