水处理絮凝剂的研究与发展趋势
絮凝沉淀法因其工艺简单、效率高、费用较低等优点而广泛应用于活水治理。絮凝剂性质直接影响絮凝效果的好坏。随着科学技术的发展，絮凝剂的种类也日益增多，絮凝剂逐渐从单一化向多样化转变，研制开发新型高效的絮凝剂是实现絮凝过程优化的核心技术。
1絮凝剂的分类
根据絮凝剂的成分以及制备方法的不同可将其大致分为无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂、微生物絮凝剂3大类。
1．1无机絮凝剂
无机絮凝剂的应用历史悠久，广泛的用于水的净化处理和污水的脱泥处理。无机絮凝剂按相对分子质量分为无机低分子絮凝剂和无机高分子絮凝剂。无机低分子絮凝剂按金属盐的种类可分为铝盐系和铁盐系，包括硫酸铝、氯化铝、硫酸铁、氯化铁等。其中硫酸铝是最早由美国开发的，并一直沿用至今。常用的铝盐有硫酸铝和明矾；常用的铁盐有三氯化铁水合物、硫酸亚铁水合物和硫酸铁。无机絮凝剂的优点是用法简单，但用量大、絮凝效果低，而且存在成本高、腐蚀性强的缺点。
20世纪60年代，在传统的铁盐、铝盐基础上发展了无机高分子絮凝剂，具有絮凝能力强、絮凝效果好、价格低廉等特点，已逐步成为絮凝药剂的主流。在日本、俄罗斯、西欧和中国都已具有了相当规模的无机高分子絮凝剂的生产和应用，其生产已占絮凝剂总产量的30%一60%。虽然无机高分子絮凝剂对处理各种复杂成分的水适用性强，可以有效去除细微悬浮颗粒，但生成的絮体不如有机高分子絮凝剂生成的絮体大，且单独使用无机絮凝剂的投药量大。
1．2有机高分子絮凝剂
与无机絮凝剂相比，有机高分子絮凝剂的结构多样、活性基团多、相对分子质量高，具有用量少、浮渣产量少、絮凝能力强、絮体容易分离、除油及除悬浮物效果好等特点，在处理炼油废水、工业废水、高悬浮物废水及固液分离中有着广泛的用途。有机高分子絮凝剂可分为合成有机高分子絮凝剂和天然高分子絮凝剂引。
1．3微生物絮凝剂
微生物絮凝剂是上世纪8O年代后期研究开发的第3类絮凝剂J引，是一类由微生物产生的具有絮凝剂活性的代谢产物，主要有糖蛋白、多糖、蛋白质、纤维素和DNA以及有絮凝剂活性的菌体等。该絮凝剂是利用生物技术，通过微生物发酵、抽取、精制而得到的一种新型、高效、廉价的水处理剂，是一种无毒的生物高分子化合物。生物絮凝剂的开发始于上世纪70年代末。1976年，日本学者在研究酞酸生物降解过程中发现了具有絮凝作用的微生物培养液。上世纪8O年代后期，制成了名为NOC一1的第一种生物絮凝剂，它是目前发现的最佳生物絮凝剂，具有很强的絮凝活性，广泛应用于畜产废水、膨化污泥、瓦厂废水、有机废水的处理。我国南开大学的庄源益等在这方面做了不少研究，开发的NAT型生物絮凝剂可直接处理黑染料生产废水，脱色率达60%。
目前一般认为，生物高分子絮凝剂主要通过桥架作用和电中和作用，使颗粒和细胞聚合，其它的絮凝作用机理如网捕作用、粒质说等可解释部分絮凝现象。实际上，絮凝是一个复杂的过程，絮凝剂的种类和浓度、分子构型、相对分子质量大小、胶体表面性质、pH值等因素均能影响其絮凝性能。微生物絮凝剂具有絮凝范围广、絮凝活性高、安全、无害、无污染、脱色效果独特等特点，加上絮凝剂产生菌的种类多、生长快、易于实现工业化，微生物絮凝剂的研究正成为当今世界絮凝剂方面研究的重要课题。
2新型絮凝剂的发展及研究现状
近年来，随着合成技术的发展和工业应用的需要，越来越多的新型结构聚合物絮凝剂得到开发与应用，如聚合物有机微粒絮凝剂、树枝状聚合物絮凝剂和梳型聚合物絮凝剂等。梳形聚合物是一种特殊的接枝聚合物，它由一条聚合物主链和多条与之通过共价键相连的支链组成。梳形聚合物与一般的接枝聚合物在精细结构方面的区别为：梳形聚合物分子中所有侧链等长；梳形聚合物的接枝密度远高于一般的接枝聚合物。
通过对絮凝剂絮凝机理的研究可知，聚合物相对分子质量是架桥絮凝的关键因素，其他的因素，如聚合物的电荷密度、颗粒表面的电荷密度和系统的离子强度也很重要。相对分子质量越高，链越长，在颗粒间架桥形成絮凝物的能力就越强。而聚合物电荷密度是聚合物分子向颗粒表面扩散、吸附的主要驱动力，电荷密度越高，对细小颗粒的静电吸附点就越多，导致聚合物与颗粒间的强烈吸附。同时，聚合物电荷密度越高，分子链上带电基团之间的静电排斥力越大，使聚合物分子链在溶液中呈更舒展的构型，有利于细小颗粒表面聚合物分子形成的环或链的扩展。但也应注意，聚合物的电荷密度过高，将加快聚合物的重构速度，并使聚合物呈平坦的吸附构型，对架桥絮凝将产生不利的影响。
现比较两种结构絮凝剂，一种是常用线性无规的阳离子共聚物，另一种为梳形结构接枝聚合物，其支链梳齿是阳离子低聚物，其结构见图1。
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由图l可以看出，无规阳离子共聚物的电荷随机分布在分子链上，局部的电荷密度较低，而梳型结构阳离子絮凝剂的电荷集中分布在梳齿上，局部电荷密度较高。
图2是随机线性结构与接枝结构阳离子絮凝剂絮凝示意图。从图2可以看出，对于无规则阳离子共聚物，位于“架桥”部分的阳离子基团并没有很好地和悬浮颗粒表面起到静电中和作用，而是被“浪费”掉。如果把聚合物设计含有阳离子聚合物为支链的梳型聚合物，沿着主链分布着一些阳离子低聚物的“梳齿”，这样的结构就可以解决上述线性共聚物絮凝剂的缺点。由于“梳齿”阳离子低聚物的电荷密度高，使得梳型聚合物极易吸附到颗粒表面，而主链则形成良好的“架桥作用”。这种结构不仅充分利用了阳离子电荷，且起到很好的“架桥絮凝”效果。
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近年来，对于接枝共聚的方法屡有新研究成果发表，并在此基础上研制了一系列新型的高性能梳形接枝共聚物絮凝剂。接枝梳形共聚物絮凝剂的研究日益引起人们的重视。XiaoH和Gibbs等制备了以PAM为骨架，支链含有PEO(聚氧化乙烯)结构的梳型聚合物。LiD等通过对带有丙烯酸(AA)结构单元的PAM(丙烯酸单元的引入可以通过PAM部分水解，或AA与AM共聚而得到)进行功能化改性，使其AA转变成活性极高的丙烯酰氯结构(AC)，再和阳离子低聚物PEI偶合反应，成功制备了支链为PEI、主链为PAM的阳离子梳型聚合物。Zhu等采用印co辐照引发聚合方式，制备共聚物。GuL和ZhuS等采用用共混挤出工艺制备梳型聚合物但是存在出现凝胶的情形，只有在控制反应温度不要太高，而挤出速率和PDM．DAAC／PAM的质量比应在较高的情况下进行，这样可以减少凝胶的形成，制备出PDMDAAC含量较高的阳离子梳型聚合物。
近10几年来，国内外在水处理剂方面的研制和开发工作取得了很大的进展，絮凝剂品种繁多，从低分子到高分子、从无机到有机、从单一型到复合型是其发展走向，逐步形成系列化和多样化的产品。总的趋势是向廉价实用、环保、无毒高效的方向发展。
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