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摘要：根据无机高分子絮凝剂的类别，着重介绍了其中几种重要的具有代表性的絮凝剂的特点、 作用机理、 发展现状和应用，综述了无机高分子絮凝剂的研究进展状况，对无机高分子絮凝剂今后的发展前景及方向进行了展望。
关键词：无机高分子絮凝剂；水处理；研究进展
絮凝是废水处理中应用最广泛、 最经济、 最重要的方法[1]絮凝剂是絮凝法水处理技术的核心[2]然而待处理的废水往往是一种较复杂、稳定的分散体系，传统絮凝剂及无机高分子絮凝剂往往无法满足处理的需要，而复合无机高分子絮凝剂优势明显，如广谱、 低毒、 原料低廉、 处理效果好以及操作简单[3]我国对复合无机高分子絮凝剂的研究比较多，主要是在聚合氯化铝、 聚合硫酸铝、 聚合氯化铁、 聚合硫酸铁、聚硅酸等非复合型无机高分子絮凝剂制作过程中引入 Fe 3+ 、 Al 3+ 、 Ca 2+ 等阳离子或 Cl - 、 SO 4 2- 、 SiO 3 2-等阴离子的一种或几种，形成多种复合高分子絮凝剂。研究者通过改进絮凝剂的原料来源、 生产工艺、操作条件等提高其使用效果，本文就近几年国内外研究者对复合无机高分子絮凝剂制备工艺的改进及在水处理应用的研究进展方面进行论述。
1 、无机高分子絮凝剂概述
无机高分子絮凝剂（Inorgani c Pol ym erFl occul ant简写 IPF）是 20 世纪 60 年代后期才发展起来的一类新型废水处理剂。与传统絮凝剂相比，它能成倍的提高效能，且价格较低，因而有逐步成为主流药剂的趋势。目前日本、俄罗斯、西欧及我国生产此类絮凝剂已达到工业化、规模化和流程自动化的程度。由于无机高分子絮凝剂（IPF）比传统絮凝剂具有适应性强、无毒、可成倍提高效能且相对价廉等优点，而比有机高分子絮凝剂（O PF）价格低廉，另有投加量少、矾花大、除 CO D 、色度及悬浮物性能好等优点，因而近年已得到广泛重视，被称为第二代无机絮凝剂。无机高分子絮凝剂（IPF）的生产已占絮凝剂总产量的 30% ～60%。
2 、无机高分子絮凝剂（IPF）的分类
2.1 铝（铁）聚合絮凝剂
这类无机聚合物絮凝剂主要是铝盐和铁盐的聚合物。如聚合氯化铝（PA C）、聚合硫酸铝（PA S）、聚合氯化铁（PFC）以及聚合硫酸铁（PFS）等。铝（铁）系聚合絮凝剂之所以比其它无机絮凝剂效果好，其根本原因在于它能提供大量的络合离子，且能够强烈吸附胶体微粒，通过吸附、桥架、交联作用，从而使胶体凝聚。同时还发生物理化学变化，中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷，降低了δ电位，使胶体微粒由原来的相斥变为相吸，破坏了胶团稳定性，使胶体微粒相互碰撞，从而形成絮状混凝沉淀，沉淀的表面积可达（200～1000）m2 /g，极具吸附能力。聚合氯化铝（PA C）是铝系聚合絮凝剂的典型代表，它一种当前国际通用的新型、高效无机高分子絮凝剂，化学通式为[A l2（O H）n Cl 6-n]m，主要通过压缩双层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水中细微悬浮粒子和胶体粒子脱稳、聚集、絮凝、混凝、沉淀达到净化处理效果。生产聚合氯化铝（PA C）所采用的原料较多，常用的有：（1）单质铝（如铝锭、铝、铝灰等）；（2）含铝矿物（如高岭土、铝土矿、煤矸石等）；（3）含钝铝化合物（如氢氧化铝、氯化铝等）。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆按生产工艺可分为酸法、碱法、中和法、热解法、加压反应法、混凝胶法、电渗析法、电解法等。固体产品是液体产品经喷雾干燥或滚筒干燥到的。喷雾干燥是比较理想的干燥式，适于大规模生产，而生产规模小的企业采用滚筒干燥也是可行的。制备聚合氯化铝的其中一种方法，所采用的原料包括二种，一种水洗生产过程中排放的含铝废液，另一种为高铝水泥；把两种原料分别加入反应器中，使之混合并搅拌，对其加热，使两种原料在常压、45～80 摄氏度、时间为 1.5～-2.5 小时条件下反应，然后在常压、45～75 摄氏度、时间为 3～5 小时的条件下聚合熟化，然后使反应器中的反应物固体与液体分离，液体即为聚合氯化铝溶液。
2.2 单阳离子聚合絮凝剂
这类絮凝剂是在聚铝或聚铁阳离子型无机高分子絮凝剂中引入硅酸、SO42 － 、PO43- 等阴离子或铝铁共聚所得的复合型絮凝剂，兼具铝、铁絮凝剂和阴离子型絮凝剂的优良性能，具有碱化度高、聚合度大、矾花密度大等优点，同时克服了各自的缺点，在近年来得到了迅速发展。单阳离子聚合絮凝剂主要包括聚合氯化铝铁（PA FC）、聚合硫酸铝铁（PA FS）、聚合硅酸硫酸铝（PA SS）、聚硫氯化铝（PA CS）、聚磷酸氯化铝（PPA C）、聚硅氯化铝（PA SC）、聚硅硫酸铁（PSFS）、聚合氯化硫酸铁（PFCS）、聚合磷硫酸铁（PFPS）等。何丽莉等以 Al2 O 3 和 CaCO 3 为原料用焙烧酸溶制备工艺合成新型高效的聚合氯化铝钙（PA C C），研究结果表明，提高焙烧温度，原料配比为（A l 2 O3）70％，酸溶时间为3h，酸用量为（20g原料）70m L 时有利于新型絮凝剂制备合成反应。
2.3多阳离子无机聚合絮凝剂
它是含有聚铝、聚铁及氯根和硫酸根多核配位的复合性无机高分子絮凝剂。多种金属离子（铝、铁离子等）的参与聚合，可使多元聚合物除具有单元无机高分子絮凝剂量的共同优点外，因异核金属离子的交错排列，能形成更长、更稳定的分子链，包裹吸附更多的溶胶粒子，即桥长、单元多、絮体大而稳定，同时兼具卷扫絮凝作用。多种离子复合型主要有聚合硫酸氯化铝铁（PA FC S）、聚合硫基硅酸铝铁（PA FSSC）、硅钙复合型聚合氯化铝铁（SC PA FC）、钙型聚合氯化铝硅（SC PA C）等。钙型聚合氯化铝硅（SC PA C）复合絮凝剂及其制备方法：在< 100℃、常压、搅拌条件下，将碳酸钙固体粉末或其悬浊液分批加入到液体聚合氯化铝中，然后与聚合硅酸复合，得到稳定的产品；或者先将聚合氯化铝与聚合硅酸复合，再用碳酸钙调高碱化度进行制备。
2.4 硼泥复合型絮凝剂
它是一种含有镁、铁、铝、硅、硼、钙等无机高分子的水溶性絮凝剂。硼泥的主要成分为含镁、铝、铁、硅、硼、钙的混合物，不含有对人体有毒的化学成分，还可以作为废水处理剂的原料加以利用。硼泥复合絮凝剂的絮凝机理是压缩双电层、吸附电中和、吸附和桥架、沉淀网捕等作用。据资料介绍，现已投入批量生产的 Y J-1807# 复合型废水处理剂，就是以硼泥和酸洗废液为原料合成的絮凝剂。
3、改变操作条件提高无机高分子复合混凝剂絮凝效率
有资料表明絮凝剂的使用效果不仅取决于絮凝剂本身的性质，而且合理的使用和操作条件也不可忽视，如水的有机物含量[31]、 pH、 盐度、 搅拌方式、 预处理[32]等。同时微生物的作用也不可忽视，Takaara等人[33]发现微生物胞外蛋白质会对聚合氯化铝的絮凝产生抑制作用。唐世娟[34]等在聚合硅酸中同时引入铁、 镁或铁、钙 2 种金属离子，制成复合型聚合硅酸絮凝剂；研究了其除浊、除磷的最佳絮凝条件，包括絮凝剂投加量、 水样 pH 值对浊度和磷去除率的影响；采用喹啉重量法测定了各种絮凝剂形成的絮体中磷的含量。结果表明，当铁与磷的摩尔比为 2.5～3.0，pH 为7.0～8.5 时，对浊度和磷的去除率最高，均达 90%以上，聚合硅酸镁铁（PSAMF）絮凝剂适合用于磷回收。在 pH 7.0～10.0 范围，PSAMF 复合絮凝剂对浊度的去除率升至 99%以上，但聚铁硅絮凝剂稳定性差，放置时间长即会产生沉淀而分层，丧失絮凝能力，这也是限制聚铁硅絮凝剂大规模生产应用的一个关键问题。林亲铁等[35]研究了 Fenton-PSAFB 混凝法处理城市生活垃圾压滤液的最优反应条件和处理效果。 垃圾压滤液经最优反应条件的 Fenton-PSAFB 处理后，浊度去除率达到 95.2%，COD 去除率达到 84.2%，BOD 5去除率达到 81.5%，从而改善其可生化性、 降低负荷，为后续生化处理的正常运行创造了良好条件。 尽管采用该工艺方法还不能使垃圾压滤液完全达标，但可显著降低压滤液中的 COD、 SS 等污染物质，改善其可生化性、 降低负荷，为后续生化处理的正常运行创造了良好条件；而且该工艺方法所需时间短，反应速度快，占地面积少，可以缓解城市中心垃圾压缩站压缩液就地处理占地面积大的矛盾。
4、结语
复合无机高分子絮凝剂的研究成果已经很多，进展也很快，但也存在着各种问题。 今后絮凝剂的发展趋势应主要集中在以下方面：（1）在使用复合无机高分子絮凝剂使用上，应加大最佳使用及操作条件的研究，改进絮凝剂的生产工艺、 提高其使用效果方面成果；（2）借鉴已取得的复合絮凝剂相关资料，改进絮凝剂的制备方法和优化复合絮凝剂原料的筛选。 将纳米技术应用于复合絮凝剂的制备、 纳米材料与无机、有机絮凝剂的复合体系絮凝性能优于常用的聚合物絮凝剂，国内应开展这方面的研究；（3）随着资源的不断开采和消耗可利用资源日益紧缺，充分利用工业生产的废弃物作为废水处理混凝剂或其原材料不但控制了环境污染，而且还节约了资源，创造了经济效益，对以废治废的研究也值得注意。
参考文献：
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[4]汤鸿霄． 羟基聚合氯化铝的混凝形态学[J]． 环境科学学报，1998，18（1）：1-191．
[5]李宗平，朱美蓉，李新．聚合氯化铝净水剂的除氟效果观察[J]．安徽预防医学杂志，1998，4（2）：165-166．
论文作者:吴锴,马惠琴
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/8/1
标签：絮凝剂论文; 无机论文; 高分子论文; 絮凝论文; 聚合氯化铝论文; 硅酸论文; 氯化铝论文; 《基层建设》2016年9期论文;