隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水量的增加，工業(yè)廢水和生活污水量也隨之增長(zhǎng)。在工業(yè)廢水和生活污水的處理中，絮凝劑具有很重要的作用。它可以用來(lái)降低原水的濁度、色度等感官指標(biāo)，去除多種高分子有機(jī)物、某些重金屬和放射性物質(zhì)。同時(shí)，絮凝劑還經(jīng)常用于污泥脫水前的濃縮過(guò)程，以改善污泥的脫水性能。經(jīng)過(guò)絮凝劑無(wú)害處理后的水可以回用[1]。

1 絮凝劑的種類(lèi)

絮凝劑的主要作用機(jī)理是通過(guò)壓縮雙電層作用、吸附架橋作用及卷掃作用，使水中的膠體顆粒脫穩(wěn)，從而聚集、沉降[2]，達(dá)到絮凝的效果。絮凝劑按化學(xué)成分可以分為3類(lèi)：無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)高分子絮凝劑和復(fù)合型絮凝劑。

1.1 無(wú)機(jī)絮凝劑

無(wú)機(jī)絮凝劑主要經(jīng)歷了簡(jiǎn)單絮凝劑到無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的發(fā)展過(guò)程。無(wú)機(jī)絮凝劑主要有鋁鹽系和鐵鹽系兩大類(lèi)，現(xiàn)以鋁鹽系為例介紹無(wú)機(jī)絮凝劑的研究進(jìn)展。

1.1.1 傳統(tǒng)鋁鹽系絮凝劑。簡(jiǎn)單的鋁鹽系絮凝劑主要有氯化鋁和硫酸鋁。19世紀(jì)末，美國(guó)最先將簡(jiǎn)單鋁鹽應(yīng)用于水處理，之后世界上很多國(guó)家都開(kāi)始研究鋁鹽系絮凝劑的應(yīng)用。雖然鋁鹽應(yīng)用廣泛，但是鋁元素對(duì)人體具有一定的危害。當(dāng)鋁進(jìn)入人體后，會(huì)在機(jī)體中積蓄，并且參加生物化學(xué)反應(yīng)，將人體內(nèi)必需的營(yíng)養(yǎng)元素和微量元素置換流失，導(dǎo)致人體出現(xiàn)鋁性腦病、鋁性貧血等中毒病癥[2]。因此，人們開(kāi)始研究其他的絮凝劑來(lái)取代簡(jiǎn)單鋁鹽。由此，無(wú)機(jī)高分子絮凝劑應(yīng)運(yùn)而生。

1.1.2 無(wú)機(jī)高分子絮凝劑。常用鋁鹽系高分子絮凝劑是聚合氯化鋁（PAC），自20世紀(jì)60年代日本最先制備和應(yīng)用聚合氯化鋁以來(lái)，中國(guó)、俄國(guó)、西歐等世界各國(guó)也紛紛起步開(kāi)始研制無(wú)機(jī)高分子絮凝劑[3]。

無(wú)機(jī)高分子絮凝劑比傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)絮凝劑含有一種特殊的物質(zhì)多羥基絡(luò)離子，該離子具有吸附膠體微粒的效果，能夠起到聚集、沉淀水中膠體的作用。同時(shí)還發(fā)生物理化學(xué)作用，中和膠體微粒及懸浮物表面的電荷，降低了Zeta電位，使膠體粒子由原來(lái)的相斥變成相吸，破壞了膠團(tuán)的穩(wěn)定性，促使膠體微粒相互碰撞，從而形成絮狀沉淀[4]。

無(wú)論是傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)絮凝劑還是無(wú)機(jī)高分子絮凝劑，由于研究起步早，價(jià)格便宜，應(yīng)用也比較廣泛。但是，在無(wú)機(jī)絮凝劑中，鋁鹽系的鋁對(duì)人體有一定的危害[2]。采用鐵鹽系絮凝劑，與鋁鹽相比雖然對(duì)人體無(wú)害，但它的腐蝕能力強(qiáng)，對(duì)設(shè)備的要求高。而且，鐵鹽絮凝劑的Fe3+與水中腐殖質(zhì)等有機(jī)物可以形成水溶性的污染物，使自來(lái)水帶色[5]。因此，在選擇上具有局限性。

1.2 有機(jī)高分子絮凝劑

有機(jī)高分子絮凝劑主要有三大類(lèi)，分別為人工合成高分子絮凝劑、天然改性高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。

人工合成高分子絮凝劑主要有四大類(lèi)，其中具有代表性的一種是聚丙烯酰胺（PAM）。人工合成高分子絮凝劑具有產(chǎn)品性能穩(wěn)定， 容易根據(jù)需要控制合成分子量等特點(diǎn)。而且其分子量大，分子鏈官能團(tuán)多，絮凝效果好，在市場(chǎng)上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

天然改性高分子絮凝劑主要包括淀粉類(lèi)、殼聚糖類(lèi)、木質(zhì)素類(lèi)、植物膠類(lèi)、蛋白質(zhì)類(lèi)和藻類(lèi)等[6]。淀粉的化學(xué)性質(zhì)活潑，是含有多羥基類(lèi)的天然高分子化合物。通過(guò)對(duì)羥基的化學(xué)改性，其活性基團(tuán)大大的增加，有利于絮凝作用。而且自然界中淀粉的資源十分豐富，含量遠(yuǎn)超過(guò)其他的有機(jī)物。邱琳[7]以天然木薯為原料，用三乙胺與環(huán)氧氯丙烷共聚產(chǎn)物為陽(yáng)離子單體進(jìn)行改性，制得一種新型天然有機(jī)高分子改性絮凝劑。將制得的絮凝劑應(yīng)用于生活廢水、糖蜜酒精廢液等進(jìn)行處理效果研究。結(jié)果表明：該絮凝劑具有pH值適用范圍寬、絮凝效果好等特點(diǎn)；對(duì)糖蜜酒精廢液進(jìn)行脫色處理，當(dāng)絮凝劑投加量達(dá)600 mg/L時(shí)，脫色率達(dá)到最大值，為49.1%。羅 根等[8]利用殼聚糖與香草醛之間的希夫堿反應(yīng)，對(duì)殼聚糖的分子進(jìn)行修飾，增加其支鏈數(shù)目與長(zhǎng)度，制備出更為高效的天然高分子絮凝劑，并初步確定了反應(yīng)條件。比較試驗(yàn)表明：VCG比未改性的殼聚糖的絮凝效果更好，COD去除率更高，且投加量更低。王姣[9]利用仙人掌制備凝膠并設(shè)計(jì)了一系列絮凝性能試驗(yàn)方案。絮凝試驗(yàn)表明，仙人掌凝膠對(duì)高嶺土懸濁液體系有很好的絮凝性能，較佳投放量為1～6 mg/L，濁度去除率高達(dá)99.3%，與其他絮凝劑相比，用量較少，且其受無(wú)機(jī)鹽、溫度、pH值的影響小。綜合分析可以發(fā)現(xiàn)，天然改性高分子絮凝劑具有絮凝速度快、安全、無(wú)毒無(wú)害、不造成二次污染的特點(diǎn)。而且由于分子結(jié)構(gòu)多樣，分子內(nèi)的活性基團(tuán)多，可選擇性大，易于根據(jù)需要采用不同的制備方法進(jìn)行改性[7-8]。但是，由于其分子量較低、易生物降解從而失去絮凝活性等缺點(diǎn)，不宜在生產(chǎn)中大面積推廣[6]。

微生物絮凝劑（Microbial Flocculants，簡(jiǎn)稱(chēng)MBF）是某些種類(lèi)的微生物在特定培養(yǎng)條件下，其生長(zhǎng)代謝至一定階段產(chǎn)生的具有絮凝活性的代謝產(chǎn)物和菌體。微生物絮凝劑一般由多糖、蛋白質(zhì)、DNA纖維素、糖蛋白、聚氨基酸等生物高分子物質(zhì)構(gòu)成，分子中含有多種官能團(tuán)，能使水中膠體懸浮物凝聚、沉淀，且其自身具有可生化性，即能夠自行降解[10]。微生物絮凝劑具有絮凝效果好且不存在二次污染的特點(diǎn)。因?yàn)槠錈o(wú)毒無(wú)害，因此使用安全、方便、應(yīng)用條件粗放。同時(shí)，微生物絮凝劑的來(lái)源廣，能產(chǎn)生絮凝劑的微生物種類(lèi)多，生長(zhǎng)快，易于通過(guò)生物工程手段實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，價(jià)格低廉[11]。但由于我國(guó)在微生物絮凝劑的研究方面起步晚，研究水平較低，現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)大多數(shù)研究都是對(duì)微生物絮凝劑進(jìn)行篩選，對(duì)于絮凝菌基因的研究還比較薄弱[12]。因此離工業(yè)化生產(chǎn)和使用還有很大的距離，需要進(jìn)一步的研究。

1.3 復(fù)合型絮凝劑

復(fù)合型絮凝劑[2]是指由2種以上成分組成的絮凝劑，通常是由一種無(wú)機(jī)鹽類(lèi)和另一種成分組成。第2種化學(xué)成分可以是無(wú)機(jī)鹽類(lèi)，也可以是酸和有機(jī)聚合物，比例一般在20%以下。根據(jù)第2種化學(xué)成分的不同，可以將復(fù)合型絮凝劑分為無(wú)機(jī)—無(wú)機(jī)復(fù)合型絮凝劑和無(wú)機(jī)—有機(jī)復(fù)合型絮凝劑兩大類(lèi)：①無(wú)機(jī)—無(wú)機(jī)復(fù)合型絮凝劑主要有金屬離子復(fù)合型、酸根復(fù)合型以及多種離子復(fù)合型。金屬離子復(fù)合型即加入鋁離子和鐵離子等，其主要產(chǎn)品有聚合氯化鋁鐵（PAFC）、聚合硫酸鋁鐵（PAFS）、聚合硅酸鋁鐵（PSAF）；酸根復(fù)合型的主要產(chǎn)品有聚合硅酸硫酸鋁（PASS）、聚硫氯化鋁（PACS）、聚磷酸氯化鋁（PPAC）、聚硅氯化鋁（PASC）等；還有一類(lèi)多種離子復(fù)合型，其主要產(chǎn)品有聚合硫酸氯化鋁鐵（PAFCS）、聚合硫基硅酸鋁鐵（PAFSSC）等。②無(wú)機(jī)—有機(jī)復(fù)合型絮凝劑的代表產(chǎn)品是在聚合氯化鋁（PAC）中加入聚丙烯酰胺（PAM），這類(lèi)混凝劑既有電荷中和能力，又有吸附架橋性能，因而使得混凝效果大大提高，吸附活性增強(qiáng)。

曾德芳等[13]用聚合氯化鋁（PAC）、多糖（PS）和改性淀粉（MS）為主要組分制備出自來(lái)水復(fù)合絮凝劑，與傳統(tǒng)自來(lái)水絮凝劑聚合氯化鋁鐵（PAFC）相比，該復(fù)合絮凝劑處理原水后的出水濁度下降3.35%，鋁離子含量下降56.17%，藥劑成本下降5.42%，性價(jià)比優(yōu)勢(shì)明顯。特別是在降低鋁離子濃度方面效果顯著。出水鋁離子濃度僅為0.071 mg/L，遠(yuǎn)低于我國(guó)自來(lái)水鋁離子濃度0.2 mg/L的出水標(biāo)準(zhǔn)，使自來(lái)水更加安全，在我國(guó)自來(lái)水處理領(lǐng)域具有重要的推廣應(yīng)用價(jià)值。

復(fù)合型絮凝劑在傳統(tǒng)絮凝劑的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，因而在處理效果上有一定的提高。同時(shí)，使用復(fù)合型絮凝劑可以減少混凝產(chǎn)生的固體物質(zhì)，避免二次投加，操作上方便許多。因此，復(fù)合型絮凝劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)用也成為今后絮凝劑的研究熱點(diǎn)[2]。

2 絮凝劑的發(fā)展方向

綜合對(duì)3類(lèi)絮凝劑進(jìn)行比較，可以得出以下結(jié)論：無(wú)機(jī)絮凝劑雖然價(jià)格便宜，但是投放量大，效率低，生成污泥量大，而且對(duì)生態(tài)環(huán)境和人類(lèi)健康產(chǎn)生不好的影響。與無(wú)機(jī)絮凝劑相比，有機(jī)高分子絮凝劑用量少，絮凝速度快，受共存鹽類(lèi)、介質(zhì)、pH值及環(huán)境溫度的影響小，生成污泥量也少。而且有機(jī)高分子絮凝劑分子可帶—COO、—NH—、—SO3、—OH等親電基團(tuán)，可具有鏈狀、環(huán)狀等多種結(jié)構(gòu)，利于污染物進(jìn)入絮體，脫色性好。一般有機(jī)絮凝劑的色度去除較無(wú)機(jī)絮凝劑高20%左右[1]。由于有些有機(jī)高分子絮凝劑有致癌、致崎、致突變的危害[4]，因而在使用范圍上受到限制。微生物絮凝劑無(wú)毒無(wú)害，易生物降解，不存在二次污染，有很廣闊的使用前景。但是，我國(guó)微生物絮凝劑研究起步較晚，層次比較低，亟待廣大環(huán)境工作者和生物工作者加大投入力度進(jìn)行研究，為微生物絮凝劑的發(fā)展奠定理論和物質(zhì)基礎(chǔ)[14]。復(fù)合型絮凝劑在傳統(tǒng)絮凝劑的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，在水處理的處理效果上有所提高，由于使用復(fù)合型絮凝劑能夠減少絮凝劑產(chǎn)生的固體物質(zhì)，而且避免了二次投加，方便操作，因此也成為研究的熱點(diǎn)[15]。因此，絮凝劑從無(wú)機(jī)到有機(jī)，從低分子到高分子，從單一型到復(fù)合型，開(kāi)發(fā)研制出無(wú)毒無(wú)害、高效、易降解無(wú)二次污染的絮凝劑始終是環(huán)保工作者努力的方向。