在水處理中，所用的絮凝劑種類很多，但從化學(xué)的角度看主要有無(wú)機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑兩大類。
有機(jī)絮凝劑
有機(jī)絮凝劑是指起絮凝作用的有機(jī)物質(zhì)。這類絮凝劑主要是有機(jī)高分子化合物，早期使用的主要是淀粉、明膠、藻朊酸鈉等天然有機(jī)高分子化合物。
高分子絮凝劑的絮凝機(jī)理與小分子有所不同，不僅與電荷作用有關(guān)，而且和其本身的長(zhǎng)鏈特性有密切的關(guān)系，這可用架橋機(jī)理來解釋。長(zhǎng)鏈的高分子一部分被吸附在膠體顆粒表面上，而另一部分被吸附在另一個(gè)顆粒表面，并可能有更多的膠體顆粒吸附在一個(gè)高分子的長(zhǎng)鏈上，這好象架橋一樣把這些膠體顆粒連接起來，從而容易發(fā)生絮凝。這種絮凝通常需要高分子絮凝劑的濃度保持在較窄的范圍內(nèi)才能發(fā)生，如果濃度過高，膠體的顆粒表面吸附了大量的高分子，就會(huì)在表面形成的空間保護(hù)層，阻止了架橋結(jié)構(gòu)的形成，反而比較穩(wěn)定，使得絮凝不易發(fā)生。這就是目前研究很熱門的空間穩(wěn)定。所以絮凝劑的加入量有一個(gè)最佳值，在此值時(shí)，絮凝效果最好；超過此值時(shí)，絮凝效果會(huì)下降，若超過過多，反而起到穩(wěn)定保護(hù)作用。高分子絮凝劑的相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)絮凝效果的影響一般是相對(duì)分子質(zhì)量越大，其架橋能力越強(qiáng)，絮凝效果亦越好。但是相對(duì)分子質(zhì)量太大的高分子絮凝劑不僅溶解困難，運(yùn)動(dòng)遲緩，而且吸附的膠體顆粒的空間距離太遠(yuǎn)，不容易聚集，達(dá)不到有效的絮凝。
有機(jī)高分子絮凝劑按其離子性分類，可分為陰離子型、弱陰離子型、非離子型、陽(yáng)離子型4大類。其中聚丙烯酰胺類用量最大，其用量約占高分子絮凝劑的80%。
陰離子型、弱陰離子型、非離子型一般用于廢水處理，而陽(yáng)離子型主要用于有機(jī)污泥的廢水處理中。高分子絮凝劑的作用原理與廢水中懸浮物的種類、表面性質(zhì)、電位、粒度、濁度和懸浮液的pH值有關(guān)，主要有：
①能使疏水性的膠體顆粒表面的Zeta電位下降，從而讓顆粒彼此接觸而絮凝。
②懸浮粒子被高分子絮凝劑吸附，橋聯(lián)結(jié)合，形成大顆粒絮凝而沆淀。
③高分子絮凝劑可以沉淀在水溶液中溶解或水合一些離子型有機(jī)物。
有機(jī)絮凝劑用得最多的是聚丙烯酰胺(PAM)和聚丙烯酸鈉。
聚丙烯酰胺絮凝劑：聚丙烯酰胺簡(jiǎn)稱PAM。聚丙烯酰胺一般是白色粉末狀，是由丙烯腈在濃硫酸中水解后，再經(jīng)氨和NaOH中和制得單體。單體丙烯酰胺中有活潑的雙鍵及酰胺基，可采用不同的聚合工藝，導(dǎo)入不同的官能團(tuán)，得到不同相對(duì)分子質(zhì)量和不同電荷的產(chǎn)品，也可與其它單體共聚，獲得一系列PAM產(chǎn)品。PAM相對(duì)分子質(zhì)量較低時(shí)易溶于水，較高時(shí)通過攪拌或改性后溶于水。PAM氫鍵結(jié)合加強(qiáng)。
PAM在造紙業(yè)中作為絮凝劑使用的主要是兩性聚丙烯酰胺、非離子聚丙烯酰胺、陰離子型聚丙烯酰胺和陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺。
1．兩性型聚丙烯酰胺絮凝劑
兩性型聚丙烯酰胺絮凝劑又稱復(fù)合離子絮凝劑。白色顆粒。固含量≥88％，相對(duì)分子質(zhì)量：200～1500萬(wàn)。溶于水，不溶于有機(jī)溶劑。
兩性型PAM有其特殊的絮凝作用，稠油熱采污水處理難度很大，形成的水包油乳狀液非常穩(wěn)定，常規(guī)絮凝劑難以達(dá)到處理效果，而兩性PAM效果較好。在污泥脫水方面，特別是高濃度有機(jī)污染脫水方面比普通的陽(yáng)離子絮凝劑性能效果更加明顯。
2．非離子型聚丙烯酰胺絮凝劑產(chǎn)品為白色固體粉末，無(wú)毒，易吸潮，幾乎不溶于一切有機(jī)溶劑，易溶于水。非離子聚丙烯酰胺作為絮凝劑，是以水合狀態(tài)溶于水中．此時(shí)高分子鏈不是伸展?fàn)顟B(tài)，而是呈卷曲狀態(tài)，其絮凝作用是通過酰胺基與粒子表面的氫形成氫鍵結(jié)合而產(chǎn)生吸附。為了在被吸附粒子間產(chǎn)生橋聯(lián)作用而形成堅(jiān)實(shí)的絮聚體，聚丙烯酰胺的相對(duì)分子質(zhì)量應(yīng)盡可能大些。非離子聚丙烯酰胺是通過其高分子的長(zhǎng)鏈把污水中的許多細(xì)小顆粒或油珠吸附后纏在一起而形成架橋。它是一種絮凝能力非常強(qiáng)的絮凝劑，它的絮凝速度比陰離子聚丙烯酰胺快。在油田含油污水處理中，通常與鋁鹽配合使用。使用前要通過實(shí)驗(yàn)確定其最佳用量，用量過低，不起作用，用量過高，反而起反作用。這是因?yàn)槌^一定濃度，聚丙烯酰胺不但不起絮凝作用，反而起分散穩(wěn)定作用。加藥時(shí)應(yīng)使用較低的濃度，以保證混合均勻。
3．陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺絮凝劑陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺為水溶性高分子聚電解質(zhì)，無(wú)毒、無(wú)味，易吸潮、易溶于水，不溶于乙醇、丙酮等有機(jī)溶劑，分子鏈上帶有正電荷活性基團(tuán)，有優(yōu)異的絮凝作用。陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺在水中溶解時(shí)，具有帶正電的活性基，從而吸附帶負(fù)電的懸浮膠體粒子，中和粒子表面電荷，消除了粒子間的斥力，產(chǎn)生絮凝。如果聚合物有較長(zhǎng)的鏈，則一個(gè)聚合物分子鏈可同時(shí)吸附幾個(gè)粒子，聚合物分子鏈之問形成橋聯(lián)作用，就能導(dǎo)致大顆粒而產(chǎn)生沉淀。
4．陰離子型聚丙烯酰胺絮凝劑陰離子型聚丙烯酰胺易溶予水，幾乎不溶于有機(jī)溶劑，在中性和堿性介質(zhì)中呈高聚合物電解質(zhì)的特征，對(duì)鹽類電解質(zhì)敏感。陰離子型聚丙烯酰胺是由非離子聚丙烯酰胺部分水解或丙烯酰胺與丙烯酸鈉共聚而得。與非離子型聚丙烯酰胺相比，絮凝沉淀性強(qiáng)，所以工業(yè)上應(yīng)用廣泛。懸浮膠體粒子與絮凝劑間靠氫鍵結(jié)合。
陰離子型PAM作為絮凝劑用于選礦、冶金、洗煤、食品行業(yè)固液分離。本品無(wú)毒，注意防潮、防雨，在儲(chǔ)運(yùn)過程中防止高溫與曝曬。
使用聚丙烯酰胺絮凝劑，其優(yōu)點(diǎn)是加入量少，沉淀速度快，在廢水處理時(shí)投入量約為無(wú)機(jī)鹽絮凝劑的l／30—1／200。如對(duì)渾濁水澄清時(shí)，與無(wú)機(jī)混凝劑配合投入0.1-5mg／L聚丙烯酰胺PAM就可發(fā)揮顯著的助凝作用。這主要是PAN絮凝劑不僅有無(wú)機(jī)絮凝劑所具有的。電荷粒子的電和作用，還具有對(duì)粒子表面產(chǎn)生吸附架橋這樣獨(dú)特作用之效。經(jīng)過大量使用證明：對(duì)含有機(jī)懸浮物較多的制漿造紙廠廢水宜采用無(wú)機(jī)絮凝劑和陰離子聚丙烯酰胺或非離子聚丙烯酰胺共享的絮凝，這樣效果更顯著。并且廢液pH值偏低時(shí)使用陰離子型比非離子PAM產(chǎn)生的沉淀速度快。近年國(guó)內(nèi)聚丙烯酰胺行業(yè)發(fā)展迅速，陰離子聚丙烯酰胺質(zhì)量達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺，距國(guó)外知名公司產(chǎn)品，還是有一定差距，從而也說明國(guó)內(nèi)聚丙烯酰胺有更廣闊發(fā)展前景。億生公司是聚丙烯酰胺龍頭企業(yè)，將引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。
無(wú)機(jī)絮凝劑
凡是使用的絮凝劑是無(wú)機(jī)物的都稱為無(wú)機(jī)絮凝劑。常用硫酸鋁、鐵鹽、石灰等。
1．聚合氯化鋁絮凝劑
作廢水處理用的氯化鋁(PAC)有含6個(gè)結(jié)晶水的固體三氯化鋁和液體聚合氯化鋁，造紙業(yè)廢水常用液體PAC。
液體聚合氯化鋁是一種無(wú)機(jī)分子絮凝劑，呈灰色或淺黃色液體。液體聚合氯化鋁制備方法中，工業(yè)上常用的有鋁灰酸溶法，鋁灰堿溶法，氯化鋁，硫酸鋁混合法，鋁、礬土二段酸溶法。
聚合氯化鋁主要用作工業(yè)廢水、造紙廢水及自來水的凈化絮凝劑。還可用來代替硫酸鋁作紙漿施膠沉淀劑等。在鋁系絮凝劑中，鋁離子在水溶液中離解為單核配合離子；鋁離子在水解過程中還發(fā)生羥基架橋式多核配合離子。這些多核離子絮凝能力很強(qiáng)．而PAC在水中直接提供這些高效能的多核配合離子，避免出現(xiàn)那些效率較低的離子，因此能得到較好絮凝效果。
PAC作為絮凝劑的特點(diǎn)：
①絮凝能力強(qiáng)，對(duì)河水、地下水、煤炭染色水、造紙廢水及其它廢水都有很好絮凝效果。一般是硫酸鋁的1.5―3倍。而且適宜的加入量范圍較大，操作穩(wěn)定性高。
②由于絮凝顆粒的形成和沉淀快，可縮短混合、處理時(shí)間，故此可提高設(shè)備處理能力或使設(shè)備簡(jiǎn)化。
③形成的絮凝顆粒大而堅(jiān)實(shí)，從而減少漏濾事故的發(fā)生。
④絮凝效果不受溫度影響，即使在10℃以下的低溫時(shí)，絮凝效果也不降低。而且一般不需要加活性硅、高分子絮凝助劑。
⑤不需使用堿或只需少量堿助劑。如若使用，用堿量只需固體硫酸鋁的1／3即可。
⑥可以得到低電導(dǎo)率的凈化水。
⑦貯存和使用方法簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化。
PAC貯存和使用時(shí)應(yīng)該注意幾點(diǎn)：
①在與PAC原液或濃度較大的溶液直接接觸的容器、管道或料泵，應(yīng)用合成樹脂、橡膠等襯層。
②所加入的PAC通常需稀釋，使用濃度應(yīng)小于5％或大于50％。濃度在5％。50％之間的PAC溶液易呈白色混濁狀，效力有所降低。
③若將PAC溶液與硫酸鋁等其它化合物混合使用，會(huì)很快反應(yīng)，生成不溶性白色沉淀，使其作用降低。而且會(huì)使貯料罐裝置、管道等發(fā)生堵塞。
④PAC加入量應(yīng)根據(jù)水質(zhì)或廢水的情況試驗(yàn)而定。
2．硫酸鋁
常溫下硫酸鋁水溶液中析出的是Al2(SO4)3·18H2O度為1.69g/cm2，熔點(diǎn)770℃，200℃時(shí)失去結(jié)晶水。能溶于水，水溶液呈酸性，不溶于醇。
酸鋁的制備：硫酸鋁通常用硫酸處理含鋁的礦石而制得。鋁離子水解形成氫氧化物沉淀之前，先形成各種大的聚合體。這種聚合體的氫氧化物，吸附了帶負(fù)電的膠體粒子而使電性中和。這樣，膠體粒子的Zete電位下降，削弱了促使膠體穩(wěn)定的粒子間斥力，膠體粒子互相聚集形成大顆粒而產(chǎn)生絮凝間斥力，膠體粒子互相聚集形成大顆粒而產(chǎn)生絮凝。
硫酸鋁作為絮凝劑應(yīng)用于自來水和工業(yè)廢水凈化，并且是造紙業(yè)應(yīng)用最早的絮凝劑之一。硫酸鋁在制漿造紙中還用作調(diào)節(jié)漿料的pH值、提高填料的留著劑、松香料的沉淀劑等。在印染、皮革、消防、制藥以及木材防護(hù)等方面也有大量的應(yīng)用。
硫酸鋁作為絮凝劑的特點(diǎn)是：硫酸鋁與其它絮凝劑相比，具有價(jià)格便宜，對(duì)濁度、色度、細(xì)菌、藻類等幾乎所有懸浮和漂浮物質(zhì)均有效，并且無(wú)毒、無(wú)腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是，與鐵鹽相比，絮凝適宜pH值的范圍較窄，生成的絮凝顆粒較輕；在廢水處理中，一般需填加堿和助凝劑；與PAC相比，用量較大，制漿造紙廠廢水處理中用量在0．33～3000m9／k9。
3．鐵鹽
作為絮凝劑使用的鐵鹽主要是硫酸亞鐵、氯化鐵和氯化亞鐵。它們主要是用作廢水處理，一般不用于自來水和工業(yè)用水的處理。原因是它們和鋁鹽相比，鐵鹽絮凝顆粒比硫酸鐵重而易沉淀，價(jià)格也便宜。
硫酸亞鐵(FeS04·7H2O)俗稱綠礬。藍(lán)綠色單斜晶體，相對(duì)密度1．899(14.8℃)。熔點(diǎn)64℃，在90℃失去6個(gè)結(jié)晶水，在300％失去全部結(jié)晶水，在空氣中漸漸風(fēng)化，并被氧化呈黃褐色。溶于水和甘油，幾乎不溶于乙醇。其制備是由鐵與稀H2S04作用而制得，也可從鋼鐵酸洗液和制鈦工廠廢液中制取。
硫酸亞鐵應(yīng)用廣泛。作為水處理劑時(shí)，可與原水中的堿反應(yīng)，但需要一定時(shí)間。因此往往添加石灰及其它堿助劑，使其生成沉淀。
當(dāng)pH值在7以上時(shí)，水中溶解的氧就很容易使Fe(OH)2，氧化成Fe(OH)3。最適宜絮凝的pH值是9．5～11．O，故適用于原水pH值高及高濁度的廢水。其優(yōu)點(diǎn)是絮凝顆粒重而沉降快，可在高pH值下不溶解，價(jià)格低等。
三氯化鐵FeCl3.6H20，也稱為氯化鐵。是一種黃色結(jié)晶。易潮解，潮解后呈深棕色的液體。易溶于水，水溶液呈酸性，在溶液中易水解牛氰氧化物沉淀。其制備是將鐵屑與Cl2作用制得。在水的降化中用作絮凝劑。在紙漿廢水處理中，先用石灰調(diào)pH值，再加入氯化鐵，可以除去90％以上的有機(jī)碳。也有用鐵屑與硫酸鹽漿漂白工序的氯化廢水混合生成氯化鐵溶液，再加石灰生成氫氧化鐵沉淀來處理有色廢液，鐵在氯化廢水中含200mg／kg，氯化廢水與氯化鐵溶液比為6：4，用石灰調(diào)pH值至11．3—11．8，經(jīng)凝聚沉淀，使廢水脫色率達(dá)85％～90％,CODcr降低60％～65％，BOD5降低55％。
4．石灰絮凝劑
石灰在早期主要作為絮凝劑的堿助劑使用?，F(xiàn)在在水處理和造紙廢水處理中，可直接用其作絮凝劑。國(guó)外造紙廠也有許多采用石灰法(MLP)。
石灰法通過石灰與含有羧基的且和木素結(jié)構(gòu)相似的一類化合物生成不溶性鈣鹽而產(chǎn)生絮凝的。該法雖然在有色廢水中需要加較多量的石灰，用量在5～10g／蠔，但由于帶有污泥的絮凝沉淀石灰可在轉(zhuǎn)爐中燃燒而重復(fù)使用，成本較低，而且雜質(zhì)去除率高，脫色性能也很好。但大量石灰存在易引起泡沫、絮凝沉淀設(shè)備負(fù)荷大等問題，現(xiàn)在多采用當(dāng)量石灰法，即添加石灰量限制在與廢水的污染量成平衡的范圍，一般在3g／kg以下。該法脫色率雖稍有下降，但污泥的脫水性較好。
為了改善石灰沉淀法沉淀量大，沉淀物脫水、燒結(jié)困難等問題，后來又改用海水-石灰取得了很好效果，該方法是利用海水中含有0.12%的鎂離子，與石灰漿混合生成Mg(OH)2沉淀，可以將有機(jī)膠體物質(zhì)絮凝。
該法一般添加廢水量的10%～20%的海水和0.4～1.8g/kg的石灰，脫色率可以達(dá)50%～95%，雜質(zhì)脫除率在90%以上。
5．活性硅絮凝劑活性硅是在硅酸鈉的稀釋溶液中加入稀酸等制成的膠體狀聚合硅酸。它在凈化水廠中作為低濁度水的絮凝使用，也廣泛用于工業(yè)用水和廢水處理，與硫酸鋁共享則有促進(jìn)沉降的作用。除了上述無(wú)機(jī)絮凝劑外，還有一些，如無(wú)機(jī)多羥基氯化鋁硅、無(wú)機(jī)多聚羥基氯化鋁貼、石灰-二氧化碳等絮凝劑。