摘要：概略評述了國內(nèi)外無機(jī)混凝劑的研究進(jìn)展。無機(jī)混凝劑可分為鋁鹽類、鐵鹽類、鐵鋁復(fù)合類、活化硅酸等，聚合氯化鋁（簡稱PAC）是目前水處理中廣泛應(yīng)用的無機(jī)高分子混凝劑。無機(jī)復(fù)合類混凝劑是近來年發(fā)展十分迅速的水處理劑，聚硅酸鋁鹽類是其中的代表。文中對無機(jī)混凝劑今后的研究工作提出了建議，認(rèn)為在無機(jī)混凝劑的研制開發(fā)中，要加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)性研究，產(chǎn)品多樣化、專門化，要降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)行優(yōu)化研究。
混凝劑是一類主要用于水和廢水混凝處理過程的化學(xué)藥品的總稱，其種類繁多，按其化學(xué)成分可分為無機(jī)與有機(jī)兩大類（有機(jī)類常稱為絮凝劑）。無機(jī)類的品種較少，主要是鋁鹽類、鐵鹽類、活化硅酸類、鐵鋁復(fù)合類等，但在水處理中的用量很大。近年來無機(jī)混凝劑發(fā)展了一些新品種，特別是復(fù)合類產(chǎn)品發(fā)展迅速，如硅鋁或硅鐵復(fù)合類等。有機(jī)類的品種較多，但用量不如無機(jī)類大，也不如無機(jī)類用的廣泛。下面針對國內(nèi)外無機(jī)混凝劑的發(fā)展情況作概略評述。
無機(jī)混凝劑的研究進(jìn)展
1 鋁系混凝劑
鋁系混凝劑的主要品種為硫酸鋁和聚合鋁。由于硫酸鋁用于水處理時(shí)存在低溫、低濁，水處理效果差，用量大，產(chǎn)生大量的Al(OH)3沉淀污泥，處理后水中鋁殘留量高，需同時(shí)投加堿性物質(zhì)等缺點(diǎn)，所以逐漸被聚合鋁鹽等無機(jī)高分子混凝劑所取代。
鋁鹽類無機(jī)高分子混凝劑主要有聚合氯化鋁（簡稱PAC）、聚合硫酸鋁（PAS）、聚硫氯化鋁（PACS）三種。近年來為了進(jìn)一步提高PAC的混凝效果，胡勇有等開展了聚磷氯化鋁（PPAC）的研究工作。聚合鋁類混凝劑中，PAC的研究和應(yīng)用較多。
PAC兼具有無機(jī)和有機(jī)混凝劑的所長，效率高低耗，低腐蝕性，適用范圍寬，目前是國內(nèi)外廣泛使用的一種無機(jī)高分子混凝劑。國內(nèi)生產(chǎn)PAC的廠家較多，生產(chǎn)工藝、原料不盡相同，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。
PAS是繼PAC之后研制開發(fā)出的另一種聚合鋁混凝劑，它的混凝效果和PAC差不多，混凝機(jī)理也相同，但由于PAS的貯存穩(wěn)定性較差，因而其應(yīng)用不如PAC廣泛。
PACS是在PAC的基礎(chǔ)上開發(fā)研制出的另外一種聚合鋁混凝劑，是PAC的更新和提高。PACS的制備一般可在PAC的制備過程中加進(jìn)適量的SO42-來完成，適量SO42-的加入可增加聚合鋁的聚合度。目前，用SO42-增聚的聚合氯化鋁的結(jié)構(gòu)還未能確切證明，多數(shù)研究者認(rèn)為SO42-的增聚作用是因?yàn)槿芤褐胁糠諷O42-通過氫鍵把Al3+水解產(chǎn)物分子聯(lián)接起來，生成了更大的聚合物；但也有學(xué)者認(rèn)為SO42-的引入改變了聚合鋁絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)，形成了一種帶更高正電荷的活性組分。和PAC相比，PACS在除油、去濁、脫除COD等方面有著更好的混凝效果。
二十多年來，對聚合鋁與硫酸鋁混凝性能的比較進(jìn)行了大量的研究。目前的研究工作著重于借助多種現(xiàn)代測試手段研究聚合鋁的形態(tài)，并比較聚合鋁與硫酸鋁在化學(xué)組成或形態(tài)分布上的不同，為解釋它們在混凝作用上的不同以及混凝機(jī)理提供理論依據(jù)，為研制具有較優(yōu)形態(tài)的聚合鋁產(chǎn)物提供指導(dǎo)作用。
2 鐵系混凝劑
鐵系混凝劑主要包括三氯化鐵、硫酸亞鐵及聚合鐵等品種。
三氯化鐵和硫酸鐵等無機(jī)低分子鐵鹽處理水時(shí)具有生成的絮體大，混凝性能受溫度影響小，處理低溫水或低濁水的效果比鋁鹽好等優(yōu)點(diǎn)；但也存在著腐蝕性強(qiáng)，穩(wěn)定性差，需要和堿性物質(zhì)同時(shí)使用，殘留于水中的鐵會使處理后的水著色等缺點(diǎn)。因而在水處理中的應(yīng)用受到了一定限制。為了克服無機(jī)低分子鐵鹽混凝劑的缺點(diǎn)，在聚合氯化鋁研制的啟發(fā)下，人們研制開發(fā)出了聚合鐵無機(jī)高分子混凝劑。
聚合鐵主要包括聚合硫酸鐵（PFS）和聚合氯化鐵（PFC），近段又有聚合氯硫酸鐵（PFCS）和含磷酸鹽的聚合氯化鐵的研究報(bào)道。
PFS于1976年在日本研制成功并投放市場，80年代投入工業(yè)性生產(chǎn)并應(yīng)用于水處理中，歐美等國都在相繼應(yīng)用。我國80年代開始研制這類產(chǎn)品，目前國內(nèi)研究和生產(chǎn)PFS的單位很多，并已廣泛地用于水處理中。PFS產(chǎn)品有固、液兩種，但不同廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。PFC到目前為止還未形成工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，主要原因是高濃度鐵氯聚合物易沉淀脫穩(wěn)而失效。目前中科院環(huán)境研究院等單位已研制出了能長期保存的高濃度PFC產(chǎn)品，預(yù)計(jì)貯存穩(wěn)定的PFC的問世將在水處理中得到廣泛的應(yīng)用。就目前而言，在無機(jī)混凝劑中，聚合鋁的用量大于聚合鐵的用量。
近年來，在聚合鐵混凝劑混凝作用的研究中，鐵的形態(tài)分布及混凝形態(tài)研究受到人們的的重視，這方面研究的開展將對了解鐵鹽類混凝劑的混凝機(jī)理、開發(fā)新型混凝劑和提高混凝效果起促進(jìn)作用。
3 鐵鋁復(fù)合混凝劑
隨著水質(zhì)越來越復(fù)雜，單一混凝劑已不能滿足水處理的需要，因此，新型復(fù)合混凝劑得到了發(fā)展。近年來，人們研制開發(fā)出了鐵鋁復(fù)合混凝劑，并開展了鐵鋁復(fù)合混凝劑的混凝性能、共聚機(jī)理及形態(tài)方面的研究工作。研究結(jié)果表明，鐵鋁復(fù)合高分子混凝劑可克服聚合鋁及聚合鐵單一種類混凝劑的某些缺點(diǎn)，具有更好地混凝效果和更廣泛的應(yīng)用范圍。目前聚合鐵鋁混凝劑已應(yīng)用到水處理中。此外，含鎂的鋁鹽混凝劑，含有鐵、鋁、鈣、鎂、硅等成分的多種離子的復(fù)合混凝劑等新品種也得到了研制開發(fā)。
4 活化硅酸及改性活化硅酸類混凝劑
活化硅酸是在三十年代后期作為混凝劑開始在水處理中得到應(yīng)用的，在通常條件下組分帶負(fù)電荷，對膠粒的混凝是通過吸附架橋使膠粒粘連而完成的，活化硅酸通常采用硅酸鈉（水玻璃）加酸制取，由于膠凝的時(shí)間和pH值不易控制，產(chǎn)品不能長期貯存，需在水處理的現(xiàn)場制備，應(yīng)用不夠廣泛。但由于活化硅酸具有原料來源廣，成本低，無毒，制備簡便，處理低溫、低濁水有較好效果等特點(diǎn)，所以近年來國內(nèi)外開展了大量的改性活化硅酸的研制工作。
活化硅酸的改性是利用硅酸和其它金屬鹽（主要是鐵鹽和鋁鹽）復(fù)配來完成的，復(fù)配方法主要有兩種：一種是將硅酸鈉和鋁酸鈉分別在強(qiáng)剪切下加人硫酸鋁溶液中來制備，這種方法西歐等國研究的較多；另一種方法是將多價(jià)金屬鹽引入聚硅酸中來制取，這種方法日本研究的較多。
1989年1月加拿大Handy化學(xué)品公司首先發(fā)表了新型混凝劑聚硅硫酸鋁（簡稱PASS） 研制成功的報(bào)道。該公司于1991年春天在加拿大魁北克省的Lapraivie建廠生產(chǎn)PASS，年產(chǎn)能力為272154t，由于市場情況良好，該公司于1991年7月又將生產(chǎn)能力擴(kuò)大一倍。目前，PASS除在加拿大生產(chǎn)以外，還在日本和英國分別建設(shè)了年生產(chǎn)2萬噸的工廠。經(jīng)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，PASS在水處理中適用于廣泛的pH值范圍，作用快且效果好，并可減少水中可溶性鋁鹽的殘留量，非常適宜處理飲用水，在低溫時(shí)仍能給出良好的凈水效果。PASS已經(jīng)得到全美科學(xué)財(cái)團(tuán)（NSF）在飲用水處理上的認(rèn)可，并已被應(yīng)用到北美、歐洲等國飲用水的處理中。
目前，改性活化硅酸混凝劑的研究在國內(nèi)是一熱點(diǎn)。國內(nèi)在研制改性活化硅酸時(shí)基本上都是將多價(jià)金屬鹽引入活化硅酸中來制取聚硅酸金屬混凝劑，常用的多價(jià)金屬鹽是鐵鹽和鍋鹽，金屬與硅酸的摩爾比可隨不同的使用要求而調(diào)整。筆者研制出的商品代號為JX-Ⅱ型絮凝劑，已成功的應(yīng)用于油田含油污水等廢水的處理中，為了改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量和提高混凝效果，近來對該類混凝劑又開展了形態(tài)、物化性能及混凝機(jī)理等方面的研究工作。目前，聚硅酸金屬鹽混凝劑的研究與開發(fā)引起了廣泛的關(guān)注。已列為我國“九五”攻關(guān)中的一項(xiàng)研究內(nèi)容，該類混凝劑的研究將為無機(jī)混凝劑開辟另一條新途徑。
縱觀上述幾個(gè)主要混凝劑的研究發(fā)展過程，不難看出，無機(jī)混凝劑的發(fā)展趨勢是由低分子到高分子，由單一到復(fù)合型，逐步形成系列化和多樣化的產(chǎn)品。
研究工作建議
1 品種要多樣化、專門化
由于水質(zhì)對混凝效果影響很大，任何一種混凝劑都有一定適用范圍，全能藥劑是沒有的，因此應(yīng)針對不同水質(zhì)特點(diǎn)研制某方面性能突出的專用混凝劑，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的多樣化、系列化和專門化是很有必要的。另外，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)復(fù)合混凝劑（包括無機(jī)復(fù)合混凝劑，無機(jī)與有機(jī)復(fù)合混凝劑）的研制開發(fā)工作，以提高混凝效果，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。
2 改進(jìn)生產(chǎn)工藝、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量
由于生產(chǎn)工藝、原料來源對產(chǎn)品性能、價(jià)格影響很大，因此，在一個(gè)較長時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)方法的研究仍是今后的一個(gè)主要課題。另外，應(yīng)積極開展廢物綜合利用方面的研究工作，以降低生產(chǎn)成本。
3 混凝劑應(yīng)用的優(yōu)化
混凝劑的用法、用量和混凝效果之間存在著密切關(guān)系，因而現(xiàn)有的混凝劑在廢水處理使用中的優(yōu)化仍是個(gè)值得研究的課題。在給水處理中，應(yīng)研究混凝劑的劑量控制，pH調(diào)查，藥品投加順序，以及與各種助凝劑的配合使用等問題。在廢水處理中，應(yīng)針對不同類型的廢水，研究確定混凝劑的正確使用方法，以達(dá)到優(yōu)化混凝劑的目的。
4 進(jìn)一步開展基礎(chǔ)研究
混凝劑新品種的開發(fā)，生產(chǎn)工藝的改進(jìn)及應(yīng)用優(yōu)化應(yīng)與基礎(chǔ)研究同時(shí)進(jìn)行。基礎(chǔ)研究包括混凝劑在水中的形態(tài)研究，混凝劑與水及廢水中膠體顆粒的相互作用研究，混凝劑機(jī)理研究，混凝動力學(xué)研究等，為開發(fā)研制新型混凝劑提供理論基礎(chǔ)。
