絮凝剂在污水处理和饮用水处理中具有重要的地位。文章首先从絮凝剂类型、絮凝效果等方面探讨了污水处理中絮凝剂的最新研究进展及应用热点，指出了当前相关研究中存在的问题；然后探讨了今后絮凝剂在污水处理中的应用方向和研究重点。希望文章能够为相关理论研究提供有益参考。

关键词：

       废水；絮凝剂；絮凝效果

        随着现代工业的不断发展，废水产生量与日俱增。废水中含有大量可溶和不可溶的污染物质，会造成严重的环境问题。为了缓解水污染问题，相关学者研发了众多污水处理方法，如混凝（絮凝）法、吸附法、膜过滤法、氧化（还原）法、生物法等。在这些方法中，絮凝法因其具有成本低、易操作的优势，从而在固液分离中得到广泛应用 。根据美国 BCC Research 2018年的调研报道，絮凝剂类产品的全球估值达到 60 亿美元，预计到 2023 年增长到 85 亿美元。

        混凝剂和絮凝剂（很多文献中这两个词无严格区分，后文中用絮凝剂替代）是水处理中经常使用的化学品，这些物质可以促进胶体颗粒的结块、絮凝沉降，从而达到固液分离的目的。絮凝剂的絮凝机理包括吸附架桥、电荷中和及卷扫作用（见图 1），通过这些作用，絮凝剂可以将悬浮的胶体粒子聚集，通过重力作用沉淀，从而达到固液分离的目的。絮凝剂具有很大的比表面积，可以将水体中的多种金属离子、颗粒物，乃至细菌、真菌、病毒等微生物吸附稳定下来 。

       对絮凝剂絮凝效果评价的主要指标包括污水的浊度、色度及对 COD 的去除效率。近些年，关于絮凝剂的研究越来越多样化，主要集中在以下方面：絮凝剂对污水中各种污染物质的去除能力、传统絮凝剂的复合使用、高分子絮凝剂的表面改性方法、新型环保无毒高效生物絮凝剂研发、絮凝剂再生利用等。

1  各类絮凝剂的研究进展及应用热点分析

1.1 无机絮凝剂

      无机絮凝剂由于价格低廉，在污水处理中已被广泛使用了几十年。经常使用的无机絮凝剂多为铝盐与铁盐，以及它们的聚合物，如硫酸铝、聚合氯化铝、氯化铁、聚合硫酸铁、聚硅酸铝铁等。BASKAN M B 等 以硫酸铝作为絮凝剂，研究其对自来水中砷的去除率。

        实验结果显示，在不同的初始砷浓度下，硫酸铝对其的最高去除率可达 91% ～ 100%。AZIMI S C 等 利用聚合氯化铝（PAC）处理木材工业废水，实验结果表明，PAC 对浊度的去除率达到 82.0%，对 COD 的去除率达到 84.1%。刘国记 [5] 研究了 FeCl3 对水中富油微藻的絮凝效果，当 FeCl3 浓度为 100 mg/L、絮凝时间为 5 min时，絮凝效率即可达到 96.7%。XING Z P 等 [6] 研究了聚合硫酸铁（PFS）处理难降解抗生素发酵废水的絮凝效果，实验表明，在 PFS 投加量为 200 mg/L、pH 值为 4.0的条件下，PFS 的脱色率为 66.6%，COD 的去除率为72.4%，效果最佳。聚硅酸铝铁是一种新型水溶性无机高分子电解质，其絮凝能力优越，被广泛应用于污水处理领域，对污水的浊度、色度、COD 均有良好的去除能力 。

        无机絮凝剂的絮凝效果主要取决于其用量，通常用量越高，絮凝效果越好。但是大量投加无机絮凝剂，会造成污泥中残存大量的金属盐，为后续处理带来困难。此外，无机絮凝剂对 pH 值高度敏感，对极细颗粒絮凝效率低，只适用于少数分散系统。处理水中的金属浓度增加，最终将影响人类健康。

1.2 合成有机絮凝剂

       由于大量无机絮凝剂会残留在废水或者污泥中，造成二次污染，危害人类健康。如铝盐等，是水处理中常用的絮凝剂。但是饮用水中高浓度的铝，会对人体健康产生十分不利的影响，使用铝盐净化饮用水饱受争议。因此，有学者将絮凝剂的选择转向合成新型有机絮凝剂。有机絮凝剂的絮凝效率高，用量小，因此备受青睐。其中，高分子聚合物絮凝剂水溶性好、用量小、电荷高，因此常被作为絮凝剂，特别适用于去除水中的重金属  和致浊物质 。例如，聚丙烯酰胺（PAM）是最常使用的一种高分子聚合物絮凝剂。姜智超等 以 PAM 为絮凝剂，去除钨铋选矿废水的COD，去除率达到 69.8%。王刚等 利用聚乙烯亚胺基黄原酸钠（PEX）去除水样的浊度，研究结果表明，PEX 分子量越大，去浊效果越好，且 PEX 对水体中的铬也有较高的捕集效率，还制备出了新型高分子聚合物巯基乙酰化羟甲基聚丙烯酰胺（MAMPAM），用来去除水样中的 Cu2+ 和腐殖酸。袁海飞 等利用二硫代羧基化羟甲基聚丙烯酰胺（DTMPAM）去除溶液中的Cu2+，单一体系中，水样 pH 值为 2.0 ～ 6.0 时，Cu2+的最高去除率达到 93.85% ～ 97.49%。实验结果表明，MAMPAM 对混合体系中的 Cu2+ 和腐殖酸均有良好的去除能力。

1.3 天然有机絮凝剂

        由于合成有机絮凝剂难以生物降解，其单体会残留于水中。例如，PAM 在水体中会缓慢降解为丙烯酰胺（AM）单体，AM 具有神经毒性，被认定为致癌物质，危害人体健康。天然高分子絮凝剂有望解决这一难题，生物絮凝被认为是更经济、环保、高效的絮凝方法。天然高分子絮凝剂在环境中丰度高，易获得，如微藻、微生物体等天然生物体中，以及生物提取物质，如淀粉、壳聚糖、海藻酸钠、纤维素、胍胶，均含有大量的天然高分子絮凝剂。SHEN N 等  利用微藻回收污水中的金，当生物量为 0.1 g·L-1、pH 值为2.0、25 ℃时，30 min 内可以获得最大吸附量。张秀红等  提取剩余污泥中的微生物，制成微生物絮凝剂，用来处理高岭土悬浮液，絮凝率可达 99.5%。郭育涛等 利用阳离子改性克雷伯氏菌处理校园污水，当投加量为 1.3 mL、pH 值为 4.6、温度为 60 ℃、沉降时间为 40 min 时，絮凝率达到 91.5%，且 COD 去除率为87.8%。热敏羟基丁基玉米淀粉和马铃薯淀粉用作油砂成熟细粒尾矿废水的絮凝剂，絮凝效果良好。YANG Z 等  利用一种新型壳聚糖絮凝剂处理废水中的抗生素化合物，对人工合成的废水和河水的去除率分别达到 71.7% ～ 84.7% 和 68.7% ～ 76.6%，去除率高于一些絮凝剂商品。陈腾飞等 [17] 利用改性木质素接枝聚合物处理造纸废水，对浊度和 COD（Cr）去除率分别达93.3% 和 65.6%。TONHATO J A 等 [18] 以植物单宁作为絮凝剂，当单宁浓度为 0.23 mL/L、pH 值为 4.9 时，对浊度和色度的去除率接近 99%，对 N-NH4+、N-NO2-、N-NO3、总磷、正磷酸盐、COD、BOD 和总固体的去除率分别为 80.8%、83.6%、56.9%、82.3%、76.2%、96.5%、69.4% 和 40.8%。MITTAL H 等 [19] 研究了胍胶的絮凝能力，结果表明，胍胶对 Cu2+ 和 Pb2+ 的去除能力分别为 84.74 mg/g 和 310.55 mg/g。

1.4 嫁接絮凝剂

        如今，无机絮凝剂在废水中的应用十分受限，因为过量使用，使得处理水污泥中残留大量的有毒金属氢氧化物，增加了水处理工作难度，导致环境问题加重，危害人类健康。此外，无机絮凝剂使用条件较苛刻，易受 pH 值和水温的影响。有机高分子絮凝剂因其简单易合成、絮凝效果好等优势，得到广泛应用。水溶性高分子絮凝剂使用方便，可以快速溶解于废水中，且不易受 pH 值的影响，但是其价格大约为传统化学絮凝剂的 10 倍，较高的价格限制了其大规模应用。天然生物絮凝剂易获得，天然安全，可生物降解，不会产生二次污染。但是天然高分子物质具有生物活性，难保存，并且需要大剂量才能达到较好的絮凝效果。为了解决这些问题，研究人员转向新一代的接枝方法，将传统絮凝剂嫁接到天然高分子上，取长补短，以增强絮凝效果。

        RANI G U 等  将聚甲基丙烯酸羟乙酯链接枝到琼脂的主链上，研究发现絮凝效果显著优于纯琼脂，可以显著降低废水中的污染物负荷。REN J 等 [21] 联合使用 FeCl3 和淀粉基絮凝剂去除废水中的磷，结果显示，可以去除河水中 90% 的总磷，浊度可降低 95%，相对于单一使用 FeCl3，可以节约一半的铁盐使用量，可使成本降低 1/3 左右。SUPROTIM D 等 [22] 将聚丙烯酰胺和聚 2- 甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵接枝到淀粉主链上，处理炼钢厂冶炼废水，絮凝效果良好。JAMSHIDI A 等 [23] 使用伊朗橡树提取物（主要成分为单宁）和 PAC 的复合絮凝剂去除水中的浊度，研究结果显示，去浊率达到 85%，高于单独使用提取物和 PAC 的去浊率（分别为 63.5% 和 66.5%）。MITTAL H 等 [19] 利用加蒂（Gg）胶接枝聚丙烯酰胺 - 共甲基丙烯酸（AAm-coMAA），制成水凝胶，对黏土悬浮液有良好的絮凝效果，对 Pb2+ 和 Cu2+ 的吸附率分别达到 94% 和 75%。

2   絮凝剂在污水处理中的应用方向

      絮凝剂的选择及絮凝效果的研究在水处理中一直占有重要的地位，今后关于絮凝剂的研究着力点为嫁接生物絮凝剂。但是目前，关于嫁接絮凝剂的研究多为实验室规模，罕见大规模应用。相关研究的主要问题如下：

   （1）接枝絮凝剂的分子量和电荷密度对絮凝效果的影响；

   （2）对特定污染物的去除能力，如悬浮物质、重金属、可溶性无机污染物等；

   （3）适用于特定工业废水的絮凝剂，如印染行业、制药行业、金属冶炼行业等；

   （4）降低合成成本。

3  结束语

      关于常规絮凝剂、生物絮凝剂和接枝絮凝剂在污水处理中的应用研究已较充分。大量实验表明，絮凝剂在消除或减少环境污染方面成效显著，在一些试验中，絮凝剂对 TSS、COD 和浊度的去除率超过 90%。

目前，已经研发出众多絮凝材料，并成功在实验室规模中应用于去除废水中的污染物质。但是，在去除悬浮及溶解性杂质、重金属、染料等方面，其性能有待优化。工业生产更加注重絮凝剂成本问题，因此在今后的研究中，应研究更加经济有效、耐受更宽的 pH 值范围、污染物去除种类更多的絮凝剂。

 

 

原标题：絮凝剂在水处理中的应用研究进展

原作者：高 丹  贾启华  时雅滨