废水处理药剂——絮凝剂的作用与分类（中）

废水处理

为了使废水处理后达标排放或进行回用，在处理过程需要使用多种化学药剂。

絮凝剂

絮凝剂：有时又称为混凝剂，可作为强化固液分离的手段，用于初沉池、二沉池、浮选池及三级处理或深度处理等工艺环节。

07无机高分子絮凝剂

无机高分子絮凝剂（IPF）是从60年代起发展起来的新型絮凝剂，目前，IPF的生产和应用在全世界都取得了迅速进展。

铝、铁和硅类的无机高分子絮凝剂实际上分别是它们由水解、溶胶到沉淀过程的中间产物，即Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Si(Ⅳ)的羟基和氧基聚合物。铝和铁是阳离子型荷正电，硅是阴离子型荷负电，它们在水溶态的单元分子量约为数百到数千，可以相互结合成为具有分形结构的集聚体。

它们的凝聚—絮凝过程是对水中颗粒物的电中和与粘附架桥两种作用的综合体现。水中悬浮颗粒的粒度在纳米到微米级，大多带负电荷，因此絮凝剂及其形态的电荷正负、电性强弱和分子量、聚集体的粒度大小是决定其絮凝效果的主要因素。目前无机高分子絮凝剂的种类已有几十种(主要品种见表8--1)，产量也达到絮凝剂总产量的30%～60%，其中广泛使用的为聚合氯化铝。

08无机高分子絮凝剂特点

Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Si(Ⅳ)的羟基和氧基聚合物都会进一步结合为聚集体，在一定条件下保持在水溶液中，其粒度大致在纳米级范围，以此发挥凝聚—絮凝作用会得到低投加量高效果的结果。

若比较它们的反应聚合速度，由Al→Fe→Si是趋于强烈的，同时由羟基桥联转为氧基桥联的趋势也按此顺序。因此，铝聚合物的反应较缓和，形态较稳定，铁的水解聚合物则反应迅速，容易失去稳定而发生沉淀，硅聚合物则更趋于生成溶胶及凝胶颗粒。

IPF的优点反映在它比传统絮凝剂如硫酸铝、氯化铁的效能更优异，而比有机高分子絮凝剂（OPF）价格低廉。现在它成功地应用在给水、工业废水以及城市污水的各种处理流程，包括预处理、中间处理和深度处理中，逐渐成为主流絮凝剂。但是，在形态、聚合度及相应的凝聚—絮凝效果方面，无机高分子絮凝剂仍处于传统金属盐絮凝剂与有机高分子絮凝剂之间的位置。

其分子量和粒度大小以及絮凝架桥能力仍比有机絮凝剂差很多，而且还存在对进一步水解反应的不稳定性问题。IPF的这些弱点促进了各种复合型无机高分子絮凝剂的研究和开发。

09PAC的特点

聚合氯化铝(PAC)，又称碱式氯化铝，化学式为Aln(OH)mCl3n-m。PAC是一种多价电解质，能显著地降低水中粘土类杂质(多带负电荷)的胶体电荷。由于相对分子质量大，吸附能力强，形成的絮凝体较大，絮凝沉淀性能优于其他絮凝剂。

PAC聚合度较高，投加后快速搅拌，可以大大缩短絮凝体形成时间。PAC受水温影响较小，低水温时使用效果也很好。它对水的pH值降低较少，适用的pH范围宽(可在pH=5～9范围内使用)，故可不投加碱剂。PAC的投加量少，产泥量也少，且使用、管理、操作都较方便，对设备、管道等腐蚀性也小。因此，PAC在水处理领域有逐步替代硫酸铝的趋势，其缺点是价格较高。

另外，从溶液化学的角度看，PAC是铝盐水解—聚合—沉淀反应过程的动力学中间产物，热力学上是不稳定的，一般液体PAC产品均应在半年内使用。添加某些无机盐（如CaCl2、MnCl2等）或高分子（如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等）可提高PAC的稳定性，同时可增加凝聚能力。

从生产工艺讲，在PAC的制造过程中引入一种或几种不同的阴离子（如SO42-、PO43-等），利用增聚作用可以在一定程度上改变聚合物的结构和形态分布，进而提高PAC的稳定性和功效；如果在PAC的制造过程中引入其它阳离子组分，如Fe3+，使Al3+和Fe3+交错水解聚合，可制得复合絮凝剂聚合铝铁。

三氧化二铝含量是聚合氯化铝有效成分的衡量指标，一般而言，絮凝剂产品密度越大，三氧化二铝含量越高。一般来说，碱化度越高的聚合氯化铝吸附架桥能力越好，但因接近[Al(OH)3]n而易产生沉淀，因此稳定性也较差。

10PAC的碱化度

由于聚合氯化铝可以看作是AlCl3逐步水解转化为Al(OH)3过程中的中间产物，也就是Cl-逐步被羟基OH-取代的各种产物。聚合氯化铝的某种形态中羟基化程度就是碱化度，碱化度是聚合氯化铝中羟基当量与铝的当量之比。

实践表明，碱化度是聚合氯化铝的最重要指标之一，聚合氯化铝的聚合度、电荷量、混凝效果、成品的pH值、使用时的稀释率和储存的稳定性等都与碱化度有密切关系。常用聚合氯化铝的碱化度多为50%～80%。

11复合絮凝剂特点和注意事项

复合絮凝剂有各种成分，其主要原料是铝盐、铁盐和硅酸盐。从制造工艺方面讲，它们可以预先分别羟基化聚合再加以混合，也可以先混合再加以羟基化聚合，但最终总是要形成羟基化的更高聚合度的无机高分子形态，才能达到优异的絮凝效果。

复合剂中每种组分在总体结构和凝聚—絮凝过程中都会发挥一定作用，但在不同的方面，可能有正效应，也可能有负效应。

IPF产品通常要综合考虑稳定性、电中和能力和吸附架桥能力三种因素。聚合铝、聚合铁类絮凝剂的弱点是分子量和粒度尚不够高而聚集体的粘附架桥能力不够强，因而需要加入粒度较大的硅聚合物来增强絮凝性能。但加入阴离子型的硅聚合物后，总体电荷会有所降低，从而减弱了电中和能力。

因此，目前的复合絮凝剂即使制造质量优良，与聚合铝相比，其效果只能提高10～30%。作为使用IPF的废水处理技术人员，必须了解不同种类复合絮凝剂的特性、适应性、优点及不足是同样重要的。在选用最合适的絮凝剂和投加工艺操作程序时，只有根据废水水质特点，仔细分析和判断，才能获得更好的处理效果。

12合成有机高分子絮凝剂

人工合成有机高分子絮凝剂多为聚丙烯、聚乙烯物质，如聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺等。这些絮凝剂都是水溶性的线型高分子物质，每个大分子由许多包含带电基团的重复单元组成，因而也称为聚电解质。包含带正电基团的为阳离子型聚电解质，包含带负电基团的为阴离子型聚电解质，既包含带正电基团又包含带负电基团，称之为非离子型聚电解质。

目前使用较多的高分子絮凝剂是阴离子型，它们对水中负电胶体杂质只能发挥助凝作用。往往不能单独使用，而是配合铝盐、铁盐使用。阳离子型絮凝剂能同时发挥凝聚和絮凝作用而单独使用，故得到较快发展。

我国当前使用较多的是聚丙烯酰胺类非离子型高聚物，常与铁、铝盐合用。利用铁、铝盐对胶体微粒的电性中和作用和高分子絮凝剂优异的絮凝功能，从而得到满意的处理效果。聚丙烯酰胺在使用中具有投量少，凝聚速度快，絮凝体粒大强韧的特点。我国目前生产的人工合成有机高分子絮凝剂中80%是这种产品。

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