我國城市污水處理廠常用活性污泥法工藝，其中絮凝劑在廢水處理中具有很重要的作用，它可以用來 降低原水的濁度、色度等感觀指標(biāo)，去除多種高分子有機物，某些重金屬和放射性物質(zhì)，它可以自成獨立的 處理系統(tǒng)，又可以與其它處理單元過程進行組合，作為預(yù)處理、中間處理和最終處理過程，而且還常用于污 泥脫水前的濃縮過程，以改善污泥的脫水性能。經(jīng)過絮凝劑無害處理后的水可以回用。當(dāng)前國內(nèi)每年工業(yè)用 水、城市給水、污水處理需求絮凝劑百萬噸，因此研究絮凝劑具有很重要的意義。
單一絮凝劑
1.1 無機絮凝劑無機鹽類絮凝劑主要分為鋁鹽和鐵鹽，它們存在很大的缺點：殘留在水中的鋁離子會導(dǎo)致二次污染；鐵 離子本身有顏色，并對設(shè)備有腐蝕作用，提高成本；投加量大，產(chǎn)泥量高，運行費用高。為克服二次污染及腐 蝕設(shè)備問題，從20世紀(jì)6o年代開始無機鹽聚合物的研究。使用無機鹽聚合物類絮凝劑效果好，殘留在水中 的鋁、鐵離子少，而且易生產(chǎn)、價廉、使用范圍廣，在我國實際用量占絮凝劑總量的80％以上。
1.2 高分子絮凝劑
1.2.1 有機合成高分子絮凝劑合成高分子絮凝劑投加量少，一般在2％以下，效果好，形成的絮體大，而且 強度大，不易破碎，不增加泥量，降低熱值，無腐蝕性。它分非離子型、陽離子型、陰離子型和兩性四種。常用 有機絮凝劑有：聚丙烯酰胺（PAM）、聚丙烯酸鈉、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸鹽等，其中聚丙烯酰胺的應(yīng) 用最多，占合成高分子絮凝劑的8o％左右。然而這一類絮凝劑由于存在著一定量的殘余單體丙烯酰胺，不可 避免的帶來毒性，所以限制了它的應(yīng)用。高分子量（106以上）聚丙烯酸鈉屬陰離子型絮凝劑，有強烈的絮凝 作用而且無毒；對懸浮于水中的細微粒產(chǎn)生非離子性吸附，使粒子之間產(chǎn)生交聯(lián)；對具有金屬氫氧化物這類 正電荷的膠體粒子更顯示出其優(yōu)良性能。陸興章等研制出二甲基二丙烯丙基氯化銨均聚物和一系列不同 相對分子質(zhì)量、不同陽離子的共聚物，對硅藻土或高嶺土均有優(yōu)良的絮凝效果。高華星等把以聚二甲基二 烯丙基氯化銨為主體鍵節(jié)的陽離子高分子絮凝劑用于印刷油墨廢水處理，試驗結(jié)果表明處理后廢水油污去 除率高，沉渣少，廢水的回用效果好
1.2.2 天然高分子絮凝劑天然高分子絮凝劑易生物降解，本身或中間降解產(chǎn)物對人體無毒，具有選擇性大、 價廉、產(chǎn)泥量少等優(yōu)點。淀粉衍生物作為工業(yè)絮凝劑的研究始于6o年代。乙烯基單體與淀粉的接枝共聚反應(yīng) 是淀粉改性制備可生物降解的高分子材料的重要途徑之一，其關(guān)鍵問題在于引發(fā)劑的篩選，曹炳明 將木薯 粉、催化劑、烯類單體反應(yīng)，再加醛類和醇類反應(yīng)制得一種網(wǎng)狀的高分子物質(zhì)，其分子鏈中所帶的官能團多，吸附活性點多，可用于污水處理廠二級污水處理；若在生化系統(tǒng)中投加該類絮凝劑，可為城市污水處理后的 回用提供符合要求的水質(zhì)。另外淀粉磷酸酯和淀粉黃原酸脂也是良好的絮凝劑。殼聚糖、甲殼素類絮凝劑作為水處理劑在工業(yè)上已大量應(yīng)用，美國主要用于給水及飲用水處理；日本主 要用于水處理及污水處理，其中用于水處理的殼聚糖每年達500噸之多；目前清華大學(xué) 著手殼聚糖作絮凝 劑的中試生產(chǎn)研究，獲得了一套適合我國國情的工業(yè)化生產(chǎn)的工藝路線，其主要性能指標(biāo)均達到了或 超過國內(nèi)外同類產(chǎn)品的水平。殼聚糖除了對水中的固體懸浮物（ss）有較好的絮凝作用外，還對水中的COD、色度和重金屬離子等有較好的去除效果。由于該類聚合物具有無毒無味、抗菌、可生物降解等優(yōu)點使其被大量應(yīng)用于食品工業(yè)廢水處理中，殼聚糖可使各種食品加工廢水的固形物減少70％ ～98％。杜予民等總結(jié)了殼聚糖及其衍生物作為吸附劑、絮凝劑在印染廢水中的應(yīng)用，闡明小粒徑、高脫乙酰度及珠狀殼聚糖及其、衍生物在低溫、低pH值下對染料的吸附效果較好；脫乙酰度大的水溶性殼聚糖及其衍生物對染料的絮凝效 果較好，其絮凝機理主要是電荷中和以及分子架橋作用。
1.3 微生物絮凝劑微生物絮凝劑是一類由微生物或其分泌物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，它是利用微生物技術(shù)，通過細菌、真菌等微 生物發(fā)酵、提取、精制而得的，是具有生物分解性和安全性的高效、無毒、無二次污染的水處理劑。它主要由 微生物代謝產(chǎn)生的各種多聚糖類、蛋白質(zhì)，或是蛋白質(zhì)和糖類參與形成的高分子化合物，能產(chǎn)生微生物絮凝 劑的微生物種類很多，它們大量存在于土壤、活性污泥和沉積物中。 J.Nak~m，ra等從霉菌、細菌、放線菌、酵母菌等菌株中篩選出l9種具有絮凝能力的微生物。H.Takagi 等n 人研究了擬青素微生物生產(chǎn)的絮凝劑PF01，對活性污泥、啤酒酵母等許多物質(zhì)具有良好的絮凝效果。紅 平紅球菌生產(chǎn)的絮凝劑NOC-1，是目前發(fā)現(xiàn)絮凝效果的微生物絮凝劑。K.toeda和K.UraneL9 從土壤中分離出革蘭氏陰性菌——產(chǎn)堿性菌Alcaligenecupidus A1 201，它在含有蔗糖的培養(yǎng)基中生長并分泌絮凝物質(zhì)。我國也已涉及這方面的研究，但起步較晚。南開大學(xué)莊源益?zhèn)兒Y選出6株對水中染料有較好的絮凝作 用的菌株（NAT一1至NAT一6），用NAT型生物絮凝劑處理直接黑染料生產(chǎn)廢水，其脫色率可達60％。從微生 物組織中提取的7一谷氨酸聚合物具有一定的絮凝作用n ，如從bacillus sp.PY一90中提取的聚7一谷氨酸， 在濃度為20nv，／L時，對高嶺土懸濁液絮凝效果，當(dāng)加入c 、M 、Fd 時，可提高其絮凝效果；從B. subtillis IFO 3335和B.1icheniformis CCRC 12826中提取的聚7一谷氨酸，對不同的無機和有機懸濁液均具有 較好的絮凝作用。 絮凝劑通過離子鍵、氫鍵的作用與懸浮顆粒結(jié)合，由于絮凝劑的分子量很大，一個絮凝劑分子可同時與 幾個懸浮顆粒結(jié)合，在適宜條件下迅速形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而沉積，從而表現(xiàn)出很強的絮凝能力。微生物絮凝性與 分子結(jié)構(gòu)、分子量、活性基團等多種內(nèi)部環(huán)境因素有關(guān)，另外，外界環(huán)境因素如pH值、溫度、離子種類、離子 強度等對微生物絮凝劑的活性也有影響。微生物絮凝劑廣泛應(yīng)用于畜產(chǎn)廢水處理、染料廢水的脫色、高濃度 無機物懸浮液廢水的處理、活性污泥的沉降性能的改善、污泥脫水、浮化液的油水分離等方面。然而目前微 生物絮凝劑的研究還處于菌種篩選的實驗室研究
復(fù)合絮凝劑復(fù)合型絮凝劑是近年才開始研制的新型絮凝劑，能克服使用單一絮凝劑的許多不足，適應(yīng)范圍廣，對低 濃度或高濃度水質(zhì)、有色廢水、多種工業(yè)廢水都有良好的凈水效果，脫污泥性好，pH使用范圍大。然而復(fù)合在 有機合成制備上手續(xù)復(fù)雜，成本較高，并有可能存在二次污染。目前還未見復(fù)合絮凝劑有工業(yè)化生產(chǎn)和使用 的報道。 污水或活性污泥中，有機固體顆粒帶負電荷，無機固體顆粒帶正電荷，混合固體顆粒呈電中性。所以有 機污水或污泥加陽離子型絮凝劑，對無機污水或污泥加陰離子型絮凝劑，對混合污水或污泥加非離子型絮 凝劑。趙立志等用含單寧45％的落葉松膠與甲醛、二甲胺在弱酸性條件下進行曼尼希反應(yīng)，使單寧胺甲基 化，制成的絮凝劑與無機、聚丙烯酰胺聯(lián)用，可提高絮凝效果。 帶有PAM的聚合氯化鋁、聚合氯化鐵，為無機有機高分子聚合物，它們具有無機、有機的雙重優(yōu)點，又避 免了兩者的不足，還具有某些獨特的優(yōu)點，使凈水效果得到高度發(fā)揮。無機離子使懸浮顆粒發(fā)生絮凝并沉 淀，高分子有機陽離子的高度架橋又促進了絮凝吸附速度，故能達到快速凈水的目的。江霜英等以天然高 分子物質(zhì)甲殼素制備殼聚糖，并用殼聚糖、聚合鋁和三氯化鐵制成了高效復(fù)合型絮凝劑CAF，其凈水效果優(yōu) 于無機絮凝劑聚合鋁和三氯化鐵，成本更低。
絮凝劑在廢水處理中具有舉足輕重的地位，它正向著高效、無毒、價廉、復(fù)合、多功能、適合工業(yè)化生產(chǎn) 的方向發(fā)展。大力發(fā)展無機鹽聚合物絮凝劑以替代無機鹽絮凝劑，可以降低二次污染，同時也可以減少對設(shè) 備的腐蝕程度。目前我國有機高分子絮凝劑已商品化的僅有PAM、聚丙烯酰胺和羧甲基纖維素等幾個品種， 研究高效無毒的有機合成高分子絮凝劑（如烷基烯丙基鹵化銨的均聚和共聚物類等），優(yōu)化其合成工藝，降 低成本。利用天然高分子化合物無毒、無污染、價廉、選擇性大等優(yōu)點，解決其電荷密度小、分子量低、不穩(wěn) 定、溶解性不好等問題，發(fā)展性能更優(yōu)的絮凝劑。對微生物絮凝劑，目前的任務(wù)是：尋找價廉的培養(yǎng)基和控制 絮凝劑發(fā)揮作用的條件，對絮凝劑合成的條件及影響起絮凝活性的因素進行深入研究，以符合工業(yè)化 生產(chǎn)要求。復(fù)合型絮凝劑以其高效價廉的優(yōu)勢必將迅速發(fā)展，簡化有機合成制備過程，降低生產(chǎn)成本，盡可能減少可能存在的二次污染問題。階段，所用成本較高，一些工藝條件不太成熟，離工業(yè)化生 產(chǎn)還有一定的距離。
單一絮凝劑
1.1 無機絮凝劑無機鹽類絮凝劑主要分為鋁鹽和鐵鹽，它們存在很大的缺點：殘留在水中的鋁離子會導(dǎo)致二次污染；鐵 離子本身有顏色，并對設(shè)備有腐蝕作用，提高成本；投加量大，產(chǎn)泥量高，運行費用高。為克服二次污染及腐 蝕設(shè)備問題，從20世紀(jì)6o年代開始無機鹽聚合物的研究。使用無機鹽聚合物類絮凝劑效果好，殘留在水中 的鋁、鐵離子少，而且易生產(chǎn)、價廉、使用范圍廣，在我國實際用量占絮凝劑總量的80％以上。
1.2 高分子絮凝劑
1.2.1 有機合成高分子絮凝劑合成高分子絮凝劑投加量少，一般在2％以下，效果好，形成的絮體大，而且 強度大，不易破碎，不增加泥量，降低熱值，無腐蝕性。它分非離子型、陽離子型、陰離子型和兩性四種。常用 有機絮凝劑有：聚丙烯酰胺（PAM）、聚丙烯酸鈉、聚氧乙烯、聚乙烯胺、聚乙烯磺酸鹽等，其中聚丙烯酰胺的應(yīng) 用最多，占合成高分子絮凝劑的8o％左右。然而這一類絮凝劑由于存在著一定量的殘余單體丙烯酰胺，不可 避免的帶來毒性，所以限制了它的應(yīng)用。高分子量（106以上）聚丙烯酸鈉屬陰離子型絮凝劑，有強烈的絮凝 作用而且無毒；對懸浮于水中的細微粒產(chǎn)生非離子性吸附，使粒子之間產(chǎn)生交聯(lián)；對具有金屬氫氧化物這類 正電荷的膠體粒子更顯示出其優(yōu)良性能。陸興章等研制出二甲基二丙烯丙基氯化銨均聚物和一系列不同 相對分子質(zhì)量、不同陽離子的共聚物，對硅藻土或高嶺土均有優(yōu)良的絮凝效果。高華星等把以聚二甲基二 烯丙基氯化銨為主體鍵節(jié)的陽離子高分子絮凝劑用于印刷油墨廢水處理，試驗結(jié)果表明處理后廢水油污去 除率高，沉渣少，廢水的回用效果好
1.2.2 天然高分子絮凝劑天然高分子絮凝劑易生物降解，本身或中間降解產(chǎn)物對人體無毒，具有選擇性大、 價廉、產(chǎn)泥量少等優(yōu)點。淀粉衍生物作為工業(yè)絮凝劑的研究始于6o年代。乙烯基單體與淀粉的接枝共聚反應(yīng) 是淀粉改性制備可生物降解的高分子材料的重要途徑之一，其關(guān)鍵問題在于引發(fā)劑的篩選，曹炳明 將木薯 粉、催化劑、烯類單體反應(yīng)，再加醛類和醇類反應(yīng)制得一種網(wǎng)狀的高分子物質(zhì)，其分子鏈中所帶的官能團多，吸附活性點多，可用于污水處理廠二級污水處理；若在生化系統(tǒng)中投加該類絮凝劑，可為城市污水處理后的 回用提供符合要求的水質(zhì)。另外淀粉磷酸酯和淀粉黃原酸脂也是良好的絮凝劑。殼聚糖、甲殼素類絮凝劑作為水處理劑在工業(yè)上已大量應(yīng)用，美國主要用于給水及飲用水處理；日本主 要用于水處理及污水處理，其中用于水處理的殼聚糖每年達500噸之多；目前清華大學(xué) 著手殼聚糖作絮凝 劑的中試生產(chǎn)研究，獲得了一套適合我國國情的工業(yè)化生產(chǎn)的工藝路線，其主要性能指標(biāo)均達到了或 超過國內(nèi)外同類產(chǎn)品的水平。殼聚糖除了對水中的固體懸浮物（ss）有較好的絮凝作用外，還對水中的COD、色度和重金屬離子等有較好的去除效果。由于該類聚合物具有無毒無味、抗菌、可生物降解等優(yōu)點使其被大量應(yīng)用于食品工業(yè)廢水處理中，殼聚糖可使各種食品加工廢水的固形物減少70％ ～98％。杜予民等總結(jié)了殼聚糖及其衍生物作為吸附劑、絮凝劑在印染廢水中的應(yīng)用，闡明小粒徑、高脫乙酰度及珠狀殼聚糖及其、衍生物在低溫、低pH值下對染料的吸附效果較好；脫乙酰度大的水溶性殼聚糖及其衍生物對染料的絮凝效 果較好，其絮凝機理主要是電荷中和以及分子架橋作用。
1.3 微生物絮凝劑微生物絮凝劑是一類由微生物或其分泌物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，它是利用微生物技術(shù)，通過細菌、真菌等微 生物發(fā)酵、提取、精制而得的，是具有生物分解性和安全性的高效、無毒、無二次污染的水處理劑。它主要由 微生物代謝產(chǎn)生的各種多聚糖類、蛋白質(zhì)，或是蛋白質(zhì)和糖類參與形成的高分子化合物，能產(chǎn)生微生物絮凝 劑的微生物種類很多，它們大量存在于土壤、活性污泥和沉積物中。 J.Nak~m，ra等從霉菌、細菌、放線菌、酵母菌等菌株中篩選出l9種具有絮凝能力的微生物。H.Takagi 等n 人研究了擬青素微生物生產(chǎn)的絮凝劑PF01，對活性污泥、啤酒酵母等許多物質(zhì)具有良好的絮凝效果。紅 平紅球菌生產(chǎn)的絮凝劑NOC-1，是目前發(fā)現(xiàn)絮凝效果的微生物絮凝劑。K.toeda和K.UraneL9 從土壤中分離出革蘭氏陰性菌——產(chǎn)堿性菌Alcaligenecupidus A1 201，它在含有蔗糖的培養(yǎng)基中生長并分泌絮凝物質(zhì)。我國也已涉及這方面的研究，但起步較晚。南開大學(xué)莊源益?zhèn)兒Y選出6株對水中染料有較好的絮凝作 用的菌株（NAT一1至NAT一6），用NAT型生物絮凝劑處理直接黑染料生產(chǎn)廢水，其脫色率可達60％。從微生 物組織中提取的7一谷氨酸聚合物具有一定的絮凝作用n ，如從bacillus sp.PY一90中提取的聚7一谷氨酸， 在濃度為20nv，／L時，對高嶺土懸濁液絮凝效果，當(dāng)加入c 、M 、Fd 時，可提高其絮凝效果；從B. subtillis IFO 3335和B.1icheniformis CCRC 12826中提取的聚7一谷氨酸，對不同的無機和有機懸濁液均具有 較好的絮凝作用。 絮凝劑通過離子鍵、氫鍵的作用與懸浮顆粒結(jié)合，由于絮凝劑的分子量很大，一個絮凝劑分子可同時與 幾個懸浮顆粒結(jié)合，在適宜條件下迅速形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)而沉積，從而表現(xiàn)出很強的絮凝能力。微生物絮凝性與 分子結(jié)構(gòu)、分子量、活性基團等多種內(nèi)部環(huán)境因素有關(guān)，另外，外界環(huán)境因素如pH值、溫度、離子種類、離子 強度等對微生物絮凝劑的活性也有影響。微生物絮凝劑廣泛應(yīng)用于畜產(chǎn)廢水處理、染料廢水的脫色、高濃度 無機物懸浮液廢水的處理、活性污泥的沉降性能的改善、污泥脫水、浮化液的油水分離等方面。然而目前微 生物絮凝劑的研究還處于菌種篩選的實驗室研究
復(fù)合絮凝劑復(fù)合型絮凝劑是近年才開始研制的新型絮凝劑，能克服使用單一絮凝劑的許多不足，適應(yīng)范圍廣，對低 濃度或高濃度水質(zhì)、有色廢水、多種工業(yè)廢水都有良好的凈水效果，脫污泥性好，pH使用范圍大。然而復(fù)合在 有機合成制備上手續(xù)復(fù)雜，成本較高，并有可能存在二次污染。目前還未見復(fù)合絮凝劑有工業(yè)化生產(chǎn)和使用 的報道。 污水或活性污泥中，有機固體顆粒帶負電荷，無機固體顆粒帶正電荷，混合固體顆粒呈電中性。所以有 機污水或污泥加陽離子型絮凝劑，對無機污水或污泥加陰離子型絮凝劑，對混合污水或污泥加非離子型絮 凝劑。趙立志等用含單寧45％的落葉松膠與甲醛、二甲胺在弱酸性條件下進行曼尼希反應(yīng)，使單寧胺甲基 化，制成的絮凝劑與無機、聚丙烯酰胺聯(lián)用，可提高絮凝效果。 帶有PAM的聚合氯化鋁、聚合氯化鐵，為無機有機高分子聚合物，它們具有無機、有機的雙重優(yōu)點，又避 免了兩者的不足，還具有某些獨特的優(yōu)點，使凈水效果得到高度發(fā)揮。無機離子使懸浮顆粒發(fā)生絮凝并沉 淀，高分子有機陽離子的高度架橋又促進了絮凝吸附速度，故能達到快速凈水的目的。江霜英等以天然高 分子物質(zhì)甲殼素制備殼聚糖，并用殼聚糖、聚合鋁和三氯化鐵制成了高效復(fù)合型絮凝劑CAF，其凈水效果優(yōu) 于無機絮凝劑聚合鋁和三氯化鐵，成本更低。
絮凝劑在廢水處理中具有舉足輕重的地位，它正向著高效、無毒、價廉、復(fù)合、多功能、適合工業(yè)化生產(chǎn) 的方向發(fā)展。大力發(fā)展無機鹽聚合物絮凝劑以替代無機鹽絮凝劑，可以降低二次污染，同時也可以減少對設(shè) 備的腐蝕程度。目前我國有機高分子絮凝劑已商品化的僅有PAM、聚丙烯酰胺和羧甲基纖維素等幾個品種， 研究高效無毒的有機合成高分子絮凝劑（如烷基烯丙基鹵化銨的均聚和共聚物類等），優(yōu)化其合成工藝，降 低成本。利用天然高分子化合物無毒、無污染、價廉、選擇性大等優(yōu)點，解決其電荷密度小、分子量低、不穩(wěn) 定、溶解性不好等問題，發(fā)展性能更優(yōu)的絮凝劑。對微生物絮凝劑，目前的任務(wù)是：尋找價廉的培養(yǎng)基和控制 絮凝劑發(fā)揮作用的條件，對絮凝劑合成的條件及影響起絮凝活性的因素進行深入研究，以符合工業(yè)化 生產(chǎn)要求。復(fù)合型絮凝劑以其高效價廉的優(yōu)勢必將迅速發(fā)展，簡化有機合成制備過程，降低生產(chǎn)成本，盡可能減少可能存在的二次污染問題。階段，所用成本較高，一些工藝條件不太成熟，離工業(yè)化生 產(chǎn)還有一定的距離。