无机高分子絮凝剂(IPF)摘要：对国内近几年无机高分子絮凝剂铝系絮凝剂、铁系絮凝剂、硅系絮凝剂及其 复合絮凝剂的制备和应用进展状况的比较研究无机高分子絮凝剂分为阳离子型、阴离 子型和复合型三大类，简述了不同类型无机高分子絮凝剂研制、开发和混凝机理研究现 状的基础上，指出了存在的问题，并对今后的研究方向做了展望关键词：无机高分子化合物；絮凝剂；发展历程与现状；开发；应用Inorganic polymer flocculant( IPF)Abstract：Of inorganic polymer flocculants in recent years, domestic aluminum flocculants, iron flocculating agent, silicone flocculant and composite flocculant of a comparative study of preparation and application progress. Inorganic polymer flocculant divided into three types of cationic, anionic and complex, this paper briefly describes the different types of inorganic polymer flocculants research, development and research status quo on the basis of coagu-flocculation mechanism, points out the existing problems, and future research direction were discussed.Keywords:Inorganic polymer compounds; Flocculant; Development course and current situation; Development; application前言无机高分子絮凝剂(Inorganic Polymer Flocculant简写IPF)是20世纪60年 代后期才发展起来的一类新型废水处理剂。
与传统絮凝剂相比,它能成倍的提高效能，且 价格较低，因而有逐步成为主流药剂的趋势目前日本、俄罗斯、西欧及我国生产此类 絮凝剂已达到工业化、规模化和流程自动化的程度由于无机高分子絮凝剂(IPF)比传 统絮凝剂具有适应性强、无毒、可成倍提高效能且相对价廉等优点，而比有机高分子絮 凝剂(OPF)价格低廉，另有投加量少、矶花大、除COD、色度及悬浮物性能好等优点，因 而近年已得到广泛重视，被称为第二代无机絮凝剂无机高分子絮凝剂(IPF)的生产已占 絮凝剂总产量的30%〜60%无机絮凝剂是最早使用的第一代絮凝剂，它应用范围非常广泛按金属盐可分为铝 盐系及铁盐系两类；按阴离子成分又可分为盐酸盐系和硫酸盐系两类；按分子量的大小 可分为低分子系和高分子系两类1无机高分子絮凝剂的发展历程絮凝剂是水处理剂中最重要的品种2001年全国有200家左右水处理剂生产厂家生 产100多个牌号的各类水处理剂20多万吨，产值约10亿元，其中仅絮凝剂就有17万吨， 产值达7亿元左右在絮凝剂中以无机物为主的高分子絮凝剂占60%以上无机高分子 絮凝剂(inorganic polymer flocculants,IPF)是1960年代后发展起来的新一代絮凝剂， 其性能比传统无机盐絮凝剂硫酸铝、氯化铁等更优异，价格比有机高分子絮凝剂 (organic polymer flocculants,OPF)聚丙烯酰胺等更低廉，已成功地应用在给水、工业 废水及城市污水处理中,逐渐成为主流絮凝剂［2〜4］。
IPF的发展经历了从单核无机高分 子如聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚合氯化铁PFC)等到多核无机高分子如聚合 氯化铝铁(PAFC)、聚合硫酸铝铁(PAFS)、聚合硅酸硫酸铝(PASS)等的转变多核IPF具 有更大的分子量、更强的絮凝架桥能力和选择性吸附特性，较之单核IPF具有显著的增 效互补作用含有活性硅酸(聚合硅酸)的多核无机高分子凝剂(下文简称Si-IPF)是 1980年代末开发研制的一类新型IPF,这类IPF具有电性中和吸附架桥作用特性,絮凝效 果好,处理后水中残留铝是及残留色度低，生产成本相对较低，因而引起水处理界的极大 关注，成为IPF研究的一个热点［2〜7］,我国目前某些方面的研究达到了较高水平2絮凝剂的作用机理2.1促使胶体凝聚的方法1) 加入带相反电荷的胶体，此时水中原有胶体和加入胶体发生电中和，使两种 胶体的负电位都减少2) 添加和胶粒电荷符号相反的高价离子，从而降低胶粒的负电位，因为高价反 离子较易由扩散层进入到吸附层2.2水质在净化过程中的三个基本反应机理1)凝结作用微细粒子的表面电荷经中和后，利用粒子与粒子之间彼此微弱的吸 引力而形成凝集作用，这种力量非常薄弱，容易受到机械力的破坏。
凝结作用可借助化 学药剂的加入而完成，现在所使用的聚合铝型净水剂就是依靠中和粒子上的电荷而凝聚 的2) 架桥作用在两个或多个固体细微粒子间，利用絮凝剂起架桥作用，使细微 粒子聚集较大的颗粒的絮体，有机絮凝剂则主要依靠架桥作用使粒子沉降3) 沉降作用絮体一旦形成，便需在静止状态下借重力而沉降，由絮体沉降的 快慢可测知形成絮体的大小如果絮体具有足够的沉降速度，能于较短时间在沉降区完 全沉淀下来，则可得非常清澈的水质3各类无机高分子絮凝剂性能3.1聚铝类无机高分子絮凝剂一般认为聚铝是一种高效的无机高分子，是指Al盐到Al(OH)之间的一系列准稳 态物质，即二铝到十三铝的羟基络合物它的研究开发对整个无机高分子絮凝剂的发展 产生着极大的影响聚铝是一系列的准稳态物，环境条件的变化会使它发生脱稳现象， 脱稳即絮凝通常，聚合铝的盐基度越高，絮凝效果越强，但过高时将失去稳定而生成 难溶解的氢氧化铝沉淀，导致絮凝效果降低盐基度以75%〜85%为最佳3.2聚铁类无机高分子絮凝剂我国聚合铁研制始于20世纪80年代初，首先研制出聚合硫酸铁(PFS)PFS是在 硫酸铁分子族的网状结构中插入羟基后所形成的一种无机高分子絮凝剂，可有效去处水 中的悬浮物、有机物、硫化物、亚硝酸盐、胶体及金属离子，具有除臭、破乳及污泥脱 水等功能，对浮游微生物也有较好的去除效果。
PFS处理含油污水效果远比硫酸亚铁显 著，且对金属设备的腐蚀性也大大降低，其不足之处是产生的污泥量较多、出水带色3.3硅酸盐类无机高分子絮凝剂聚合硅酸和活化硅酸属阴离子型絮凝剂，其作用机理是靠分子链上的阴离子活性基 团与胶体微粒表面间的范得华力、氢键作用而引起的吸附架桥作用，而不具有电中和作 用聚硅酸絮凝剂是一种应用较早的絮凝剂聚硅酸是用中和法即由硅酸钠在加酸条件 下水解、聚合反应到一定程度的中间产物由于硅酸溶胶具有强烈的缩聚作用，随缩聚 反应的进行，分子量不断增大，最终转化为高分子凝胶，失去其混凝活性因而活性硅 酸不能长期存放，必须现场配置使用，从而降低其实用性不稳定性和阴离子性等特性 在一定程度上制约了活性硅酸在废水处理中的应用于是，人们研制出聚硅酸盐絮凝剂， 聚硅酸盐是一类新型无机高分子絮凝剂，是在聚硅酸(即活化硅酸)和传统的铝盐、铁盐 等絮凝剂的基本上发展起来的聚硅铝酸与金属铝铁盐的复合产物3.4复合絮凝剂复合型无机高分子絮凝剂是在普通无机高分子絮凝剂中引入其他活性离子，以提高 药剂的电中和能力，诸如聚铝、聚铁、聚活性硅胶[25]及其改性产品其中聚硅酸硫酸 铝，活性较好,聚合度适宜,不易形成凝胶，絮凝效果显著。
用于处理低浊度水时，其效果 优于PAC和PFS此外，为了改善低温、低浊度水的净化效果，人们又研制开发出一种聚 硅酸铁(PSF)[26, 27],这种药剂处理低温低浊水，比硫酸铁的絮凝效果有明显的优越性: 用量少，投料范围宽，絮团形成时间短且颗粒大而密实，可缩短水样在处理系统中的停留 时间，对处理水的pH值基本无影响还有以AlC13和Na2SiO3为原料，采用向聚合硅酸 溶液直接加入AlC13的共聚工艺，制备的聚硅氯化铝絮凝剂(PASC)[28],PASC比PAC具 有更好的除浊、脱色，残留铝含量低4无机高分子絮凝剂的开发和应用(1)对于较多的絮凝剂，利用工业废水或矿渣来制取絮凝剂，同时用其处理废水，达 到以废制废、变废为宝而使资源优化的研究正在逐步展开.这样才能尽量节约资源，使资 源循环不息,才是真正意义上的制取絮凝剂工艺，这在广大学者的研究中要极为注意.(2)目前，由于新型的复合型絮凝剂具有独特的优势(应用范围广、用量少、去除率 高、絮凝效果好、来源广等等)，对于它的开发和研制将成为必然.其中以聚硅酸盐类的 复合型絮凝剂为多.无机高分子絮凝剂虽然在形态、聚合度及相应的絮凝效果方面比传统的无机盐絮凝 剂要好，但是比有机絮凝剂则要差些，而且还存在对进一步水解反应的不稳定性问题。
这 些主要弱点促使研究和开发向各种复合型无机高分子絮凝剂发展复合絮凝剂包含各种 成分，其主要原料是铝盐,铁盐和硅酸盐，在复合絮凝剂中各组分的适当配比和制备时的 最佳工艺是研究的重要方面，制备过程中和最终产品内各组分的化学形态转化及其综合 结果是研究和应用时的关键问题合氯化铝是目前废水处理和饮用水供给中普遍使用的高效混凝剂，它具有用量少、 除浊率高、污水pH对其影响小等特点［9］但在实际应用过程中存在铝盐二次污染的问 题，对人体健康和生态平衡具有一定的负面效应70年代中期，聚合硫酸铁问世并应用 生产实际，但在实际应用过程中表现出腐蚀性强，影响设备使用寿命,絮凝产生的污泥脱 水性差，沉淀含水率高等问题［10］为此,研究人员开发了新型的无机高分子絮凝剂聚合 氯化铝铁，并应用于处理污染河水［6,11,12］和城市供水［13］等多领域并取得了一定效 果，但对其应用于垃圾渗滤液的处理却鲜有报导以聚合氯化铝、聚合氯化铁和不同配 比的聚合氯化铝铁为研究对象，研究其对垃圾渗滤液的混凝吸附效果，对垃圾渗滤液的 处理具有一定的现实意义开展制备聚硅酸盐类絮凝剂的新工艺的研究，使得工艺简单,从而得到高效、质优、 价廉和无二次污染的絮凝剂.由于聚硅酸盐类的絮凝剂稳定性普遍不高，因此应该特别 注意研究如何提高产品的稳定性能.5发展前景当前,世界水处理剂产业正趋于向复合化、高效能、多功能、低毒无公害的绿色产 业方向发展。
适用、高效、安全与经济将是评价无机高分子絮凝剂质量好坏的关键性 指标针对当前无机高分子絮凝剂领域研制、开发和应用当中存在的一些问题，笔者提 出下面几点建议：5.1深入开展絮凝剂基础理论的研究,建立定量化的数学模型系统加强混凝机理的研究，不仅有助于新产品的开发及性能的优化，提高产品的稳定性, 还有助于为将来高效混凝剂的开发奠定理论基础对基础理论的研究需考虑下面几点：(1)无机高分子絮凝剂溶液中的形态分布及其转化规律无机高分子絮凝剂形成时 在溶液里一系列反应过程中的形态转化及分布一直是文献中研究与争论的焦点，其定 量规律均无统一定论它们和溶液中各种阴离子、溶胶及有机高分子结合的形态结构 以及不同制备过程中的形态转化更是有待深入研究的领域2) 对絮凝剂絮凝效果起实际作用的有效物质及提高其在溶液中含量方法前已述 及，一般认为聚十三铝(A113)是聚合铝的最佳凝聚-絮凝组分，其含量可以反映聚合铝 的有效性,正是以A113为主的独特形态分布和稳定性，导致其絮凝效果和传统的铝盐混 凝剂有很大不同，因而提高A113的含量成为聚合铝开发竞相追逐的工艺目标但A113 的生成条件和形态组成，其优势形态与水体颗粒物的作用机理等核心问题还没有得到 很好的解决。
同时，如何使各种条件最佳组合，以生成更多量的聚十三铝,也有必要进一 步研究3) 采用综合分析法，统一特征控制参数的定义和计算，统一质量标准和科学评价 规范，从而推动符合实际的理论系统和模式的建立,借以发展高效絮凝剂的处理工艺4) 重视复合型絮凝剂原始组分间的相互作用及其对絮凝效果影响的研究5.2针对不同的水质，开展新型多功能、复合型絮凝剂的研究随着经济的发展和人们生活水平的提高，工业和城市生活污水的水质变得越来越 复杂，对水处理剂复合功能的要求也越来越高，迫切要求开拓混凝剂的生产视野和应用 范围通过引入其它离子或加入助凝剂的方法来制备多功能复合型絮凝剂将是这类絮 凝剂研制和开发的主要方向新型复合型絮凝剂应能适合多变的水质(pH、COD、悬浮 物等的波动)，还具有杀菌、脱色、除COD、缓蚀等功能中的一种或几种,如絮凝一杀菌 剂、絮凝一缓蚀一阻垢剂等我国在这方面已经有成功的先例［1］在聚合铁铝钾中加 入适量的苏打和漂白粉等制成水质净化消毒剂，能有效地除去工业废水等废水中的悬 浮物，还可以杀菌，降低COD Cr的含量和色度，处理饮用水能达到“非常清洁”的标准5.3进一步开展无机高分子混凝剂的应用条件研究新型混凝剂研究与开发的最终目的是成功地应用于水处理实践中，因此应积极开 展新型无机高分子絮凝剂适用的最佳工艺条件，如:浓度、pH、温度、絮凝方法、药剂 投加量及应用范围等方面的研究，以开发出与现有无机絮凝剂相比效果更好、成本较 低、应用范围更广的产品。
改进絮凝方法也是可以努力的方向韦朝海等［17］运用快 速絮凝法在处理汽车废水时，先加入聚合硫酸铁，待絮体形成后，立即加入碎沙、泥土等 颗粒固状物，固体成分因静电作用被吸附到松散絮体内部，絮体比重加大，再迅速补加 少量阳离子高分子絮凝剂GC-A，其COD、BOD、油分、SS的去除率分别达到55%、65%、 94%、95%,而且絮体沉降速度也加快了 3-5倍5.4引进或开发先进的工艺设备，提高水处理剂产业的竞争力要坚持以工业为主体，市场为导向，产品为龙头，效益为中心的原则，建立规模适 度、质量优良的水处理剂产业鼓励开拓国内外市场，参与国际市场竞争，并争取持续 进入国际市场，以改变目前国内水处理剂行业规模偏小、工业化程度不高、质量波动性 大、经营分散的落后局面，满足我国日益增长的生产和环境污染治理的需要6结束语我国对无机高分子絮凝剂经过几十年的研究，无机絮凝剂正由一般的无机铝盐和 铁盐向高分子聚合铝和聚合铁方向发展，聚合铝(铁)的主要形态向高电荷多核络合物 方向发展，聚合铝(铁)的共存阴离子从低价向高价方向发展，絮凝剂的品种由单组 分向复合型发展，并逐步形成系列化产品但是，与先进国家相比，仍有很大的差距。
主要表现为研究开发的品种多，而产业化品种少；产品系列化程度低，适应不同污水 的专用絮凝剂少；生产企业技术力量薄弱，生产工艺落后，生产规模小；水处理技术应 用面不够广，中小型企业水的重复使用率低我国无机高分复合絮凝剂的研究在制备方 面应重点放在增强吸附架桥能力和电中和能力上，在理论方面应放在研究复合絮凝剂 作用原理上，在储存方面应放在提高产品稳定性上，同时应不断实现产品系列化、专用 化和规模化参考文献[1] 张令戈，李志东，李娜，刘凤喜,张洪林，刘丹.无机高分子絮凝剂的应用与研究进展[J].电力环境 保护，2008,24(2):36-39[2] 侈瑞利，赵娜娜,刘成蹊.无机、有机高分子絮凝剂絮凝机理及进展[J].河北化工，2007, 30(3):3-61.[3] 蔡卫权，陈进富,李庆忠.无机高分子絮凝剂的研究现状和展望[J].十堰职业技术学院学报,2001 年 6 月，14(2):69~73[4] 许国威.无机高分子絮凝剂技术简述[J].科技资讯.2009.[18 ]架兆坤，汤鸿霄.我国无机高分子絮凝剂产业发展现状与规划3].工业水处理，2000, 20 (11): 1-6.[5] 陈志莉，叶茂平.含油污水处理凝剂的选用研究[J].环境保护,2002. (1): 20- 21.[6] Cohen JM, Hannah S A. In water quality and treatment,3rded[M]. McGraw Hill New York,1971m PP. 66~122[7] Gonz lezT, Dom nguez JR, Beltr n-Heredia J., et a.l Aluminiumsulfate as coagulant for highly polluted corkprocessingwastewaters: Evaluation of settleability parameters and design of a clarifier-thickenerunit[ J]. Journal of HazardousMaterials, 2007, 148, 15~21[8] WangY, Gao B Y, Yue Q Y., et a.l The characterization and flocculation efficiency of composite flocculant iron salts polydimethyldially lammonium chloride[J]. Chemical Engi neering Journal 2008, 142: 175~181[9] 赵晶莹等.无机高分子絮凝剂研究进展及其应用[J].华工科技市场，2007,30 (8) :6-11[10] 张倩倩，刘杰，熊帆.无机絮凝剂在油田污水处理中的应用[J].内江科技，2008,12:106-107[11] 我王万林.国复合型无机高分子絮凝剂的研究及应用进展3].工业水处理，2008,28（4）： 1-9。