废水处理药剂种类之絮凝剂

12       复合絮凝剂的特点和使用的注意事项有哪些？

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，才能获得最佳的处理效果。

 13       人工合成有机高分子絮凝剂的种类有哪些？

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。

 14       聚丙烯酰胺类絮凝剂的特点有哪些？

聚丙烯酰胺 PAM 是一种目前应用最广泛的人工合成有机高分子絮凝剂，有时也被用作助凝剂。聚丙烯酰胺的生产原料是聚丙烯腈 CH2 ＝ CHCN ，在一定条件下，丙烯腈水解生成丙烯酰胺，丙烯酰胺再通过悬浮聚合得到聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺属于水溶性树脂，产品有粒状固体和一定浓度的粘稠水溶液两种。

聚丙烯酰胺在水的实际存在形态是无规线团，由于无规线团具有一定的粒径尺寸，其表面又有一些酰胺基团，因此能够起到相应的架桥和吸附能力，即具有一定的絮凝能力。但由于聚丙烯酰胺长链卷曲成线团，使其架桥范围较小，两个酰胺基缔结后，相当于作用相互抵消而丧失两个吸附位，再加上部分酰胺基卷藏在线团结构的内部，不能与水中的杂质颗粒相接触和吸附，所以其拥有的吸附能力不能充分发挥。

为了使缔结在一起的酰胺基再次分开、内藏的酰胺基也能暴露在外表，人们设法将无规线团适当延伸展开，甚至设法在长分子链上增加一些带有阳离子或阴离子的基团，同时提高吸附架桥能力和电中和压缩双电层的作用。这样一来，在 PAM 的基础上又衍生出一系列性质各异的聚丙烯酰胺类絮凝剂或助凝剂。

比如说在聚丙烯酰胺溶液中加碱，使部分链节上的酰胺基转化为羧酸钠，而羧酸钠在水中容易离解出钠离子，使 COO- 基保留在支链上，因此生成部分水解的阴离子型聚丙烯酰胺。阴离子型聚丙烯酰胺分子结构上的 COO- 基使分子链带有负电荷，彼此相斥将原来缔结在一起的酰胺基拉开，促使分子链由线团状逐渐伸展成长链状，从而使架桥范围扩大、提高絮凝能力，作为助凝剂其优势表现得更为出色。

阴离子型聚丙烯酰胺的使用效果与其 “ 水解度 ” 有关， “ 水解度 ” 过小会导致混凝或助凝效果较差， “ 水解度 ” 过大会增加制作成本。

 15       什么是阴离子型聚丙烯酰胺的水解度？

阴离子型聚丙烯酰胺 “ 水解度 ” 是水解时 PAM 分子中酰胺基转化成羧基的百分比，但由于羧基数测定很困难，实际应用中常用 “ 水解比 ” 即水解时氢氧化钠用量与 PAM 用量的重量比来衡量。

水解比过大，加碱费用较高，水解比过小，又会使反应不足、阴离子型聚丙烯酰胺的混凝或助凝效果较差。一般将水解比控制在 20% 左右，水解时间控制在 2 ～ 4h 。

 16       影响絮凝剂使用的因素有哪些？

⑴水的 pH 值

水的 pH 值对无机絮凝剂的使用效果影响很大， pH 值的大小关系到选用絮凝剂的种类、投加量和混凝沉淀效果。水中的 H+ 和 OH- 参与絮凝剂的水解反应，因此， pH 值强烈影响絮凝剂的水解速度、水解产物的存在形态和性能。以通过生成 Al(OH)3 带电胶体实现混凝作用的铝盐为例，当 pH 值﹤ 4 时， Al3+ 不能大量水解成 Al(OH)3 ，主要以 Al3+ 离子的形式存在，混凝效果极差。 pH 值在 6.5 ～ 7.5 之间时， Al3+ 水解聚合成聚合度很大的 Al(OH)3 中性胶体，混凝效果较好。 pH 值﹥ 8 后， Al3+ 水解成 AlO2- ，混凝效果又变得很差。

水的碱度对 pH 值有缓冲作用，当碱度不够时，应添加石灰等药剂予以补充。当水的 pH 值偏高时，则需要加酸调整 pH 值到中性。相比之下，高分子絮凝剂受 pH 值的影响较小。

⑵水温

水温影响絮凝剂的水解速度和矾花形成的速度及结构。混凝的水解多是吸热反应，水温较低时，水解速度慢且不完全。低温情况下，水的粘度大，布朗运动减弱，絮凝剂胶体颗粒与水中杂质颗粒的碰撞次数减少，同时水的剪切力增大，阻碍混凝絮体的相互粘合；因此，尽管增加了絮凝剂的投加量，絮体的形成还是很缓慢，而且结构松散、颗粒细小，难以去除。低温对高分子絮凝剂的影响较小。但要注意的是，使用有机高分子絮凝剂时，水温不能过高，高温容易使有机高分子絮凝剂老化甚至分解生成不溶性物质，从而降低混凝效果。

⑶水中杂质成分

水中杂质颗粒大小参差不齐对混凝有利，细小而均匀会导致混凝效果很差。杂质颗粒浓度过低往往对混凝不利，此时回流沉淀物或投加助凝剂可提高混凝效果。水中杂质颗粒含有大量有机物时，混凝效果会变差，需要增加投药量或投加氧化剂等起助凝作用的药剂。水中的钙镁离子、硫化物、磷化物一般对混凝有利，而某些阴离子、表面活性物质对混凝有不利影响。

⑷絮凝剂种类

絮凝剂的选择主要取决于水中胶体和悬浮物的性质及浓度。如果水中污染物主要呈胶体状态，则应首选无机絮凝剂使其脱稳凝聚，如果絮体细小，则需要投加高分子絮凝剂或配合使用活化硅胶等助凝剂。很多情况下，将无机絮凝剂与高分子絮凝剂联合使用，可明显提高混凝效果，扩大应用范围。对于高分子而言，链状分子上所带电荷量越大，电荷密度越高，链越能充分伸展，吸附架桥的作用范围也就越大，混凝效果会越好。

⑸絮凝剂投加量

使用混凝法处理任何废水，都存在最佳絮凝剂和最佳投药量，通常都要通过试验确定，投加量过大可能造成胶体的再稳定。一般普通铁盐、铝盐的投加范围是 10 ～ 100mg/L ，聚合盐为普通盐投加量的 1/2 ～ 1/3 ，有机高分子絮凝剂的投加范围是 1 ～ 5mg/L 。

⑹絮凝剂投加顺序

当使用多种絮凝剂时，需要通过试验确定最佳投加顺序。一般来说，当无机絮凝剂与有机絮凝剂并用时，应先投加无机絮凝剂，再投加有机絮凝剂。而处理杂质颗粒尺寸在 50μm 以上时，常先投加有机絮凝剂吸附架桥，再投加无机絮凝剂压缩双电层使胶体脱稳。

⑺水力条件

在混合阶段，要求絮凝剂与水迅速均匀地混合，而到了反应阶段，既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止已生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐步减小，反应时间要足够长。

 17       天然有机高分子絮凝剂的种类有哪些？

天然有机高分子絮凝剂在水处理中应用具有悠久的历史，直到今天，天然高分子化合物仍是一类重要的絮凝剂，只是使用量远低于人工合成高分子絮凝剂，原因是天然高分子絮凝剂电荷密度较小，分子量较低，且易发生生物降解而失去絮凝活性。

与人工合成的絮凝剂相比，天然有机高分子絮凝剂的毒性小，提取工艺简单，无论是化学成分还是生产工艺，都能很好地与自然和谐一致，因此研究、利用这些自然资源用作水处理药剂成为当前的热点，这与全球重视合理利用资源，保护和改善环境的形势密不可分。

目前天然高分子絮凝剂的种类很多，按照其主要天然成分 ( 包括改性所用的基质成分 ) ，可以分为：壳聚糖类絮凝剂、改性淀粉絮凝剂、改性纤维素絮凝剂、木质素类絮凝剂、树胶类絮凝剂、褐藻胶絮凝剂、动物胶和明胶絮凝剂等。这些天然高分子多数具有多糖结构，其中淀粉主链中仅含有一种单糖结构，属于同多糖；壳聚糖、树胶、褐藻胶等含有多种单糖结构，属于杂多糖；木质素是一种特殊的芳香型天然高聚物；动物胶和明胶属于蛋白质类物质。

 18       使用高分子有机絮凝剂时，应注意哪些事项？

有机高分子絮凝剂属于线团结构的长链大分子，在水中必然经历一个溶涨过程，固体产品或高浓度液体产品在使用之前必须配制成水溶液再投加到待处理水中。配制水溶液的溶药池必须安装机械搅拌设备，溶药连续搅拌时间要控制在 30min 以上。水溶液的浓度一般为 0.1% 左右，再高，溶液的粘度增大，投加困难，再低，需要的溶液池体积又会过大。溶药使用的水中应尽量避免含有大量的悬浮物，以避免有机高分子絮凝剂与这些悬浮物进行絮凝反应形成矾花，影响投加后的使用效果。

对固体有机高分子絮凝剂进行溶解时，固体颗粒的投加点一定要在水流紊动最强烈的地方，同时一定要以最小投加量向溶药池中缓慢投入，使固体颗粒分散进入水中，以防固体投加量太快在水中分散不及而相互粘结形成团块，团块的结构是内部有固体颗粒、外部包围部分水解物，这样的团块一旦形成，往往要花费很长时间才能再均匀地溶入水中，在连续溶药池中甚至可以存在长达数天。

固体颗粒的投加点一定要远离机械搅拌器的搅拌轴，因为搅拌轴通常是溶药池中水流紊动性最差的地方，溶解不充分的有机高分子絮凝剂经常会附着在轴上，日益积累，有时可以形成相当大的粘团，如果不及时认真地予以清理，粘团会越变越大，影响范围也就越来越大。

作为助凝剂时，一般要先在处理水中投加无机絮凝剂进行压缩双电层脱稳后，再投加有机高分子絮凝剂实现架桥作用。在无机絮凝剂投加充足的条件下，有机高分子絮凝剂的助凝效果不会因投加量的差异而有较大差别。因此，作为助凝剂时，有机高分子絮凝剂的投加量一般为 0.1mg/L 。

固体有机高分子絮凝剂容易吸水潮解成块，必须使用防水包装，保存地点也必须干燥，避免露天存放。

 19       微生物絮凝剂的种类有哪些？

微生物絮凝剂与传统无机或有机絮凝剂有显著不同，它们或是直接利用微生物细胞，或是利用微生物细胞壁提取物、代谢产物等。前者是微生物絮凝剂研究的主要方面，至今发现的具有絮凝性能微生物有 17 种以上，包括霉菌、细菌、放线菌和酵母，后者与有机絮凝剂为同类物质。微生物絮凝剂具有传统无机或有机絮凝剂所不能比拟的许多优点，如不产生二次污染、生产成本低等。

微生物絮凝剂的絮凝性能受诸多因素影响，内在因素包括絮凝基因的遗传和表达，外在因素则有微生物培养基的组成、细胞表面疏水性的变化、环境中二价金属离子的存在等。目前，国外已有性能良好的微生物絮凝剂商品，如日本生产的 NOC--1 。微生物絮凝剂从研究到生产的关键问题是发展成熟的微生物育种技术，同时努力降低生产成本。我国的微生物絮凝剂研制正朝着这一方向迈进，但是离工业化生产还有一定距离。

 20       如何确定使用絮凝剂的种类和投加剂量？

絮凝剂的选择和用量应根据相似条件下的水厂运行经验或原水混凝沉淀试验结果，结合当地药剂供应情况，通过技术经济比较后确定。选用的原则是价格便宜、易得，净水效果好，使用方便，生成的絮凝体密实、沉淀快、容易与水分离等。

混凝的目的在于生成较大的絮凝体，由于影响因素较多，一般通过混凝烧杯搅拌试验来取得相应数据。混凝试验在烧杯中进行，包括快速搅拌、慢速搅拌和静止沉降三个步骤。投入的絮凝剂经过快速搅拌迅速分散并与水样中的胶粒相接触，胶粒开始凝聚并产生微絮体；通过慢速搅拌，微絮体进一步互相接触长成较大的颗粒；停止搅拌后，形成的胶粒聚集体依靠重力自然沉降至烧杯底部。通过对混凝效果的综合评价，如絮凝体沉降性、上清液浊度、色度、 pH 值、耗氧量等，确定合适的絮凝剂品种及其最佳用量。

试验用六联搅拌机，它有六个可垂直移动的转轴，其底部位置处带有搅拌叶片，叶片尺寸 6cm×2cm 。转轴的旋转速度和旋转时间可以预先设定，能自动工作。一般试验按快速搅动 2min ， n=300r/min ；慢速搅动 3min ， n=60r/min 。试验时在 6 个 1000mL 大烧杯中加入 1L 原水后，分别放在六个转轴的正下方，将转轴下移到底；再在连接在一水平转轴上的 6 个小玻璃烧杯内，依次加入不同数量的药液，转动水平轴，则小管内的药液同时倒入相应的原水中。然后启动搅拌器使其自动工作。

搅动自动停止后，将叶片从烧杯中缓慢拉起，静置 20min ，用移液管自水面下约 10cm 处，吸取水样 25ml ，用浊度计测量上清液的浊度。以投药量为横坐标，上清液的剩余浊度为纵坐标，绘制成曲线将不同絮凝剂的效果进行对比，根据除浊效果和综合技术经济多方面因素，选择确定处理这种废水的絮凝剂。

烧杯搅拌试验方法可分单因素试验和多因素试验两种。试验时要做到所用原水与实际水质完全相同，同时在根据水的 pH 值、杂质性质等因素考虑确定絮凝剂的种类、投加量、投加顺序，而且试验应该是实际过程的模拟，两者的水力条件（主要是 GT 值）必须相同或接近