第49卷第1期2021年1月广㊀州㊀化㊀工
Guangzhou Chemical Industry
朱贝贝Vol.49No.1Jan.2021
∗
王㊀瑞1,2，张逸飞1，曲广淼3，杨福兴3
(1南京科技职业学院生物与环境学院，江苏㊀南京㊀210048;2河海大学环境学院，江苏㊀南京㊀210098;3南京科技职业学院化工与材料学院，江苏㊀南京㊀210048)
摘㊀要：介绍了几种复合絮凝剂及其在水处理中的应用现状，分析了它们的优点㊁缺点和未来研究方向㊂提出在絮凝法的
实际应用中，应根据不同类型废水的水质特征，开发针对性强㊁絮凝效果好㊁处理成本低㊁环境友好的绿复合絮凝剂，同时还应进一步加强复合絮凝剂的絮凝机理和使用过程智能化管理等方面研究，以提高复合絮凝剂的利用效率㊂
关键词：絮凝法；复合絮凝剂；水处理；絮凝机理㊀
中图分类号:X703.1㊀㊀㊀
㊀文献标志码:A
文章编号:1001-9677(2021)01-0010-02
㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀
∗
基金项目：国家自然科学基金项目(51674085)；江苏省高校自然科学基金面上项目(18KJD430005);2019年江苏省高等学校大学生创新创业训练
计划项目(201912920013Y)；南京科技职业学院科研项目(NHKY -2018-11)㊂
第一作者：王瑞(1982-)，男，博士在读，讲师，主要研究方向：污水处理与资源化技术㊁环保材料制备等㊂
Application and Research Progress on Composite Flocculant in Water Treatment ∗
WANG Rui 1,2,ZHANG Yi -fei 1,QU Guang -miao 3,YANG Fu -xing 3
(1School of Biology and Environment,Nanjing Polytechnic Institute,Jiangsu Nanjing 210048;
2College of Environment,Hohai University,Jiangsu Nanjing 210098;3School of Chemical Engineering and
Material Science,Nanjing Polytechnic Institute,Jiangsu Nanjing 210048,China)Abstract :Several composite flocculants and their applications in water treatment were introduced,and their advantages,disadvantages and future research directions were analyzed.It was put forward that in the practical application of flocculation method,should according to different types of water quality characteristics of wastewater targeted,good flocculation effect,low processing cost,environment friendly green composite flocculant should be developed,at the same time,the study of the flocculation mechanism of the composite flocculant and the intelligent management in the flocculant use should be also further strengthened,in order to improve the use efficiency of composite flocculant.
Key words :inorganic flocculant;organic flocculant;microbial flocculant;composite flocculant;water treatment
絮凝法具有操作简便㊁投资成本低㊁运行稳定㊁处理效果好等优点，是水处理中应用最为广泛的处理方法之一，在微污染水源处理㊁废水处理㊁中水处理等领域中发挥着重要的作用[1]㊂絮凝剂的开发是絮凝法处理技术的核心问题，近年来，随着工业的迅速发展和产品类型的多样化，废水的种类和数量日趋增多，水质亦变得愈加复杂，运用絮凝法处理时，采用单一的絮凝剂往往很难达到理想的处理效果㊂复合絮凝剂是指由两种或多种絮凝剂复配形成的高分子絮凝剂，可克服单一絮凝剂的不足，能充分发挥几种絮凝剂的协同作用，产生增效互补作用㊂近年来，研发和应用较多的复合絮凝剂主要有无机-无机复合絮凝剂㊁有机-有机复合絮凝剂㊁无机-有机复合絮凝剂㊁微生物复合絮凝剂㊁复合磁性絮凝剂㊂
1㊀无机-无机复合絮凝剂
无机-无机复合絮凝剂是在传统的聚合铝盐㊁铁盐或聚硅
酸的基础上引入Ca 2+㊁Mg 2+㊁Zn 2+㊁SO 2-4㊁Cl -㊁PO 3-4等离子的一种或几种合成的复合无机高分子絮凝剂，主要有聚合硫酸氯化铝㊁聚合硫酸氯化铝铁㊁聚合磷酸氯化铝铁㊁聚合硅酸铁
等㊂与常规的无机絮凝剂相比，无机-无机复合絮凝剂增加了无机絮凝剂分子量，强化了吸附架桥和电中和能力，具有更好的絮凝效果和更宽的应用范围㊂王景垒等[2]合成一种新型聚合硅酸氯化铝铁絮凝剂(PAZFSC)，对傀儡湖冬季含藻水水样进行处理，研究表明，在PAZFSC 和PAC 分别投加量为14mg /L 和16mg /L 时，藻类去除率分别高达98.7%和92.34%，剩余浊度分别为0.8NTU 和1.4NTU,PAZFSC 除
藻和去浊效果均优于PAC，且通过絮体扫描电镜发现,PAZFSC 絮凝沉降后的絮凝密实性更好㊁絮体体积更大㊁沉降速度更快㊂但是，与有机高分子絮凝剂相比，无机-无机复合絮凝剂在应用中仍然存在分子量低㊁对废水中带电悬浮颗粒物吸附架桥能力弱㊁投药量大㊁污泥产量大等缺点[3]㊂
2㊀有机-有机复合絮凝剂
有机絮凝剂具有用量小㊁絮凝效果好㊁处理成本低㊁适应范围广等优点，但多数人工合成的有机高分子絮凝剂具有一定的毒性，不宜处理饮用水，天然有机絮凝剂虽具有绿环保㊁无毒㊁价格低廉㊁易于生物降解等优点，也存在电荷密度小㊁
第49卷第1期王瑞，等：复合絮凝剂在水处理中的应用与研究进展11
㊀
相对分子量较低㊁易发生生物降解而失去活性等缺点[4]㊂有机-有机复合絮凝剂主要是指淀粉㊁壳聚糖㊁纤维素㊁植物胶等天然有机高分子化合物与聚丙烯酰胺㊁聚二甲基二烯丙基氯化铵等人工合成有机高分子化合物制备的复合絮凝剂，既能克服其单独使用的缺点又能发挥各自的优势，可实现不同有机絮凝剂间的优势互补㊂朱贝贝等[5]以壳聚糖和甲基丙烯酰胺氧乙基三甲基氯化铵(DMC)为原料，硝酸铈铵为引发剂,Span-20为乳化剂，合成了壳聚糖-DMC接枝共聚物，以其为絮凝剂处理高岭土悬浮液，结果表明
絮凝效果明显优于壳聚糖，略好于聚丙烯酰胺，且在pH为6.0㊁投加量为2.0mg/L时透光率最高，絮凝效果最佳㊂
3㊀无机-有机复合絮凝剂
无机-有机复合絮凝剂可分为无机-人工合成有机絮凝剂和无机-天然有机高分子絮凝剂两种类型㊂此类絮凝剂能有效利用无机絮凝剂的高正电荷密度和有机高分子絮凝剂的桥连作用，具有投加量少㊁絮体形成快㊁絮凝效果好㊁成本低等优点，是近年来复合絮凝剂研究的热点之一㊂张鹏等[6]以聚合氯化铝㊁四氯化钛㊁阳离子聚丙烯酰胺为原料制备了无机-有机复合絮凝剂聚钛氯化铝-阳离子聚丙烯酰胺(PTA-CPAM)，研究表明，在m(CPAM)/m(PTA)=0.4㊁PTA-CPAM投加量为9.0mg/L㊁pH为9.0的条件下，净水效果最佳，且PTA-CPAM对不同初始浊度的水样均有较好的除浊能力，除浊性能明显优于PAC㊁PAS㊁PFAS等现有絮凝剂㊂赵瑾等[7]以Fe2(SO4)3与二甲基二烯丙基氯化铵(PDMDAAC)为原料制备出新型无机-有机复合絮凝剂Fe2(SO4)3-PDMDAAC，与Fe2(SO4)3相比，该复合絮凝剂对海水中浊度㊁COD Mn㊁TP的去除效果均有一定程度的提高㊂王郑等[8]研究了聚合氯化铝-壳聚糖复合絮凝剂和单独聚合氯化铝对水中溶解态腐殖酸的去除对比实验，聚合氯化铝-壳聚糖复合絮凝剂在投加量80mg/L 时便可达到单独聚合氯化铝投加量为150mg/L时的去除效果，且前者适应的pH值范围更广㊂今后，无机絮凝剂与安全㊁无毒的天然有机高分子絮凝剂复合制备的无机-天然有机高分子复合絮凝剂将逐渐成为研究的热点，此外，在无机-有机复合絮凝剂的性能优化㊁絮凝机理㊁合成工艺优化㊁原料筛选范围等方面还有待进一步
深入研究㊂
4㊀微生物复合絮凝剂
微生物絮凝剂是通过微生物发酵㊁培养产生的具有一定絮凝活性的代谢产物，主要成为糖蛋白㊁粘多糖㊁蛋白质和脱氧核糖核酸等高分子化合物㊂微生物絮凝剂具有易生物降解㊁絮凝效率高㊁安全无毒等特点，在水处理领域有广阔的市场前景，但存在菌种对环境要求较高㊁稳定性差㊁防腐保质期短㊁生产成本高等缺点，在一定程度上制约了其规模化应用㊂当前，如何开发多种菌协作的复合型微生物絮凝剂㊁降低微生物絮凝剂制备成本及与无机㊁有机絮凝剂的复配等方面是研究的重点㊂侯玉琳[9]将微生物絮凝剂XQ03与无机絮凝剂PAC复配处理印染废水，研究表明，处理效果比单独使用任一种絮凝效果更好，与PAC相比絮凝率提高了8.4%，且复配使用时PAC的用量减少了56%，微生物絮凝剂用量减少了20%㊂Guo 等[10]研究了微生物絮凝剂与无机㊁有机絮凝剂的联合使用，复配使用可通过增加电荷中和与桥接作用大大提高絮凝效率和絮体形成速度㊂
5㊀复合磁性絮凝剂㊀㊀复合磁性絮凝是将传统絮凝剂和磁性纳米材料(主要为Fe3O4)复合而成的絮凝剂，具有良好的磁相应性，具有可缩短絮凝处理的固液分离时间㊁提高絮凝效率㊁拓展应用范围和降低运行成本等特点㊂目前研究最为广泛的复合磁性絮凝剂是以高分子聚合物为壳，无机磁性材料为核，主要采用包埋法和乳液聚合法制备而成[11]㊂李瑞胶等[12]将聚硅硫酸铁-壳聚糖复合高分子材料包覆在纳
米Fe3O4表面制备得到新型磁性絮凝剂PFSS-CTS@Fe3O4，用此絮凝剂处理某污水处理厂进水,PFSS-CTS@Fe3O4絮凝剂在投加量180mg/L㊁沉降时间20min条件下，废水COD㊁浊度㊁度的去除率最高分别可达85.12%㊁93.54%㊁89.74%㊂罗米娜等[12]将Fe3O4和SiO2制备的磁性载体与九水硅酸钠㊁硫酸铝和硫酸铁复合反应得到一种新型的磁性聚合硅酸硫酸铝铁絮凝剂，实验表明，在铝㊁铁摩尔比3 1㊁铝加铁与硅的摩尔比1 1㊁pH值9㊁磁絮凝剂投加量0.3g㊁沉降时间4min时，高岭土悬浊液的浊度去除率可达88.38%，比聚合硅酸硫酸铝铁去除率提高了5%，且沉淀时间缩短了3.5倍㊂复合磁性絮凝剂作为一种新兴的水处理絮凝剂，有着美好的应用前景，但在相关机理及化学键转变的研究方面鲜有报道，今后有待进一步加强研究㊂
6㊀结㊀语
絮凝法是水处理领域应用最为广泛的方法之一，而絮凝剂是该法的关键与核心㊂因此，在絮凝法的应用过程中，应根据不同的废水水质特征，开发出高效㊁经济㊁安全㊁环保的绿复合絮凝剂㊂此外，在复合絮凝剂的絮凝机理㊁化学键转变和使用过程智能化管理等方面还有待进一步深入研究，以提高复合絮凝剂的使用效率㊂
参考文献
[1]㊀Dao V H,Cameron N R,Saito K.Synthesis,properties and
performance of organic polymers employed in flocculationapplications [J].Polym.Chem.,2016,7(1):11-25.
[2]㊀王景垒，夏霆，何涛，等.新型聚合硅酸氯化铝锌铁絮凝剂的制备
及其除藻效果[J].净水技术,2018,37(5):12-19.
[3]㊀刘娅.聚丙烯酰胺基无机 有机杂化材料的制备及性能研究
[D].合肥：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所),2018.
[4]㊀Wu H,Liu Z,Yang H,et al.Evaluation of chain architectures and
charge properties of various starch-based flocculants for flocculation ofhumic acid from water[J].Water Research,2016,96:126-135. [5]㊀朱贝贝，姚春才，许丽，等.壳聚糖-甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化
铵接枝共聚物的制备与絮凝性能研究[J].生物质化学工程,2013, 47(2):15-18.
[6]㊀张鹏，王雨露，廖为雄，等.复合混凝剂PTA-CPAM的形貌结构与净
水性能[J].土木与环境工程学报(中英文),2019,41(1):129-135.
[7]㊀赵瑾，王文华，王树勋，等.无机-有机复合絮凝剂净化海水的试验
[J].海洋环境科学,2014,33(2):269-273.
[8]㊀王郑，仲米贵，黄雷，等.聚合氯化铝-壳聚糖复合絮凝剂对腐殖酸
的絮凝特性研究[J].环境工程,2017,35(10):61-65,76. [9]㊀侯玉琳.微生物絮凝剂与PAC复配用于印染废水的研究[J].天津
化工,2018,32(5):15-17.
[10]Guo J,Ma J.Bioflocculant from pre-treated sludge and its applications
in sludge dewatering and swine wastewater pretreatment[J].
Bioresource Technology,2015,196:736-740.
[11]王冰，肖雪婷，王葳，等.新型磁性纳米絮凝剂在水处理中的应用
[J].辽宁化工,2020,49(1):48-50.
[12]罗米娜，李环，陈馥，等.1种新型磁性絮凝剂的制备及性能评价
[J].水处理技术,2019,45(12):53-56.
发布评论