[摘要]隨著環(huán)境污染的日益加劇，水資源的再生利用對現(xiàn)實社會具有深遠(yuǎn)的意義。傳統(tǒng)的永處理工藝已跟不上實際要求，研制和開發(fā)新型高效、經(jīng)濟的無機混凝劑，已成為一十重要與緊迫的研究課題。近十幾年來，無機高分子混凝劑(IPC)的研究、發(fā)展受到了國內(nèi)外水處理界的廣泛重視。本文概括了無機高分子混凝劑的研制和開發(fā)現(xiàn)狀；介紹了聚合鋁、聚合鐵、聚合硅酸和復(fù)合型四種無機高分子混凝劑的混凝作用機理和應(yīng)用；并對無機高分子混凝劑今后的研究發(fā)展方向作出展望。 [關(guān)鍵詞]無機高分子混凝劑混凝發(fā)展 隨著全球化進程的加劇。人類面臨著日益嚴(yán)重的全球性環(huán)境污染和資源枯竭的重大問題。水處理劑在防止或消除污染，保護資源和環(huán)境方面正起著越來越重要的作用。混凝是常規(guī)水處理工藝中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，混凝劑的優(yōu)劣直接髟響到混凝效果。無機高分子絮凝劑自60年代開發(fā)以來，因其絮凝效果較好，價格相應(yīng)較低，而有逐步取代傳統(tǒng)的鋁鹽、鐵鹽等無機絮凝劑，成為主流水處理劑的趨勢。在我國絮凝劑市場上，傳統(tǒng)絮凝劑的用量僅占20％，而無機高分子絮凝擲的用量則占80％以上。近年來，這類絮凝劑的研制和應(yīng)用正成為熱點，專利產(chǎn)品也有逐年增加的趨勢。 一、傳統(tǒng)混凝劑與無機高分子混凝劑的混凝機理 傳統(tǒng)絮凝劑在投藥后主要經(jīng)過水解和吸附過程，在濃溶液中的化合態(tài)主要是單體初聚物A11-3投入水中后發(fā)生水解，向生成初聚體和低聚體816-8方向發(fā)展或直接生成Al(OH)3，。這些低聚體以及沉淀物吸附在顆粒物的表面。發(fā)揮電中和及粘結(jié)架橋或卷掃作用。 而高質(zhì)量的無機高分子絮凝劑與顆粒物的吸附實際是表面絡(luò)合配位作用，表面羥基將會適當(dāng)補充其未飽和位，吸附在表面后，仍會從溶液申吸取羥基。繼續(xù)其水解沉淀過程，直到飽和成為氫氧化物沉淀凝膠，與顆粒物一起生成絮團。因此，無機高分子的凝聚——絮凝機理實際是表面絡(luò)合與表面沉淀過程。 傳統(tǒng)絮凝劑作用機理是絮凝劑投入水中后，經(jīng)水解而全部水解生成氫氧化鋁沉淀，實際是帶電荷的氫氧化鋁凝膠吸附在顆粒物表面發(fā)揮凝膠——絮凝作用。無機高分子的作用機理則與此不同。它們是投入水中后主要以Al1-3直接吸附在顆粒物表面。在表面上繼續(xù)水解而轉(zhuǎn)化為沉淀，由此進行電中和及牯結(jié)架橋的凝聚——絮凝作用，因此，無機高分子的絮凝計算模式應(yīng)是建立在表面絡(luò)合及表面沉淀的基礎(chǔ)上。 二、無機高分子絮凝劑的研制和開發(fā)現(xiàn)狀 無機高分子絮凝劑傳統(tǒng)上可分為聚合鋁、聚合鐵、聚合硅酸以及復(fù)合型無機高分子絮凝劑四大類，但按照水中膠粒所帶電荷種類也可以將其分為陽離子型、陰離子型和若干復(fù)合系列。 無機高分子絮凝劑的研制與開發(fā)大致經(jīng)歷了以下4十階段；①聚合鋁、聚合鐵或聚硅酸；②在聚臺鋁、聚合鐵或聚硅酸中引入單種金屬離子AL或Fe；③在聚合鉬、聚合鐵或聚硅酸中同時引入兩種金屬離子Al和F：④在聚合鋁、聚合鐵或聚硅酸中引入多種金屬離子AL、fe、Mn、Ca等。改性的目的是引入某些高電荷離子以提高電荷的中和能力，引入羥基、磷酸根等以增強配位絡(luò)合能力，從而達(dá)到改善其絮凝效果的目的。 聚合鋁的缺點是在熱力學(xué)上不穩(wěn)定而失去活性。為保證其有適宜的儲存性能租適度的穩(wěn)定性，必須控制適當(dāng)?shù)膲A化度和聚臺度成加入穩(wěn)定增效劑。尤其是活性鋁，毒性較大，同時聚鋁制備方法不完善，致使較多水解鋁的徽細(xì)顆粒存在于溶液中，這在一定程度上限制了聚合鋁的使用。通過改善混凝反應(yīng)條件，延長慢速混凝時間，能有效降低水中鋁的含量。對聚鐵來說，其鹽基度越高，分手聚合度越大，形成的羥基配合物就具有更多的電荷和更大的表面積，絮凝性能也就更好。因此制備聚合鐵時，鹽基度的控制是一個關(guān)鍵因素。 聚硅酸對細(xì)泥類懸浮物有加速沉淀的作用，其最大缺點是穩(wěn)定性差，在溶液中能自行聚臺成不溶于永的高聚物，只能現(xiàn)配現(xiàn)用，而向硅酸溶膠中加入某些金屬離子，可以阻止或減緩硅酸縮聚時間，同時也可以延長聚硅酸的存入時間，但還無法制備出聚硅酸金屬鹽混凝劑的固體產(chǎn)品。使其應(yīng)用范圍大大受到了限制。 無機復(fù)合型高分子絮凝劑中由于引入其它離子，尤其是高電荷離子，其聚合度和電荷中和能力大大加強，絮凝性能遠(yuǎn)優(yōu)于聚硅酸或單獨的聚金屬離子。其缺點是制備過程操作技巧性比較強，產(chǎn)品成本也鞍高。與無機高分子絮凝劑相比，有機高分子絮凝劑投加量少。絮凝速度快，受共存鹽類、pH和溫度等周圍環(huán)境影響小：另外，有機高分子絮凝劑分子所帶的－NH－、－COO－、－SO3－，等具有鏈狀、環(huán)狀等多種結(jié)構(gòu)的親水基團，有利于污染物進人絮凝體，脫色性好。但有機高分手絮凝劑的水解或降解產(chǎn)物多有毒，而且價格較高。而無機一有機高分子絮凝劑連用正好可以綜合二者的優(yōu)點，因此無機一有機復(fù)合型應(yīng)用前景廣闊。 三、各類無機高分子混凝劑的混凝作用機理及應(yīng)用 1、聚合鋁 ①混凝作用機理 聚合鋁包括聚合氯化鋁和聚合硫酸鋁。聚合鋁實際上是一種多鋁多羥基絡(luò)合物，它是一條件控制下鋁鹽的水解——聚合——沉淀過程的中間產(chǎn)物。在水解過程中，鋁由單體逐步聚合，其形態(tài)轉(zhuǎn)化過程為：A13+→A12(OH)4+2→A17(OH)5+16→Al1304(OH)7+24 水處理中聚合鋁的混凝作用機理是：以其水解產(chǎn)物對水中顆粒或膠體污染物進行電中和和脫穩(wěn)，吸附架橋或牯附卷掃而生成粗粒絮凝體再加以分離去除。對混凝過程中起主要作用的因素是藥劑投加置。pH值和顆粒表面積濃度等參數(shù)。 ②應(yīng)用 聚合鋁，特別是聚合氯化鋁具有絮凝體形成快、沉降迅速、混凝效果好、污泥脫水容易、對原水性質(zhì)變化適應(yīng)性強、適宜的范圍寬、用量小、腐蝕小、成本低等優(yōu)點。因而廣泛地應(yīng)用于給水凈化、廢水處理以及鑄造、輕工、醫(yī)藥、機械等方面。