刘淑华
随着现代经济的发展和人民生活水平的提高，城市供水量的需求越来越大，对水质的要求也越来越严格。全国饮用水源水的污染还在加剧，七大水系有一半以上的江段被污染，面对这些矛盾，必须进一步开发和利用水资源，治理城市污水和工业废水，从而提供安全的饮用水，确保各种供水量，缓解缺水现象。为此，研制使用高效混凝剂具有重要的意义。本文就混凝剂的现状及发展谈几点看法。
无机高分子混凝剂
我国无机高分子混凝剂的研制及生产起步较早，仅晚日本3年，比西欧尚早4年。产品主要有聚合氯化铝、聚合硫酸铁等。
聚合硫酸铁（PFS）
80年代以来，我国研制、生产的各种聚铁相继闻世，有液体聚合硫酸铁，还有固体聚合硫酸铁，固体聚铁在稳定性、运输和贮存方面更显示其优越性。
聚合硫酸铁是一种碱式硫酸铁的聚合物。其通式为：[Fe2(OH)n(SO4)3-（n/2）]m，式中n＜2，m＞10。聚合硫酸铁含有[Fe2(OH)]3+、[Fe3(OH)6]3+[Fe8(OH)20]4+等高价多核络离子，且水解产物胶粒电荷高，因而具有优良的凝聚性能。作为混凝剂，和单体铁盐相比，聚合硫酸铁残余铁含量少于单体铁盐，其腐蚀性远小于单体三氯化铁；和铝盐相比，投加量增加时，碱式氯化铝的出水水质有变坏的倾向，而聚合硫酸铁的出水水质没有这种不良现象。
聚合硫酸铁和单体硫酸铁混凝效果对比见表1：
聚合硫酸铁和单体硫酸铁混凝效果对比（水样浊度28度） 表1 | 混凝剂加入量（以Fe3+计） mg/L | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
| 上清液浊度（度） | 硫酸铁 | 2.4 | 1.3 | 0.7 | 0.6 | 0.7 | 0.7 | 1.0 | 2.2 |
| 聚合硫酸铁 | 3.1 | 1.7 | 1.0 | 0.6 | 0.5 | 0.4 | 0.4 | 0.2 |
试验证明：聚合硫酸铁比碱式氯化铝更适应多变化、多杂质的原水.用聚合硫酸铁处理水,耗药量少,排泥量少,处理效果好。聚合硫酸铁可用于给水净化、处理城市污水和工业废水、污泥脱水等。
1）给水净化
处理长江原水，浊度变化在70～225 mg/L范围时，聚铁投加量为1.43 mg/L，澄清率可达95%左右，且药剂费用最多只相当于硫酸铝费用之55.6%，净化水符合国家饮用水水质标准。处理海河原水，耗药量比硫酸亚铁明显减少，而且由于聚铁形成的絮凝物具有良好的压缩性和脱水性，若以一座澄清池计，每月可节约2000 m3水。
2）城市污水处理
对垃圾场浸沥水处理：投加量为400mg/L时，COD去除率约在90%左右，色度去除率为90%，同样条件下，聚合氯化铝，硫酸铝色度去除率分别为70%、60%。粪便污水处理：当投加量大于200 mg/L时，几种混凝剂混凝效果的顺序是：PFS＞FC＞AS。屠宰牲畜污水处理：试用中投加聚合硫酸铁1000mg/L，絮凝颗粒紧密、沉降快，出水清晰。污水悬浮物从1027 mg/L降到80 mg/L，COD从2721 mg/L降到80 mg/L，去除率97%以上。
3）工业废水处理
聚合硫酸铁可用于处理：制革厂综合废水；造纸厂纸浆白水；颜料废水；染料厂废水；洗毛废水；含铜废水；原木蒸煮废水；汽车厂废水等等。
聚硫氯化铝（PACS）
聚硫氯化铝是一种新型无机高分子混凝剂，其通式是：[Al4(OH)2nCl10-2nSO4]m（n=2～5，m≤5）。实验表明：使用聚硫氯化铝净水，对水中有机物的去除效果和除色效果均优于硫酸铝，它可以净化浊度和色度较高的地面水。有资料说明，它用于污染相当严重的京杭大运河的混凝处理时，其投加量相当于硫酸铝的1/2。聚硫氯化铝和硫酸铝的对比试验见表2 [1]。
聚硫氯化铝和硫酸铝澄清水的比较 表2 | 序号 | 水温℃ | 原水 | 加聚硫氯化铝 | 加硫酸铝 |
| 浊度(mg/L) | pH | 加药量(mg/L) | 浊度(mg/L) | pH | 加药量(mg/L) | 浊度(mg/L) | pH |
1
2
3 | 13
10
18 | 114
124
210 | 7.4
7.26
7.20 | 87
99
120 | 9.5
4.7
7.2 | 7.34
7.20
7.1 | 174
198
240 | 7.5
9.8
14.0 | 6.92
6.51
6.42 |
| | 硫酸铝去除有机物: 原水COD 25.20 mg/L, 澄清水COD 6.56 mg/L
聚硫氯化铝: 原水COD 29.44 mg/L, 澄清水COD 5.80 mg/L |
聚硫氯化铝在处理高浊度水时，投药量仅相当于硫酸铝或聚合氯化铝的1/3左右，聚硫氯化铝具有除色的特殊效能，在同等投药量条件下，去除率比硫酸铝提高10%。
将聚硫氯化铝（PACS）和硫酸铝（AS）分别配成10 mg/mL的试验液，在浊度为1600，色度为56，pH 7.1的原水中进行混凝试验，结果见表3 [2].
PACS和AS对比试验结果 表3 | 投药量（mg/L） | 15 | 20 | 25 | 30 |
| 浊度 | PACS | 沉淀后 | 15 | 6.0 | 5.5 | 2.8 |
| AS | 沉淀后 | 19 | 14 | 12 | 10 |
| 色度 | PACS | 沉淀后 | 20 | 12 | 7.0 | 5.0 |
| AS | 沉淀后 | 25 | 18 | 15 | 10 |
| pH值 | PACS
AS | | 7
6.7 | 6.9
6.55 | 6.85
6.5 | 6.8
6.4 |
无毒混凝剂
提供安全的饮用水，确保人民身体健康，是为亿万人造福的事业。为此，开发和使用无毒混凝剂显得尤为重要。我国历史上就有用阿胶、仙人掌汁等净水的方法。50年代以来，开展了天然高分子絮剂的研究工作，利用野生植物、淀粉、麸等原料作过水处理、选矿试验。我国幅员辽阔，植物资源极其丰富，具有自己的特色，原料无毒，且成本低。所以，用植物为原料，发展无毒的天然高分子絮凝剂和化学改性絮凝剂有得天独厚的条件。
天然高分子絮凝剂
天然高分子絮凝剂可分为淀粉类、蛋白质类、藻类、多聚糖类等等，它具有无害、制作简易、价格便宜和絮凝效果好等优点。榆皮草粉[10]是一种天然高分子絮凝剂，它与相应的高分子絮凝剂配合使用能形成大而实的矾花，提高沉淀效果。榆皮草粉和高分子絮凝剂配合使用处理高浊度水能取得很好的效果。芋艿粉[10]净化各种浊度的地面水的效果与榆皮草相似，它与铁盐、铝盐配合处理工业废水，出水清澈透明，可作循环水。虾、蟹甲壳，经简单处理后得到的可溶性甲壳质是葡萄糖直线形阳离子高分子聚合物[11]，对水中胶体有电中和能力，同时，直线形分子长度大，可以在较远距离的胶颗间架桥，加之分子键中具有很多反应官能团，所以对水中胶体微粒有较好的絮凝作用。我国目前已应用在印染废水脱色处理以及矿山金属废水处理等方面。我国有辽阔的海域，春秋虾、蟹旺季有大量的虾蟹甲壳可利用，炮制成可溶性甲壳质用于净化给水和各种工业废水处理。
化学改性絮凝剂[12]
化学改性絮凝剂是天然高分子化合物的衍生物，也称半合成絮凝剂，根据原料不同可分为纤维素衍生物、淀粉类衍生物、蛋白质类以及其他多聚糖类等改性絮凝剂。CTS絮凝剂是分离提取天然原料再使之阳离子化而制得的一种弱阳离子型絮凝剂，研究表明CTS适合于高浊度江河水的净化处理。
净化高浊度水的混凝剂
我国是高浊度水河流众多的国家。黄河、长江、海河等江河都属于高浊度水系。我国北方，河川迳流形成了70万km2的高浊度水地区。长江流域，也因毁林开荒而加重了水土流失。根据有关资料，目前长江的水土流失面积已达55万km2，比黄河的水土流失面积还大25%，年泥沙侵蚀总量高达24亿t。长江中、上游的许多支流已成为高浊度水河流。要开发、利用黄河、长江等水资源，就要解决好处理高浊度水的混凝剂。
聚丙烯酰胺絮凝剂
聚丙烯酰胺是一种有机高分子聚合物，具有酰胺基（CONH2），故易在水溶液中借氢键作用在固体表面吸附；其具有长分子链又能在颗粒之间架桥。在河水沙峰来临季节，含沙量高达每立方米几十公斤甚至每立方米上百公斤，其他混凝剂根本无能为力时，它对水中泥沙颗粒强烈的吸附架桥功能更显净化优势。可以单独使用，也可与其他混凝剂配合使用。使用聚丙烯酰胺处理高浊度水具有节约基建投资，降低处理费用，一般可节约30%～60%，产水量可增加2～4倍，方便操作管理，提高原水含沙量的处理范围等优点。各种水处理药剂适用的最大含沙量为：硫酸铝＜10 kg/m3，三氯化铁＜25 kg/m3，聚合氯化铝＜40 kg/m3，聚丙烯酰胺15～100 kg/m3。
中国市政工程西北设计研究院早在1966年就开始研究使用聚丙烯酰胺处理黄河高浊度水，开展了有关试验研究和设计工程投产测定工作，先后在悬浮澄清池、渠道预沉、平流式沉淀池、幅流式沉淀池、脉冲澄清池、加速澄清池等处理筑物上应用。目前青海、甘肃、内蒙、河南、山东等已有20多座城市给水厂使用聚丙烯酰胺净化黄河高浊度水。以该院为主负责起草的国家标准《水处理剂、聚丙烯酰胺》（GB 17514-1998）已于1999年4月实施。该标准的发布和实施，将促进聚丙烯酰胺产品质量的提高；为使用聚丙烯酰胺提供了可靠的依据，从而保证了聚丙烯酰胺使用的安全性。
CHY凝聚剂[3]
CHY凝聚剂具有的正电荷和分子量高达极限值，其正电荷对泥砂胶体有强热的电中和作用，高分子可以在相距较远的两胶粒之间进行桥联，通过吸附架桥，胶体颗粒逐渐变大，最终沉淀去除。处理黄河高浊度水给水设计规范规定，各种混凝剂单独使用时的最大处理含砂量为硫酸铝10 kg/m3，三氯化铁25 kg/m3，聚合氯化铝40 kg/m3。有关试验结果表明，CHY的最大处理含砂量可达50 kg/m3。
对污水进行深度处理实现污水资源化
为了开发水资源和节约用水，开展污水的回用研究和污水深度处理工作，实现污水资源化，已受到世界各国的关注。其中，在污水处理中，选择使用最佳混凝剂，促进污泥脱水；在深度处理方面，采用新材料的研究至关重要。
CS—1型混凝剂和CHY混凝剂促进污泥脱水
CS—1型絮凝剂[4]是一种阳离子型淀粉高分子絮凝剂，是淀粉的改性产物，无毒，对污水处理不会产生二次污染；CS—1型絮凝剂对污泥脱水具有良好的促进作用，可以缩短二级污水处理中泥水分离的絮凝沉降过程，污泥脱水后含水率减少。CS—1型絮凝剂可为城市污水处理后的回用提供符合标准的水质。用CHY絮凝剂处理水时形成的絮凝体粗大，沉速快，絮体不易破碎，重凝性好，沉淀水过滤快，絮凝泥渣的浓缩性好，易于脱水。
PPAMSC复合絮凝剂[5]
PPAMSC复合絮凝剂是含SO42-的聚氯化铝与聚丙烯酰按以一定比例在一定温度下反应而制得的，它既具有聚合氯化铝的电荷中和能力，又具有聚丙烯酰胺的架桥能力，因而絮凝力强，受温度和pH影响极小，对色度和金属有显著去除效果。PPAMSC复合混凝剂与煤制气生产废渣联用，采用混凝-吸附法对城市污水回用处理效果好，经几十次试验平均除色率为92.6%。
发展国产混凝剂
目前，我国尚处于社会主义初级阶段，经济上属于发展中国家。大力开发国产混凝剂，尽量减少进口量，为国家节约外汇。
ST絮凝剂[6]
近年来，随着电子工业的发展，大规模集成电路工厂不得不从国外引进纯水处理设备，用于原水予处理的絮凝剂也要配套进口。采用国产化工原料研制成功的ST絮凝剂为超纯水混凝剂国产化指出了一条新路。ST絮凝剂系季铵盐类聚阳离子电解质，它的结构与引进的絮凝剂Nalcolytl 8102相仿，它具有溶解迅速，使用方便，稀释溶液稳定性好，无刺激气味等特点。经试用表明，ST絮凝剂能明显降低原水浊度，有机物含量及污染指数值。有关单位认为，ST絮凝剂[7]与美国Nalco司的Nalcolytl8101、8102絮凝剂基本一致，可以替代国外产品。
聚合硫酸铁
据有关报道，国内生产的聚合硫酸铁其主要性能指标并不亚于国外产品。
综合利用
某些废料的来源较为丰富，将这些废料充分利用起来，搞综合利用，例如：（1）利用生产中放心废硫酸生产的聚合硫酸铁和利用钛白粉生产过程中的废硫酸研制的聚合硫酸铁[6]，其主要性能指标和国外标准指标基本相同，如表态所示。（2）CHY凝聚剂以工业废渣和煤矿的遗弃物——煤矸石为主要原料研制而成[4]。它可广泛用于给水、污水、多种工业废水的净化和污泥处理，并可饮用水净化剂。经用户试用证明：CHY凝聚剂净水效果是碱式氯化铝的3倍左右，是三氯化铁、硫酸铝、硫酸亚铁、三氯化铝的7倍左右，并且有聚丙烯古巴型药剂所不具备的很多优点。
这样既可治理废料产生的污染，可以达到以废治废，变废为宝的目的，又产生良好的环境效益和经济效益。
主要参考文献
[1] 俞筱瑞．净水技术，NO. 7，1987
[2] 陈文音．工业水处理，VO1.8，NO. 1，1988
[3] 周国雅．给水排水，NO. 6，1987
[4] 曹炳明．工业水处理，VO1.7，NO . .6，1987
[5] 马金镶，张 为．工业水处理，VO1.7，NO . .6，1987
[6] 卜根林．净水技术，NO. 4，1987
