絮凝劑（flocculant）是能夠吸附水中的溶質(zhì)、膠體或懸浮顆粒，使其聚集形成較大的絮狀物或絮狀沉淀物的水處理藥劑。根據(jù)化學(xué)成分的不同，絮凝劑的種類(lèi)可分為無(wú)機(jī)化合物、有機(jī)和微生物絮凝劑。無(wú)機(jī)絮凝劑主要有鐵系和鋁系兩大類(lèi) ，按照分子量大小又可分為低分子體系和有機(jī)高分子化合物體系兩類(lèi)。有機(jī)絮凝劑可分為人工合成高分子絮凝劑和天然高分子絮凝劑。微生物絮凝劑是一種由微生物或其分泌物產(chǎn)生的具有絮凝活性的特殊代謝產(chǎn)物，主要有三類(lèi)。同一物質(zhì)可因用量不同，起絮凝作用或者起反絮凝劑作用，也就是說(shuō)既可作絮凝劑亦可作反絮凝劑。
絮凝過(guò)程的作用機(jī)理主要包括雙電層壓縮理論、吸附電中和作用、沉淀網(wǎng)捕作用和吸附架橋作用。絮凝過(guò)程的作用機(jī)理在水處理過(guò)程中并不是單獨(dú)孤立的， 往往是同時(shí)并存且相互影響的，在一定情況下以某種作用機(jī)理為主。絮凝過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，除了絮凝劑本身的種類(lèi)、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和投加量影響絮凝作用外，溶液的溫度、pH值、攪拌強(qiáng)度和時(shí)間都對(duì)絮凝效果產(chǎn)生影響。
絮凝劑因自身絮凝能力可廣泛用于印染廢水、含油廢水等各種不同類(lèi)型的工業(yè)廢水。另外，絮凝劑可用于藥用水的預(yù)處理、超細(xì)微藥物制備的分散劑等藥用輔料。但是，傳統(tǒng)的絮凝劑如鋁鹽、鐵鹽等會(huì)對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生危害。
分類(lèi)
無(wú)機(jī)絮凝劑
按照金屬鹽的分類(lèi)，無(wú)機(jī)絮凝劑主要分為鐵系和鋁系兩大類(lèi) ，并可根據(jù)分子大小又可分為低分子體系和有機(jī)高分子化合物體系兩類(lèi)。鐵系無(wú)機(jī)化合物低分子絮凝劑主要包括FeCl3、Fe2(SO4)3；鋁系無(wú)機(jī)低分子絮凝劑則包括AlCl3、Al2(SO4)3等。無(wú)機(jī)聚合物絮凝劑是由普通的無(wú)機(jī)鐵鹽和鋁鹽與聚合劑反應(yīng)而成的高分子配位化合物，如聚合硫酸鋁、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵等。
有機(jī)絮凝劑
根據(jù)化學(xué)成分的不同，有機(jī)高分子絮凝劑可分為兩大類(lèi)：人工合成高分子絮凝劑和天然高分子絮凝劑。前者多為水溶性的聚合物，按其所帶的電荷不同，又可分為陽(yáng)離子型、陰離子型、非離子型和兩性絮凝劑。陽(yáng)離子型有機(jī)絮凝劑是帶正電荷的聚合物，包括PAM（Polyacrylamide，PAM）及其衍生物等；聚丙烯酸鈉、丙烯酰胺與丙烯酸鈉共聚物、聚苯乙烯磺酸鈉等都屬于陰離子型有機(jī)有機(jī)高分子化合物絮凝劑。非離子型有機(jī)高分子絮凝劑包括非離子型PAM、聚乙烯醇、PEO等；兩性高分子絮凝劑同時(shí)具有陽(yáng)離子和陰離子功能的基團(tuán)，常見(jiàn)有PAM類(lèi)兩性高分子絮凝劑。
天然高分子絮凝劑分為糖類(lèi)類(lèi)和甲殼質(zhì)類(lèi)兩大類(lèi)。前者在植物中常見(jiàn)，包括淀粉、纖維素、木質(zhì)素、單寧等。甲殼素是甲殼亞門(mén)和昆蟲(chóng)外骨骼的主要成分，將甲殼素脫乙酰化得到另一種綠色絮凝劑殼聚糖。
微生物絮凝劑
微生物絮凝劑（Microbial flocculants，MBF）是由微生物或其分泌物產(chǎn)生的具有絮凝活性的特殊代謝產(chǎn)物，主要成分由具有兩性多聚電解質(zhì)特性的糖蛋白、多糖、蛋白質(zhì)和脫氧核糖核酸等生物高分子化合物組成，可利用多種生物技術(shù)通過(guò)微生物的發(fā)酵、抽提和精制而得到，被稱(chēng)為第三代絮凝劑。
微生物絮凝劑主要分為三類(lèi)，一類(lèi)是將微生物細(xì)胞作為絮凝劑；二是以微生物細(xì)胞的代謝產(chǎn)物為絮凝劑，主要是細(xì)菌的莢膜和粘液質(zhì)，主要成分為多糖及少量的多肽、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)及其復(fù)合物；三是以微生物細(xì)胞壁的提取物為絮凝劑，例如藻類(lèi)和霉菌的細(xì)胞壁提取物等。
作用機(jī)制
雙電層壓縮機(jī)理
絮凝分離是一種處理水中膠體和懸浮顆粒的方法。絮凝劑中的有效成分會(huì)與水中的膠體顆粒表面上的異號(hào)電荷發(fā)生反應(yīng)，將其中和掉一部分電荷，膠體的雙電層就會(huì)受到壓縮，降低相互斥力，增強(qiáng)膠體顆粒之間的引力，促使他們聚集，膠體顆粒得以絮凝沉降。
吸附電中和作用
膠粒表面的電荷會(huì)與異號(hào)離子、異號(hào)膠粒或鏈狀有機(jī)高分子化合物帶異號(hào)電荷的部分進(jìn)行相互作用，形成吸附層。吸附層的生成減少了膠粒表面電荷的數(shù)量，減少了靜電斥力；同時(shí)膠粒之間也會(huì)發(fā)生相互作用，引起引力增加，形成穩(wěn)定的絮體，從而聚集、脫穩(wěn)并最終沉降下來(lái)。
吸附架橋作用
溶液中膠體和懸浮物顆粒在靜電引力、分子間作用力和氫鍵等力作用下，與有機(jī)或無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的活性部位進(jìn)行吸附作用，形成膠粒—絮凝劑—膠粒結(jié)構(gòu)的絮體，從而在溶液中沉淀下來(lái)。
沉淀網(wǎng)捕作用
水溶液中的鐵鹽或者鋁鹽會(huì)在水中形成帶有較高正電荷的水合金屬氫氧化物，這些氫氧化物會(huì)吸附捕獲帶負(fù)電荷的膠粒，從而形成絮狀沉淀沉積在水底。
影響因素
絮凝劑
絮凝劑的種類(lèi)、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)和投加量都是影響絮凝作用的重要因素。只有通過(guò)選擇合適的絮凝劑并調(diào)節(jié)投加量，才可以有效地從水體中去除懸浮物、膠體顆粒和溶解物，提高水質(zhì)凈化效果。在絮凝劑選型適宜的情況下，絮凝劑的相對(duì)分子質(zhì)量越高，吸附位點(diǎn)就越多，攜帶的電荷就越多，絮凝性能也就越好。另外，確保使用適當(dāng)?shù)耐都觿┝渴谦@得良好絮凝效果的關(guān)鍵。絮凝劑的最佳用量是固體顆粒表面吸附大分子化合物達(dá)到飽和時(shí)一半的吸附量。
溫度
過(guò)高和過(guò)低的水溫皆不利于絮凝作用，使用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的溫度。水溫低時(shí)，會(huì)降低絮狀物的的生成速度，會(huì)增大膠粒的運(yùn)動(dòng)阻力，會(huì)較少膠粒的碰撞機(jī)會(huì)，因此過(guò)低的水溫會(huì)影響絮凝效果。水溫過(guò)高時(shí)，水解速度過(guò)快，絮體大而輕，沉降速度慢，絮凝效果也會(huì)明顯下降。
pH值
溶液的pH值會(huì)影響膠體顆粒表面和絮凝劑鏈上的電性和電荷密度。一般情況下，在堿性和中性的環(huán)境下可選擇使用鋁鹽和鐵鹽等無(wú)機(jī)絮凝劑和陰離子型的有機(jī)有機(jī)高分子化合物絮凝劑；陽(yáng)離子型的有機(jī)高分子絮凝劑適合于酸性和中性的環(huán)境，；而非離子型的有機(jī)高分子絮凝劑適合于從酸性到堿性的環(huán)境下使用。
攪拌和時(shí)間
在絮凝劑的溶解階段，強(qiáng)烈攪拌可以增加溶解劑與絮凝劑的接觸面積，從而加速溶解過(guò)程和均勻分散。在絮體的成長(zhǎng)階段，需要緩慢攪拌。這是因?yàn)檫^(guò)快的攪拌可能會(huì)破壞已形成的較大絮體，使其碎裂并變小。結(jié)果，本來(lái)可以沉淀下來(lái)的顆粒可能被再次分散到溶液中，導(dǎo)致無(wú)法有效去除懸浮物。另外，攪拌時(shí)間也要保持適宜，不能過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短。
應(yīng)用
廢水處理
絮凝劑可用于處理印染廢水、含油廢水等各種不同類(lèi)型的工業(yè)廢水。由于印染廢水中含有大量懸浮物、纖維素等，導(dǎo)致印染廢水有機(jī)化合物含量多，成分復(fù)雜，且產(chǎn)量巨大，難以處理。微生物絮凝劑可與水中的懸浮物和色素分子結(jié)合，形成團(tuán)塊，達(dá)到除去懸浮物和脫色的目的。另外，這種方法對(duì)人體和環(huán)境都非常安全。含油廢水是指在采油、煉油等工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的含有油類(lèi)物質(zhì)的水體，含油廢水成分復(fù)雜，直接回注會(huì)造成地層堵塞和管線腐蝕，直接外排會(huì)造成環(huán)境污染，因此絮凝劑可用于含油廢水的處理。另外，絮凝劑也可以處理造紙廢水、洗滌廢水和生活廢水等各種廢水。
藥用輔料
絮凝劑可廣泛應(yīng)用于藥用輔料。鋁鹽等絮凝劑可與水中的固體雜質(zhì)和熱原發(fā)生反應(yīng)，使其在水中形成沉淀，進(jìn)而聚結(jié)、絮凝，故可用在藥用水的處理中。殼聚糖通過(guò)與中藥提取液中的雜質(zhì)蛋白質(zhì)、酸、果膠等大分子物質(zhì)發(fā)生吸附作用，使其沉淀和分離，有效幫助中藥藥液進(jìn)行提純和精制。另外，絮凝劑也可用于處理藥廠的污水污泥、吸附重金屬離子、分散混懸液等。
食品領(lǐng)域
絮凝劑可用于食品領(lǐng)域。殼聚糖既能和酸以及多酚類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，有助于調(diào)節(jié)食品的酸堿度和穩(wěn)定性；又能吸附微粒雜質(zhì)并形成絮團(tuán)，澄清液體食品，且對(duì)食品的營(yíng)養(yǎng)成分和風(fēng)味沒(méi)有影響，所以可以放心使用。殼聚糖也可制成薄膜，抑制多種食物中的有毒細(xì)菌和真菌，且有保鮮效果，故可作為一 種新型綠色包裝膜。除此之外，微生物絮凝劑在發(fā)酵制品生產(chǎn)過(guò)程中起到重要的固液分離和去除殘余菌體的作用。
存在問(wèn)題
無(wú)機(jī)絮凝劑主要是鋁鹽和鐵鹽化合物，過(guò)量使用兩者，會(huì)在活性污泥中造成金屬的積累，進(jìn)而增加后續(xù)處理的難度。鋁鹽絮凝法產(chǎn)生的污泥對(duì)土壤和人體都有一定的影響。鋁是土壤中的常見(jiàn)元素，但當(dāng)鋁含量升高時(shí)，植物會(huì)吸收過(guò)多，從而影響其正常生長(zhǎng)，甚至死亡；同時(shí)通過(guò)進(jìn)食這些農(nóng)作物，鋁進(jìn)入人體，亦會(huì)影響到人體的健康，會(huì)導(dǎo)致早老性癡呆、骨軟化癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、小細(xì)胞性貧血等疾病的發(fā)生。鐵鹽對(duì)金屬有較強(qiáng)的腐蝕作用 ，如果管道或設(shè)備內(nèi)部是由金屬構(gòu)成，使用含鐵鹽的絮凝劑會(huì)腐蝕設(shè)備。鐵鹽也可使處理水中帶有顏色，對(duì)后續(xù)去除顏色增加難度，且高濃度的鐵對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境都有不利影響。
有機(jī)有機(jī)高分子化合物類(lèi)絮凝劑聚丙烯酰胺雖本身無(wú)毒，但其水解產(chǎn)物單體丙烯胺具有強(qiáng)烈的神經(jīng)毒性和強(qiáng)烈的致癌性，在使用過(guò)程中不僅對(duì)家畜和人會(huì)產(chǎn)生致突變、致癌、致畸效應(yīng)，而且易導(dǎo)致環(huán)境二次污染。美國(guó)和英國(guó)對(duì)于聚丙烯酰胺的使用作出了限制和監(jiān)管。在美國(guó)，對(duì)于聚丙烯酰胺Separun Nplo，最大允許濃度為1mg/dm3；在英國(guó)，聚丙烯酰胺的投加量平均不得超過(guò)0.5m/dm3，最大投加量不得超過(guò)1mg/dm3，此類(lèi)規(guī)定限制了此類(lèi)絮凝劑的應(yīng)用。
參考資料 >