有机絮凝剂的作用机理

概述^[1-2]

目前我国水资源污染严重，水环境的恶化促使人们不断寻找更好的废水治理方法。絮凝作为废水处理的一种重要方法，是一种应用最广泛、经济、简便的水处理技术。通过絮凝作用，可使污水中悬浮微粒形成矾花，并在沉降过程中互相碰撞，使絮状物颗粒变大逐渐沉淀于底部，最后经水处理构筑物将其分离除去，达到净化水的目的。

有机絮凝剂的生产和应用然已经取得了长足的进步，但其生产使用过程中的不安全性和给环境造成的二次污染仍应引起人们的重视。有资料表明:目前使用较多的聚丙烯酰胺，虽然完全聚合的聚丙烯酰胺没有多大问题，但其聚合单体丙烯酰胺却具有强烈的神经毒性，并且还是强的致癌物，所以聚合过程中单体的残留仍是一个需要解决的问题。因此，人们的目光将逐渐从传统的产品中转向安全的、可生物降解的、对环境和人类健康无害的新产品中，并探索强化絮凝作用的方法，比如在磁场作用下的絮凝效果，同时絮凝剂也向廉价实用、无毒高效的方向发展。

作用机理^[2-3]

絮凝作用是非常复杂的物理、化学过程，其理论还未完全成熟。现在多数人认为絮凝作用机理是絮凝和凝聚两种作用过程。凝聚过程是胶体颗粒脱稳并形成细小的凝聚体的过程；而絮凝过程是所形成的细小的凝聚体在絮凝剂的桥连下生产大体积的絮凝物的过程。其中较有代表性的是格鲁奇，他给絮凝作用定义为；胶体和悬浮物颗粒在高分子絮凝剂的作用下，桥连成为粗大的絮凝体的过程。在絮凝过程中伴随着粗大的絮凝体的形成，也存在电荷的中和作用。例如，一些有机高分子絮凝剂同时具有电荷的中和作用和颗粒间的桥连形成粗大的絮凝体的桥连作用。

种类及代表物^[2-3]

有机絮凝剂可分为三大类：合成有机高分子絮凝剂、天然有机高分子改性絮凝剂和微生物絮凝剂。

1.合成有机高分子絮凝剂

目前我国市场上销售的品种主要是聚丙烯酰胺(PAM)及其衍生物(占整个合成高分子絮凝剂总量的80%)，但品种单一，只生产少量的聚丙烯酸钠，而且聚丙烯酰胺的系列化水平低，优质聚丙烯酰胺的相对分子量仅大于10×106。与国外同类产品的相对分子量15×106相比，远远不够。

2.天然有机高分子改性絮凝剂

天然有机高分子改性絮凝剂包括:淀粉、纤维素、含胶物质、多糖素和蛋白质等类的衍生物。目前世界产量约占高分子絮凝剂总量的20%，主要包括下面二大类。

1）碳水化合物类(多聚糖类)

这一类物质广泛存在于植物中，它包括淀粉、纤维素、半纤维素、木质素、单宁等，其年产量达5000亿t，而且其化合物含有多种活性基团，如羟基、酚羟基等，表现出较活泼的化学性质。由于其本身的絮凝效果有局限性，为提高它的絮凝作用，需要对它改性，即通过羟基的酯化、醚化、氧化、交联、接枝共聚等化学改性，增加其活性基团，提高絮凝效果。例如，丙烯酰胺和淀粉的接枝共聚反应，在这类絮凝剂中，研究较多的是淀粉－聚丙烯酰胺接枝共聚物。与均聚丙烯酰胺相比，它具有絮凝能力强、分子链稳定性增加、适应范围广、阳离子化反应更容易进行等特点，是一类有良好应用前景、价廉物美的新型絮凝剂。

2）甲壳素类

由于壳聚糖类物质分子中含有酰胺基、氨基和羟基，因而具有絮凝吸附等功能，特别适用于食品加工废水的处理，可使其中的固形物含量减少70%～80%。包括甲壳素、壳聚糖和纤维素，以壳聚糖为例，以下是它的生产流程和反应方程式：

用浓碱处理甲壳素可以脱乙酰基而得到壳聚糖，脱乙酰化反应是非均相条件下在40%～60%的苛性钠溶液中于100～180℃下加热数小时，所得壳聚糖的脱乙酰度可达80%。经研究表明，壳聚糖的絮凝性能与两性阳离子型絮凝剂的性能相当，优于阴离子型PAM。

3. 微生物絮凝剂

微生物絮凝剂是利用生物技术，通过微生物的发酵、抽提、精制而得到的，是一种无毒的生物高分子化合物，包括机能性蛋白质或机能性多糖类物质。20世纪80年代后期日本已有絮凝剂投入工业化生产和用于废水处理。总的来说，我国对微生物絮凝剂的研究尚处于起步阶段，但目前已引起较大的关注。与国外一样，要实现最终工业化生产，还有许多问题要研究解决，如絮凝剂的分子结构及功能基团的定位、高产絮凝剂工程菌的组建、培养基成本以及工业发酵的可行性研究等。

主要参考资料

[1] 絮凝剂在水处理中的应用与展望

[2] 有机絮凝剂的机理及进展

[3] 有机絮凝剂的现状和未来