常见净水混凝剂聚氯化铝,聚铁,聚硅酸铝铁对比分析
佰科公司通过常见净水混凝剂聚氯化铝,聚铁,聚硅酸铝铁及复合型无机高分子好兄弟剂,并对其生产工艺和净水应用等研究,并分析了对无机高分子絮凝的前沿进展.
混凝过程是给水和废水处理众多工艺流程中不可缺少的前置单元操作技术，而絮凝剂又是决定絮凝效果的关键因素之一。絮凝剂种类有200—300种。按化学成分可分为无机和有机两大类¨ 。有机絮凝剂品种很多，均为巨大的线性高分子，但因其可能的毒性，在水处理中用得较少，无机混凝剂品种较少，但在水处理中应用广泛。
无机高分子絮凝剂(IPF)是2O世纪60年代以来发展起来的又一类新型水处理药剂 J。它比传统絮凝剂性能更优异，又比有机高分子絮凝剂(OPF)价格低廉，尤其在当前水源污染日趋加剧的情况下，IPF发挥了重要作用，因而被称为第二代无机絮凝剂。目前IPF的生产和应用在全世界都得到了迅速发展，已成为主流絮凝剂。近年来，这类絮凝剂的研制和应用正成为热点，开发各种新型无机高分子絮凝剂是该领域的热门研究课题。
1 聚锅絮凝剂
自20世纪初，美国、德国、前苏联、日本等国就陆续有化学家研究铝的碱式盐，并发现有更高的絮凝能力。我国是20世纪6O年代开始研究聚合铝的，80年代以后聚合铝在我国得到普遍的应用。吴对林等 利用“双水解模型”及转化的“双水解连续”模型，成功的解释了铝的高聚物与多核聚合物之间、多核聚合物之间可以相互转化。1990年，胡勇有等 将该类研究推广到三价共存阴离子增聚聚合铝，在阴离子对铝盐水解一聚合的作用机理以及该类聚合铝制备和应用方面取得了一系列的成果。聚合铝包括聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)等主要类型，目前得到广泛应用的主要是聚合氯化铝。
聚合氯化铝作为常用的无机高分子絮凝剂，其混凝机理至今仍未达到统一的认识。但大多数人认为，由于聚合铝是一种含羟基的聚合物，有很强烈的界面吸附能力，其在颗粒物表面结合的效应，对于颗粒物是其负电荷向正电荷的转化，对于聚合铝则是结合表面OH发生进一步的水解，其发展趋势则是在高浓度、高pH条件下形成表面沉淀，表面覆盖层则可由聚合铝转化为铝凝胶以至氢氧化铝沉淀，此时凝聚作用转化为絮凝作用为主，电中和作用转化为粘附卷扫作用为主。与传统的铝盐相比，聚合铝由于含有更多的高电荷、高聚合度形态，因而具有更强的电中和能力和强烈的吸附能力，投加到水中后能立即发挥混凝的佳作用，从而表现出优异的混凝效果。
李洁等 以结晶AIC1 为原料制备聚合氯化铝(PAC)，用聚硅酸对其进行改性，获得了改性的聚硅酸氯化铝絮凝剂。并将其用于含油废水的处理，当控制投加量为125 mg／L，pH 为8，搅拌时间为20 rain，温度为50。【=时，其对于含油废水的除油率，COD去除率效果佳。
徐天有 以铝灰为原料生产聚合铝，研究表明，原料配比为1：5．19：7．31(铝灰：盐酸：水)，采用先加铝灰后滴加盐酸的操作方法，温度控制在80～ 85℃ ，反应完成后用碱液调母液pH在3．5—5之间，再熟化一段时间，所得产品的水处理效果较好。
晏永祥等 利用高纯盐酸和氢氧化铝酸溶法制备PAC，m(盐酸)：m(氢氧化铝)=1．7：1时，氢氧化铝的溶出率和PAC的盐基度均较高，控制压力在0．3～0．4 MPa为宜，反应时间控制在6 h好。高浓度盐酸对PAC的生产有利，但当PAC(以氧化铝计)质量分数>18％ 时，产品不稳定，含量越高，贮存稳定性越差。
毛欣等-6 采用废分子筛制备聚合氯化铝净水剂，佳制备工艺条件为：原料配比盐酸与废分子筛液固重量比3．3—3．1，反应时间为3—3．5 h，熟化温度为6O一65 cI=，熟化时间为1—1．5 h时，产品在盐基度70％ 一80％，其工艺简单、切实可行，且以废治废，具有良好的社会和经济效益。
2 聚铁絮凝剂
聚合硫酸铁(PFS)是在硫酸铁分子族的网状结构中插入羟基后形成的一种无机高分子絮凝剂，可有效去除水中的悬浮物、有机物、硫化物、亚硝酸盐、胶体及金属离子。PFS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作用。PFS处理含油污水的效果远比硫酸亚铁显著，且对金属设备的腐蚀性较小。处理前后pH值基本无变化，COD值和浊度去除率达95％ 以上，既能以废治废又能保护环境。
2．1 PFS制备
聚合硫酸铁也称碱式硫酸铁或羟基硫酸铁，其分子式一般可表示为[Fe：(OH)n(SO )，一n／2]m，它是硫酸铁在水解絮凝过程中的一个中间产物。液体聚合硫酸铁本身含有大量的聚合阳离子，如[Fe3(OH) ]¨，[Fe6(OH) ：]¨，[Fe O(OH) ]等，其在水溶液中存在着[Fe(H O) ]¨，[Fe (H O)，]¨，[Fe(H O)：]¨等络合阳离子。它们以羟基(OH)架桥形成多核络离子，从而形成巨大的无机高分子化合物，相对分子量高达1 X 10 。由于上述络合离子的存在，它能够强烈地吸附胶体微粒，通过粘附、架桥、交联促使微粒絮凝。同时伴随一系列的物理、化学变化，可中和胶体微粒及悬浮物表面的电荷，降低胶体的Zeta电位，从而破坏胶团的稳定性，使胶团微粒相互碰撞而形成絮状沉淀物。这种絮状沉淀物表面积很大，极具吸附能力r 。由于PFS的这种既可吸附，又可脱稳，既有粘附又有架桥的作用，使之成为性能优越的无机高分子絮凝剂。
张敬东等 提出了微生物氧化法。硫铁矿(FeS )先经自然氧化为FeSO ，生成的亚铁离子经氧化亚铁杆菌作用，生成三价铁离子，然后FeS 和Fe：(SO ) 发生反应，生成的硫磺经氧化硫杆菌作用转化为硫酸，由以上构成循环反应，终FeS：被氧化为Fe：(sO )，，再经水解、聚合可制得聚合硫酸铁。
方莉等 提出了一种人工强制合成高聚合度PFS的工艺。该工艺是在各种铁的氯盐溶液中，边高速搅拌边加入碳酸钠聚合剂聚合，反应3．5 h左右，可以生成胶状絮凝剂，干燥后即制得固体产品。吴济华¨ 研究了利用固相配位化学工艺制备聚合硫酸铁。以硫酸亚铁为原料，在催化剂作用下，搅拌混合氧化，然后再加入一定量硫酸聚合制得分子式为Fe2mOn(SO4)3m-n(m
2．2 PFS的应用
易德莲等¨ 用聚合硫酸铁处理含砷污水，pH值控制在适宜范围内，可使硫酸厂污水中砷含量由8．2 mg／L下降到0．5 mg／L以下，远远低于国家排放标准。
吕向红¨ 用聚合硫酸铁处理制革污水，当pH=8．5和投药量为300 mg／L(Fe“ 计)时，COD和S 一去除率分别达到83．4％和96．4％ ，其处理效果远远好于FeSO 的处理效果。
刘国平 用聚合硫酸铁处理废水，其中对于染料废水的脱色率高达95％ ；对于乳化液废水的处理，水中油的去除率高达99．8％ 。郑怀礼 等利用四川染料厂的废硫酸样品和重庆火力发电厂粉煤灰样品(并适当添加其含铁废渣)制备的聚合硫酸铁混凝效果良好。
蒋丽玫 等用聚合硫酸铁处理造纸废水使sS大量降低的同时，COD、色度也随之下降。由此使造纸废水处理有了突破性的进展，而且铁盐无毒，使用安全。
3 聚合硅酸絮凝剂 墙驯
聚硅酸是常使用的助絮剂，但在储存时由于自聚作用易析出硅胶而失去絮凝功能。一些金属离子有抑制硅酸聚合延缓其胶凝的作用，这主要是因为聚硅酸中引人金属离子后，一方面降低了溶液的pH值，使其中有效成分的数量减少，另一方面降低了聚硅酸表面发生聚合作用的羟基氧的电子密度，从而抑制了硅酸的聚合 。人们把活性硅和一般金属盐类絮凝剂(铝盐、铁盐)的优点结合起来，研究开发出了许多聚硅酸金属盐类产品。
袁斌等 引以AI2(SO4)3和Na2SiO3为原料，采用复合共聚法，制各了PASS，并对其除浊、脱色、除油的性能进行了研究，均取得了满意的处理效果。乔燕等 J以聚合氯化铝(PAC)和水玻璃为原料，采用复合共聚的方法成功地研制出了聚合氯化铝硅(PASC)复合混凝剂。对制备PASC工艺中聚硅酸(PSA)的浓度、pH值、聚合活化时间、聚合氯化铝盐基度等工艺参数进行了选择与优化：并对PASC和PAC进行了长江水的混凝性能实验对比，结果表明，PASC具有更优异的混凝性能。大量研究表明，铝硅复合混凝剂具有优良的净水效果和较低的残留铝含量。
聂丽君等 采用一步法合成聚硅酸铝铁的佳条件为：Fe／AI摩尔比为0．25，Na SiO ·9H 0溶液聚合时间和反应时间均为10 min，反应温度为4O℃ ，Al／Si摩尔比为1．0。其对低浓度的煤泥水的混凝效果和在短时间内对高浓度的煤泥水的混凝效果均好于商品PAC。
4 展望
随着全球污染的加剧，我们现在面临的挑战还包括去除水体中痕量的污染物。为了适应这种形势，现在很多研究人员都在积极研究开发复合型混凝剂或者絮凝剂，在这方面国内的研究也相当活跃。近几年国外已经开始吸附型混凝剂的研究，例如在混凝剂中加人超微粉吸附剂，如粉末活性炭、硅藻土、活性粘土等，这样吸附剂可以与混凝剂协同作用，达到去除胶体和分子分散状态物质的目的 引。虽然无毒、可生物降解的与环境相协调的天然有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂的研究取得了一定的进展，但无机高分子混凝剂无毒、价廉、高效的优点，在废水处理中占有重要位置。总的说来，我国多数厂家生产的规模不大，工业化程度不高，产品质量不够稳定，能够持续进入国际市场的不多，而目前国际上有些厂家也在积极活动进入我国市场。所以，没有深入的科学与技术基础研究，很难生产出高优性能的产品，满足我国日益增长的生产和环境污染治理的需求。因此，开发研制新型高效的无机高分子絮凝剂仍需研究人员长期不断的努力。
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