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摘 要：概述了混凝剂的分类，对国内外各类混凝剂包括有机和无机混凝剂的研究动态以及在水处理中的应用和发展，同时对混凝剂今后的发展趋势和研究方向做了展望。
关键词：混凝剂、污水处理技术、发展趋势、发展方向
1、引言
近几年来混凝剂在电厂还是无论其它行业的水处理中都得到了迅速的发展，应用范围极其广泛，对各种污水处理中的净化作用都是很重要的，对水处理中的杂质具有很好的处理效果从而降低水处理中的各种混合物，因此混凝剂在水处理中有着很广泛的前景。
2、混凝机理
“混凝”就是水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程，这一过程涉及三方面问题：水中胶体粒子的性质；混凝剂在水中的水解物以及胶体粒子与混凝剂之间的相互作用。水处理中的混凝现象比较复杂。不同种类混凝剂以及不同的水质条件，混凝机理都有所不同，许多年来水处理专家们从铝盐和铁盐混凝现象开始，对混凝剂作用的机理进行了不断研究，理论也获得了不断发展。DLVO理论的提出使胶体稳定性及在一定条件下的胶体凝聚的研究取得了巨大的进展。但是DLVO理论并不能全面解释水处理中的一切混凝现象，当前，看法比较一致的是，混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有三种：电性中和、吸附架桥和卷扫作用。这3中作用究竟以何者为主，取决于混凝剂种类和投加量、水中胶体粒子性质、含量以及水的PH值等。这3种作用有时会同时发生，有时仅其中1-2种机理起作用。
3、混凝剂的分类
按无机和有机类可分成以下几种：
4、常用混凝剂的作用和发展前景：
4.1、 硫酸铝 硫酸铝含有不同数量的结晶水，Al2(SO4)3·18H2O，其中n=6、10、14、16，18和27，常用的是Al2(SO4)3·18H2O其分子量为666.41，比重1.61，外观为白色，光泽结晶。 硫酸铝易溶于水，水溶液呈酸性，室温时溶解度大致是50％，pH值在2.5以下。沸水中溶解度提高至90％以上。 硫酸铝使用便利，混凝效果较好，不会给处理后的水质带来不良影响。当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散。 硫酸铝在我国使用最为普遍，大都使用块状或粒状硫酸铝。根据其中不溶于水的物质的含量，可分为精制和粗制两种。硫酸铝易溶于水，可干式或湿式投加。湿式投加时一般采用10—20％的浓度(按商品固体重量计算)。硫酸铝使用时水的有效pH值范围较窄，约在5.5—8之间，其有效pH值随原水的硬度含量而异：对于软水，pH值在5.7—6.6；中等硬度的水为6.6—7.2；硬度较高的水则为7.2—7.8。在控制硫酸铝剂量时应考虑上述特性。有时加入过量硫酸铝，会使水的pH值降至铝盐混凝有效pH值以下，既浪费了药剂，又使处理后的水发混。 粗制硫酸铝中有效氧化铝含量基本与精制相同，主要是不溶于水的物质含量高，废渣较多，最好用热水并拌以搅拌，才能完全溶解，因含有游离酸，酸度较高，腐蚀性强，溶解与投加设备应考虑防腐。4.2、聚合氯化铝 聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂。六十年代， 日本在制造与应用方面做了大量工作，有逐步取代硫酸铝的趋势。我国在1973年曾在成都召开全国新型混凝剂技术经验交流会，会上对聚合氯化铝的产品质量提出了要求，其中要求含氧化铝(Al2O8)10％以上，碱化度為50—80％，不溶物1％以下等。 我国某些地区仍将聚合氯化铝称为碱式氯化铝[A1n(OH)mCl3n-m]，这是由于对它的基本化学式的不同理解而造成的。聚合氯化铝的化学式应表示为[Al2(OH)nC18-n]m，其中n可取1到5中间的任何整数，m为≤10的整数。这个化学式实际指m个A12(OH)nCl6-n(称羟基氯化铝)单体的聚合物。 聚合氯化铝中OH-与Al的比值对混凝效果有很大关系，一般可用碱化度B表示：，例如n＝4时，碱化度。一般要求B为40～60％。
聚合氯化铝作为混凝剂处理水时，有下列优点：
a)、对污染严重或低浊度、高浊度、高色度的原水都可达到好的混凝效果。
b)、水温低时，仍可保持稳定的混凝效果，因此在我国北方地区更适用。
c)、矾花形成快；颗粒大而重，沉淀性能好，投药量—般比硫酸铝低。
d)、适宜的pH值范围较宽，在5—9间，当过量投加时也不会像硫酸铝那样造成水浑浊的反效果。
e)、其碱化度比其他铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小，且处理后水的pH值和碱度下降较小。 聚合氯化铝的混凝机理与硫酸铝相同，硫酸铝的混凝机理包括了开始的铝离子，最后的氢氧化铝胶体和其中间产物(各种形态的水解聚合物)的作用。对于水中负电荷不高的粘土胶体，最好利用正电荷较低而聚合度大的水解产物，而对于形成颜色的有机物，则以正电荷较高的水解产物发挥作用为宜。但硫酸铝的化学反应甚为复杂，不可能根据不同水质人为地来控制水解聚合物的形态。至于聚合氯化铝则可根据原水水质的特点来控制制造过程中的反应条件，从而制取所需要的最适宜的聚合物，当投入水中，水解后即可直接提供高价聚合离子，达到优异的混凝效果。目前我国聚合氯化铝应用中存在的问题主要是各地土法综合利用制得的产品，因受原料、工艺条件等限制、质量受到影响，而各地区又缺乏具有完善工艺的专门厂家。4.3、三氯化铁 三氯化铁(FeCl3·6H2O)是一种常用的混凝剂，是黑褐色的结晶体，有强烈吸水性，极易溶于水，其溶解度随温度上升而增加，形成的矾花，沉淀性能好，处理低温水或低浊水效果比铝盐好。我国供应的三氯化铁有无水物、结晶水物和液体。液体、晶体物或受潮的无水物腐蚀性极大，调制和加药设备必须考虑用耐腐蚀器材(不锈钢的泵轴运转几星期也即腐蚀，用钛制泵轴有较好的耐腐性能)。三氯化铁加入水后与天然水中碱度起反应，形成氢氧化铁胶体，其反应式为
以上反应式只是一个粗略的表示方法，实际上要复杂得多，当被处理水的碱度低或其投加量较大时，在水中应先加适量的石灰。 水处理中配制的三氯化铁溶液浓度宜高，可达46％。 三氯化铁的优点是形成的矾花比重大，易沉降，低温、低浊时仍有较好效果，适宜的PH值范围也较宽，缺点是溶液具有强腐蚀性，处理后的水的色度比用铝盐高。
4.4、有机高分子混凝剂有极高分子混凝剂又分为天然和人工合成两种。在给水处理中，人工合成的日益增多并占据主要地位。这类混凝剂均为巨大的线性分子。每一大分子由许多链节组成且常含有带电基团，故又称聚合电解质。按基团带电情况可分为以下4种：凡基团离解后带正电荷者称阳离子型，带负电荷者为阴离子型，分子中既含正电基团又含负电基团者称两性型，若分子中不含可离解基团者为非离子型。水处理中常用的是阳离子型、阴离子型和非离子型3种高分子混凝剂，两性使用极少。
非离子型聚合物的主要产品是聚丙烯酰胺(PAM)。它的产量占高分子混凝剂生产总量的80％，是一种最重要的和使用最多的高分子混凝剂。在我国西北地区用来处理高浊度水，也称为三号絮凝剂，其结构式为 ：
我国有的产品聚合度大约2万—9万，分子量可达150万—800万。
高分子混凝剂的凝聚作用主要通过以下二方面进行。
a)、由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用对胶粒有较强的吸附结合力。
b)、因为高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展形状，从而发挥吸附架桥作用把许多细小颗粒吸附后，缠结在一起。
阳离子型聚合物通常带有氨基（-NH3+）、亚氨基（-CH2-NH2+- CH2）等正电基团。由于水中胶体一般带负电荷，所以阳离子型聚合物均具有优良的混凝效果。国外使用阳离子型聚合物有日益增多的趋势，由于阳离子型聚合物价格昂贵我国目前很少使用但是也开始研究。有极高分子混凝剂的毒性是人们关注的焦点，PAM以及很多的高分子混凝剂的毒性主要在单体丙烯酰胺，所以产品中的单体残留量有严格的控制，有的国家规定丙烯酰胺含量不超过0.2%，有的国家规定不超过0.05%。5、发展展望
目前我国无机混凝剂的品种比较齐全，但人工合成有机高分子混凝剂相对国外而言品种较少，我国常用的聚合电解质混凝剂为聚丙烯酰胺系列化合物，虽然目前无机-有机高分子复合混凝剂的发展较快，但是它的最大缺点是难降解，环境污染严重，这样的话就不符合我国的现状。随着科学技术日益的发展，利用工业生产的废弃物作为废水处理混凝剂或其它原材料的研究是现在值得重视的一项措施，例如，焦化废水与氯化亚铜废水会产生互凝作用，可用于同时处理两种废水。选择性混凝剂也是混凝剂研制的新课题之一，这种混凝剂可在具有两种以上胶粒的肢体系统内，使得其中的一种或几种产生混凝沉降，而其它的胶粒保持分散状态。
参考文献：
张自杰顾夏声，给水排水工程（第四版），中国建筑工业出版社
汪德生 张洪林 蒋林生，絮凝剂发展现状与应用前景
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：混凝剂、污水处理技术、发展趋势、发展方向
1、引言
近几年来混凝剂在电厂还是无论其它行业的水处理中都得到了迅速的发展，应用范围极其广泛，对各种污水处理中的净化作用都是很重要的，对水处理中的杂质具有很好的处理效果从而降低水处理中的各种混合物，因此混凝剂在水处理中有着很广泛的前景。
2、混凝机理
“混凝”就是水中胶体粒子以及微小悬浮物的聚集过程，这一过程涉及三方面问题：水中胶体粒子的性质；混凝剂在水中的水解物以及胶体粒子与混凝剂之间的相互作用。水处理中的混凝现象比较复杂。不同种类混凝剂以及不同的水质条件，混凝机理都有所不同，许多年来水处理专家们从铝盐和铁盐混凝现象开始，对混凝剂作用的机理进行了不断研究，理论也获得了不断发展。DLVO理论的提出使胶体稳定性及在一定条件下的胶体凝聚的研究取得了巨大的进展。但是DLVO理论并不能全面解释水处理中的一切混凝现象，当前，看法比较一致的是，混凝剂对水中胶体粒子的混凝作用有三种：电性中和、吸附架桥和卷扫作用。这3中作用究竟以何者为主，取决于混凝剂种类和投加量、水中胶体粒子性质、含量以及水的PH值等。这3种作用有时会同时发生，有时仅其中1-2种机理起作用。
3、混凝剂的分类
按无机和有机类可分成以下几种：
4、常用混凝剂的作用和发展前景：
4.1、 硫酸铝 硫酸铝含有不同数量的结晶水，Al2(SO4)3·18H2O，其中n=6、10、14、16，18和27，常用的是Al2(SO4)3·18H2O其分子量为666.41，比重1.61，外观为白色，光泽结晶。 硫酸铝易溶于水，水溶液呈酸性，室温时溶解度大致是50％，pH值在2.5以下。沸水中溶解度提高至90％以上。 硫酸铝使用便利，混凝效果较好，不会给处理后的水质带来不良影响。当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散。 硫酸铝在我国使用最为普遍，大都使用块状或粒状硫酸铝。根据其中不溶于水的物质的含量，可分为精制和粗制两种。硫酸铝易溶于水，可干式或湿式投加。湿式投加时一般采用10—20％的浓度(按商品固体重量计算)。硫酸铝使用时水的有效pH值范围较窄，约在5.5—8之间，其有效pH值随原水的硬度含量而异：对于软水，pH值在5.7—6.6；中等硬度的水为6.6—7.2；硬度较高的水则为7.2—7.8。在控制硫酸铝剂量时应考虑上述特性。有时加入过量硫酸铝，会使水的pH值降至铝盐混凝有效pH值以下，既浪费了药剂，又使处理后的水发混。 粗制硫酸铝中有效氧化铝含量基本与精制相同，主要是不溶于水的物质含量高，废渣较多，最好用热水并拌以搅拌，才能完全溶解，因含有游离酸，酸度较高，腐蚀性强，溶解与投加设备应考虑防腐。4.2、聚合氯化铝 聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂。六十年代， 日本在制造与应用方面做了大量工作，有逐步取代硫酸铝的趋势。我国在1973年曾在成都召开全国新型混凝剂技术经验交流会，会上对聚合氯化铝的产品质量提出了要求，其中要求含氧化铝(Al2O8)10％以上，碱化度為50—80％，不溶物1％以下等。 我国某些地区仍将聚合氯化铝称为碱式氯化铝[A1n(OH)mCl3n-m]，这是由于对它的基本化学式的不同理解而造成的。聚合氯化铝的化学式应表示为[Al2(OH)nC18-n]m，其中n可取1到5中间的任何整数，m为≤10的整数。这个化学式实际指m个A12(OH)nCl6-n(称羟基氯化铝)单体的聚合物。 聚合氯化铝中OH-与Al的比值对混凝效果有很大关系，一般可用碱化度B表示：，例如n＝4时，碱化度。一般要求B为40～60％。
聚合氯化铝作为混凝剂处理水时，有下列优点：
a)、对污染严重或低浊度、高浊度、高色度的原水都可达到好的混凝效果。
b)、水温低时，仍可保持稳定的混凝效果，因此在我国北方地区更适用。
c)、矾花形成快；颗粒大而重，沉淀性能好，投药量—般比硫酸铝低。
d)、适宜的pH值范围较宽，在5—9间，当过量投加时也不会像硫酸铝那样造成水浑浊的反效果。
e)、其碱化度比其他铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小，且处理后水的pH值和碱度下降较小。 聚合氯化铝的混凝机理与硫酸铝相同，硫酸铝的混凝机理包括了开始的铝离子，最后的氢氧化铝胶体和其中间产物(各种形态的水解聚合物)的作用。对于水中负电荷不高的粘土胶体，最好利用正电荷较低而聚合度大的水解产物，而对于形成颜色的有机物，则以正电荷较高的水解产物发挥作用为宜。但硫酸铝的化学反应甚为复杂，不可能根据不同水质人为地来控制水解聚合物的形态。至于聚合氯化铝则可根据原水水质的特点来控制制造过程中的反应条件，从而制取所需要的最适宜的聚合物，当投入水中，水解后即可直接提供高价聚合离子，达到优异的混凝效果。目前我国聚合氯化铝应用中存在的问题主要是各地土法综合利用制得的产品，因受原料、工艺条件等限制、质量受到影响，而各地区又缺乏具有完善工艺的专门厂家。4.3、三氯化铁 三氯化铁(FeCl3·6H2O)是一种常用的混凝剂，是黑褐色的结晶体，有强烈吸水性，极易溶于水，其溶解度随温度上升而增加，形成的矾花，沉淀性能好，处理低温水或低浊水效果比铝盐好。我国供应的三氯化铁有无水物、结晶水物和液体。液体、晶体物或受潮的无水物腐蚀性极大，调制和加药设备必须考虑用耐腐蚀器材(不锈钢的泵轴运转几星期也即腐蚀，用钛制泵轴有较好的耐腐性能)。三氯化铁加入水后与天然水中碱度起反应，形成氢氧化铁胶体，其反应式为
以上反应式只是一个粗略的表示方法，实际上要复杂得多，当被处理水的碱度低或其投加量较大时，在水中应先加适量的石灰。 水处理中配制的三氯化铁溶液浓度宜高，可达46％。 三氯化铁的优点是形成的矾花比重大，易沉降，低温、低浊时仍有较好效果，适宜的PH值范围也较宽，缺点是溶液具有强腐蚀性，处理后的水的色度比用铝盐高。
4.4、有机高分子混凝剂有极高分子混凝剂又分为天然和人工合成两种。在给水处理中，人工合成的日益增多并占据主要地位。这类混凝剂均为巨大的线性分子。每一大分子由许多链节组成且常含有带电基团，故又称聚合电解质。按基团带电情况可分为以下4种：凡基团离解后带正电荷者称阳离子型，带负电荷者为阴离子型，分子中既含正电基团又含负电基团者称两性型，若分子中不含可离解基团者为非离子型。水处理中常用的是阳离子型、阴离子型和非离子型3种高分子混凝剂，两性使用极少。
非离子型聚合物的主要产品是聚丙烯酰胺(PAM)。它的产量占高分子混凝剂生产总量的80％，是一种最重要的和使用最多的高分子混凝剂。在我国西北地区用来处理高浊度水，也称为三号絮凝剂，其结构式为 ：
我国有的产品聚合度大约2万—9万，分子量可达150万—800万。
高分子混凝剂的凝聚作用主要通过以下二方面进行。
a)、由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用对胶粒有较强的吸附结合力。
b)、因为高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展形状，从而发挥吸附架桥作用把许多细小颗粒吸附后，缠结在一起。
阳离子型聚合物通常带有氨基（-NH3+）、亚氨基（-CH2-NH2+- CH2）等正电基团。由于水中胶体一般带负电荷，所以阳离子型聚合物均具有优良的混凝效果。国外使用阳离子型聚合物有日益增多的趋势，由于阳离子型聚合物价格昂贵我国目前很少使用但是也开始研究。有极高分子混凝剂的毒性是人们关注的焦点，PAM以及很多的高分子混凝剂的毒性主要在单体丙烯酰胺，所以产品中的单体残留量有严格的控制，有的国家规定丙烯酰胺含量不超过0.2%，有的国家规定不超过0.05%。5、发展展望
目前我国无机混凝剂的品种比较齐全，但人工合成有机高分子混凝剂相对国外而言品种较少，我国常用的聚合电解质混凝剂为聚丙烯酰胺系列化合物，虽然目前无机-有机高分子复合混凝剂的发展较快，但是它的最大缺点是难降解，环境污染严重，这样的话就不符合我国的现状。随着科学技术日益的发展，利用工业生产的废弃物作为废水处理混凝剂或其它原材料的研究是现在值得重视的一项措施，例如，焦化废水与氯化亚铜废水会产生互凝作用，可用于同时处理两种废水。选择性混凝剂也是混凝剂研制的新课题之一，这种混凝剂可在具有两种以上胶粒的肢体系统内，使得其中的一种或几种产生混凝沉降，而其它的胶粒保持分散状态。
参考文献：
张自杰顾夏声，给水排水工程（第四版），中国建筑工业出版社
汪德生 张洪林 蒋林生，絮凝剂发展现状与应用前景
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。