中文名：絮凝剂

外文名：flocculant

分类：无机絮凝剂和有机絮凝剂

理论基础：“聚并”理论

生产工艺：水解法等

主要应用于：给水和污水处理领域

阳离子型有机高分子絮凝剂

季铵化的聚丙烯酰胺阳离子均是将-NH₂经过羟甲基化和季铵化而得，可以分为聚丙烯酰胺阳离子化和阳离子化丙烯酰胺聚合。

聚丙烯酰胺(PAM)先与甲醛水溶液反应，酰胺基部分羟甲基化，其次与仲胺反应进行烷胺基化，然后与盐酸或胺基化试剂反应使叔胺季铵化。

在碱性条件下，先由丙烯酰胺与甲醛水溶液反应，然后与二甲胺反应，冷却后加盐酸季铵化。产物经蒸发浓缩、过滤，得季铵化丙烯酰胺单体。

聚丙烯酰胺的阳离子衍生物

这类产品多是由丙烯酰胺与阳离子单体共聚合得到的。

两性聚丙烯酰胺聚合物

以部分水解聚丙烯酰胺加入适量甲醛和二甲胺，通过曼尼兹反应合成出具有羧基和胺甲基的两性型聚丙烯酰胺絮凝剂。

丙烯酰胺接枝共聚物

因为淀粉价廉来源丰富，其本身也是高分子化合物，它具有亲水的刚性链，以这种刚性链为骨架，接上柔性的聚丙烯酰胺支链，这种刚柔相济的网状大分子除了保持原聚丙烯酰胺的功能之外，还具有某些更为优异的性能。

复合絮凝剂

有机无机复合絮凝剂以品种多样和性能多元化占主导地位。作用机理主要与协同作用相关。无机高分子成分吸附杂质和悬浮微粒，使形成颗粒并逐渐增大;而有机高分子成分通过自身的桥联作用，利用吸附在有机高分子上的活性基团产生网捕作用，网捕其它杂质颗粒一同下沉。同时，无机盐的存在使污染物表面电荷中和，促进有机高分子的絮凝作用，大大提高絮凝效果。我国无机高分子絮凝剂的生产和应用已取得长足进展，最具有代表性的聚合氯化铝和聚合硫酸铁的研究，已居世界前列。

微生物絮凝剂

国外微生物絮凝剂的商业化生产始于20世纪90年代，因不存在二次污染，使用方便，应用前景诱人。如红平红球菌及由此制成的NOC-1是目前发现的最佳微生物絮凝剂，具有很强的絮凝活性，广泛用于畜产废水、膨化污泥、有色废水的处理。我国微生物絮凝剂的制品尚未见报导。

微生物絮凝剂主要包括利用微生物细胞壁提取物的絮凝剂，利用微生物细胞壁代谢产物的絮凝剂、直接利用微生物细胞的絮凝剂和克隆技术所获得的絮凝剂。微生物产生的絮凝剂物质为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素、DNA等高分子化合物，相对分子质量在105以上。

微生物絮凝剂是利用生物技术，从微生物体或其分泌物提取、纯化而获得的一种安全、高效，且能自然降解的新型水处理剂。由于微生物絮凝剂可以克服无机高分子和合成有机高分子絮凝剂本身固有的缺陷，最终实现无污染排放，因此微生物絮凝剂的研究正成为当今世界絮凝剂方面研究的重要课题。

微生物絮凝剂的研究者早就发现，一些微生物如酵母、细菌等有细胞絮凝现象，但一直未对其产生重视，仅是作为细胞富集的一种方法。近十几年来，细胞絮凝技术才作为一种简单、经济的生物产品分离技术在连续发酵及产品分离中得到广泛的应用。

微生物絮凝剂是一类由微生物产生的具有絮凝功能的高分子有机物。主要有糖蛋白、粘多糖、纤维素和核酸等。从其来源看，也属于天然有机高分子絮凝剂，因此它具有天然有机高分子絮凝剂的一切优点。同时，微生物絮凝剂的研究工作已由提纯、改性进入到利用生物技术培育、筛选优良的菌种，以较低的成本获得高效的絮凝剂的研究，因此其研究范围已超越了传统的天然有机高分子絮凝剂的研究范畴。具有分泌絮凝剂能力的微生物称为絮凝剂产生菌。

最早的絮凝剂产生菌是Butterfield从活性污泥中筛选得到。1976年，Nakamura j.等人从霉菌、细菌、放线菌、酵母菌等菌种中，筛选出19种具有絮凝能力的微生物，其中以酱油曲霉(Aspergillus souae)AJ7002产生的絮凝剂效果最好。

1985年，Takagi H等人研究了拟青霉素(Paecilomyces sp.l-1)微生物产生的絮凝剂PF101。PF101对枯草杆菌、大肠杆菌、啤洒酵母、血红细胞、活性污泥、纤维素粉、活性炭、硅藻土、氧化铝等有良好的絮凝效果。

1986年，Kurane等人利用红平红球菌 (Rhodococcuserythropolis)研制成功息生物絮凝剂NOC-1，对大肠杆菌、酵母、泥浆水、河水、粉煤灰水、活性碳粉水、膨胀污泥、纸浆废水等均有极好的絮凝和脱色效果，是目前发现的最好的微生物絮凝剂。

絮凝剂的分子质量、分子结构与形状及其所带基团对絮凝剂的活性都有影响。一般来讲，分子量越大，絮凝活性越高；线性分子絮凝活性高，分子带支链或交联越多，絮凝性越差；絮凝剂产生菌处于培养后期，细胞表面蔬水性增强，产生的絮凝剂活性也越高。处理水体中胶体离子的表面结构与电荷对絮凝效果也有影响。一些报道指出，水体中的阳离子，特别是Ca2+、Mg2+的存在能有效降低胶体表面负电荷，促进“架桥”形成。另外，高浓度Ca2+的存在还能保护絮凝剂不受降解酶的作用。微生物絮凝剂高效、安全、不污染环境的优点，在医药、食品加工、生物产品分离等领域也有巨大的潜在应用价值。

工作原理

絮凝沉淀法是选用无机絮凝剂（如硫酸铝）和有机阴离子型絮凝剂聚丙烯酰铵（PAM）配制成水溶液加入废水中，便会产生压缩双电层，使废水中的悬浮微粒失去稳定性，胶粒物相互凝聚使微粒增大，形成絮凝体、矾花。絮凝体长大到一定体积后即在重力作用下脱离水相沉淀，从而去除废水中的大量悬浮物，从而达到水处理的效果。为提高分离效果，可适时、适量加入助凝剂。处理后的污水在色度、含铬、悬浮物含量等方面基本上可达到排放标准，可以外排或用作人工注水采油的回注水。

絮凝剂是目前污水治理中应用最为广泛的一种药剂，絮凝过程是污水处理工艺中不可缺少的关键环节。按其化学成分可分为：无机盐类絮凝剂、有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。用户可以依据废水性质不同进行合理选择。絮凝剂与废水处理设备相结合，使废水处理效果更加，有效解决了废水处理难题。

絮凝剂在废水处理中的应用有效的提升了污水处理速率，使废水处理效果显著。目前，该药剂在各行业废水处理中应用较为广泛，确保经大型污水处理设备处理后的水质能够符合国家规定排放标准，有效防止了水污染现状的恶化，确保生态环境可持续发展。

有机高分子絮凝剂在处理炼油废水加入絮凝剂就是使水与杂质快速、比较彻底的分离开来。

作用

与有机高分子絮凝剂相比，微生物絮凝剂拥有絮凝范畴广、活性高、安全无毒、不污染环境等特色，而且使用条件细置，存在广谱絮凝活性，因而，能够普遍用于给水污水处理中。

1、高浓度有机废水处理，高浓度有机废水主要包含畜产废水及其它一些食品及农厂废水，此类废水在生化处理之前正常添絮凝等预处理进程。微生物絮凝剂比SPA的絮凝动机更糟，借指没假如异时将微生物絮凝剂战大批SPA混杂先，错味精废水的预处理后果可退一步进步，且药剂的总投添质显明缩小。

2、印染废水的穿色印染废水果其色泽浅，组总庞杂，露无染料、浆料、帮剂、纤维、因胶、蜡量、有机盐等多种物资，仍替邦内隐止产业废水乱理下的多少小困难之一。其处理易点一非COD高，而B/C值较老，可师化较差；二非色度高且组总庞杂。处理印染废水要害在于脱色，在各种处理方式外以絮凝法果其投资用度矮、装备占天多、处置容质小、脱色率高而被广泛采取。异聚铁种絮凝剂种相比微死物絮凝剂不仅具备良孬的絮凝积淀性能，而且存在良糟的穿色后果，在印染废火西无着正常絮凝剂不拥有的上风，絮凝剂。

3、 高淡度有机物悬浮废水的解决高淡度有机悬浮废水非一种不否熟化提系的废水，传统农艺正常采取化教絮凝及处理法。微熟物絮凝剂也否用于高岭洋、泥水浆、粉煤灰等水样处理外，在实验外通功用微师物絮凝及处理陶瓷厂废水，釉药废水战坯体废水。

4、活性污泥解决零碎的效力常果污泥的轻提性能变差而下降，在活性污泥西参加微死物絮凝剂时，否使污泥容积指数能很速降落，预防污泥系絮，打消污泥收缩状况，主而恢回生性污泥重升才能，进步全部处置体系的效力。

息替一种故型的絮凝剂，微熟物絮凝剂有着良糟的利用远景，未普遍运用于高淡度无机废水的解决、染料废火的穿色、活性污泥的处理等宝物处置西，并显示了强盛的性命力。

1、城市污水

用从城市生活污水中分离出的具有絮凝、降解作用的高效混合菌群对生活污水进行处理，可使污水 COD 和 BOD 的去除率达到 100 %。

2、建材废水

前者主要含有较多的黏土颗粒，后者除含黏土颗粒外，还有相当数量釉药。当添加 NOC-1 后 5 min，胚体废水的浊度从原来1.4 降低到 0.043；釉药废水的浊度从 17.2 下降到 0.35；浊度去除率分别为 96.6 %和 97.9 %，可得到几乎透明的上清液用红平红球菌产生的絮凝剂处理瓦厂废水，处理后的上清液几乎是透明的。

3、其他应用

由于微生物絮凝剂具有安全、无毒的特性，逐渐在食品废水处理中被采用 ，并达到了满意的效果。此外，微生物絮凝剂还可广泛应用于城市污水、医院污水、石化废水、造纸废液、制药废水等多方面的处理过程中。

高效性及残留量不再造成 2 次污染，是今后絮凝剂研究发展的一个重要方向，安全、无毒、高效的微生物絮凝剂大有取代传统絮凝剂的趋势。

废水处理中如何选择絮凝剂要根据具体行业的废水 的特性来选择，同时还要看在哪个环节添加絮凝剂，做何用途。 一般选择无机絮凝剂时要考虑废水的成分及 PH 等，然后选择最适合的一种（铁盐、铝盐或 铁铝盐、硅铝盐、硅铁盐等）。

在选择有机絮凝剂时（比如：聚丙烯酰胺 PAM），主要是看要用到阴离子聚丙烯酰胺、阳 离子聚丙烯酰胺还是非离子聚丙烯酰胺。 阴离子聚丙烯酰胺依据水解度不同一般分弱阴、 中 阴、强阴。

阳离子的选择一般用在污泥脱水方面， 阳离子聚丙烯酰胺的选型很重要， 城市污水处理厂一 般用到中强阳离子聚丙烯酰胺，造纸、印染厂污泥脱水一般选择弱阳离子，医药废水一般选 强阳离子等等。

每一种废水都有它自己独有的特性， 非离子聚丙烯酰胺主要是在弱酸性条件下使用， 印染厂 用到非离子 PAM 的比较多。

所有的这些絮凝剂的选型都要根据试验才能确定， 在试验中首先确定大致加药量， 观察絮凝 沉淀速度，核算处理成本，选择经济、适用的絮凝药剂。

从絮凝剂的带电类型、电荷密度、分子量、分子结构剖析关于絮凝剂的分类情况，了解其概况，更加明晰的了解各种絮凝剂的应用情况，对污水絮凝剂的选择有了更明确的认识，

1、絮凝剂的带电类型

根据污水中颗粒的类型来选择絮凝剂带电性。一般来讲，絮凝剂的带电性选择应该遵循如下

原则；

利用带负电的絮凝剂来捕捉无机物颗粒

利带正电的絮凝剂来捕捉有机物颗粒

通常通过实验的方法才能比较准确的絮凝剂带电类型

2、絮凝剂带电电荷分布密度（离子度）

絮凝剂带电电荷分布的密度表示，在絮凝剂使用量最少的情况下，获得最佳的絮凝效果所需要絮凝剂所带的正电荷或者负电荷的数量。电荷分布密度与污泥类型相关，市政污泥的电荷分布密度通常是污泥中有机物含量的函数，而有机物含量通常又与挥发份的含量有关，挥发份含量越高，则需要带电量越高的絮凝剂。

3、 分子量

分子量的选择取决于脱水处理所用设备的类型，同时分子量也表示了聚合物链的长度。对于离心机式的脱水处理设备：聚合物的分子量越大越好，因为在进行离心脱水处理工程中，絮团将受到一个很大的剪切力的作用。对于过滤式的脱水处理设备：选择分子量较低到中等分子量之间的絮凝剂就可以满足要求，同时可以得到一个良好的虑水功能。

4、分子结构

絮凝剂分子结构的选择取决于所要求的脱水性能。阳离子絮凝剂的分子结构分为：线性结构、支状结构、交联网状结构

从以上几个方面我们不难发现，絮凝剂的选择是有很大的规律性的，只要我们用心去观察其规律，在日常应用中去总结，发现每一种废水都有其特定的那一种或几种絮凝剂可以满足污水处理絮凝或脱水状况。

絮凝剂在不良条件下发生的导致絮凝性能下降的变化，通称为降解作用(degraDAtion)，具体表现为分子量下降、溶液粘度降低、絮凝性能变差甚至失效。可能产生这种作用的因素很多。就此而言，高分子量的pam是相当“娇气”的物质。而且，pam的分子量越高，越容易产生这些变化，对有关的因素就越敏感。

必须十分重视这个问题，否则再好的絮凝剂也不能取得良好效果。现代的聚丙烯酰胺产品的分子量很高，这是它具有良好絮凝性能的基础。但是这种絮凝剂的大分子容易受到外界因素的影响而破坏，使它的性能大大下降。絮凝剂的配制和使用过程必须认真防止出现这个问题。

导致pam溶液粘度和絮凝效能降低的主要因素有：

1、机械的作用：高速搅拌或在溶液中施加强烈的机械剪切，都会使大分子断裂。如将pam溶液在离心泵内搅几秒钟，其分子量下降达75%。如用高速搅拌溶解或高速设备输送，都会明显降低它的分子量和絮凝性能。

2、铁锈和铁化合物：在pam溶液中加入很微量(如2mg/l)的铁化合物(如fecl3)，或微量的铁锈粉末，轻微搅拌使之分散，pam溶液的粘度和絮凝性能便大幅度降低。将pam溶液置于生锈的铁器中，4小时后粘度下降78%，絮凝效能大大降低。

3、高温的作用：pam大分子对高温很敏感，如0.1%的pam溶液在80℃下放4小时，分子量由2100万降至760万，在50℃下放置亦降至1690万；分子量为1050万的pam，在80℃下放置4小时后分子量降到330万。如在30℃下，分子量下降很慢。若pam原来的分子量很低，如370万，则受热的降解很少。

4、并存杂质的影响：pam溶液中如有悬浮杂质会降低它的粘度。无机离子特别是高价离子也有很大影响。如一种pam溶液的粘度为191厘泊，加入含na+100mg/l的nacl后，溶液粘度降至140，而加入含ca2+100mg/l的cacl2后，粘度降至30厘泊。

5、其他：紫外线照射会使pam迅速降解，强烈照射4小时可使pam的分子量由1800万下降到1000万，溶液中存有氧化剂亦加速降解。pam的降解属于通过游离基的链式反应(free radical chain reaCTion)，凡是能引发产生游离基的因素都会加速pam的降解。氧和铁的反应能生成游离基，紫外线也是这样，都要注意避免。pam溶液的性能下降，部分是由于大分子形态的变化：由线形伸张的长链状变为收缩卷曲的球状。pam分子中含有大量的负电基，它们互相排斥而使大分子呈伸展状态，分子较长并充分露出活性基团，善于起架桥联结作用，絮凝性能较好。但是如果 pam 溶液中存有较多阳离子，它们在大分子负电基的周围形成双电层，就会减弱负电基之间的相斥力，使pam大分子转变成卷曲状态。离子浓度越高，这种影响越大。双价离子如ca2+不但较强烈地被负电基吸附，而且可能使两个负电基桥联起来，更增强了大分子的卷缩。这既造成了溶液粘度下降(球状大分子的溶液粘度比线状分子低很多)，而且也降低了pam分子中羧基的有效活性，使絮凝性能明显下降。

最佳设置方案如下：

1、先进行实验室分析，如果悬浮物质固液相面电位为阴性（一般情况下为阴性），可以采用PAC+CPAM方案。

2、确定PAC的用量：也需要先在试验室内做一个用量试验，确定PAC单独使用时的用量与去浊效果曲线。

3、如果PAC单独使用时候的最佳效果下添加量为A，则可以将实际使用量定为A值的1/4--1/3，而剩余的工作交给CPAM来完成。

4、试验室确定PAC与CPAM的添加比例：就是在PAC使用量为A值的1/3情况下，确定需要多少CPAM来将PAC的凝聚效果桥联起来最合适。通过实验，确定PAC与CPAM的添加使用比例。

以上几步，将使污水处理企业获得最佳效果与最低的絮凝成本。也是一致公认的高效，低成本组合。

影响絮凝效果的因素是多方面的，主要有絮凝剂的种类、浓度、用量、混凝处理时的搅拌状况、ph值、温度及其变化等，应该根据具体情况采用不同的对策。

1、絮凝剂的种类和用量：对不同的废水应该选用不同的絮凝剂。絮凝剂的用量在很大程度上影响絮凝的效果，过量与不足都将导致溶胶粒子的分散和稳定，因此都应该通过实验确定最佳投加量。

2、搅拌与反应时间的影响：把一定的絮凝剂投加到废水中后，首先要使絮凝剂迅速、均匀地扩散到水中。絮凝剂充分溶解后，所产生的胶体与水中原有的胶体及悬浮物接触后，会形成许许多多微小的矾花，这个过程又称混合。混合过程要求水流产生激烈的湍流，在较快的时间内使药剂与水充分混合，混合时间一般要求几秒到2分钟。

3、ph值、碱度的影响：ph值对絮凝剂操作具有很大的影响，所以废水进行絮凝处理时，必须充分注意其有效的ph值范围。有机高分子絮凝剂对ph值的限制不太严格，但ph值偏小时对絮凝剂的絮凝效果有较大的影响。无机絮凝剂对废水的ph值比较敏感，由于絮凝剂水解反应不断产生氢离子，因此要保持水解反应充分进行。

4、温度的影响：水温对絮凝效果也有影响，无机絮凝剂的水解反应是吸热反应，水温低时不利于絮凝剂的水解，水的黏度也与水温有关，如果水温低时水的黏度大，致使水分子的布朗运动减弱，不利于水中污染物质胶体的脱稳与絮凝，因而絮凝体形成不易。因此冬天絮凝剂使用量要比夏天多。温度升高有利于胶体间的碰撞而产生凝聚，但温度超过90摄氏度易使絮凝剂老化或分解产生不溶性物质，反而降低絮凝效果。

1、絮凝剂生产工艺一 水解法。

共聚法相比，一般水解法制备的产物水溶性去屑因子（HD)不高，低于30%，理论上HD大于70%的产物应通过共聚法制取，该法对水解温度和事件有一定要求，同时水解过程中易发生大分子降解。天津大学的冀兰英等人采用水解剂NaOH、Na2CO3对水解法进行研究，发现NaOH不但有加速水解的作用，还有加深水解的作用。如果要值得低水解度（<10%）的胶乳可用NaOH为水解剂，要制中水解度（大于10%）的胶乳，最好用NaOH和Na2CO3共水解，从而可在较短时间内达到较高水解值。近些年，高相对分子质量特别是超高相对分子质量丙烯酸、丙烯酰胺聚合物在三次采油方面具有无可争议的作用。与水解法相比，共聚法制得的AA/AM共聚物一般相对分子质量不高，水溶性不好，故而超高相对分子质量AA/AM共聚物多用水解法制备。季鸿渐、孙占维等人建立了丙烯酰胺水溶液聚合的潜在型引发体系，研究了在碳酸盐法聚合体系，添加不同量氨、尿素、EDTA-2Na，以及聚合体系PH值、单体浓度、聚合水浴温度对聚合产物相对分子质量及其溶解性能的影响规律和原因，解决了产物高相对分子质量与产生不溶聚合物之间的矛盾。李小伏、李绵贵采用非均相水解与反向悬浮相结合的方法合成了相对分子质量大于1×10的阴离子聚丙烯酰胺，研究了水解度与水解时间及体系PH值得关系、不同水醇比条件下水解度与时间的关系、水解度与温度的关系，获得了超高相对分子质量速溶型聚丙烯酰胺的反应条件。

2、絮凝剂生产工艺二： 水溶液聚合反应

3、絮凝剂生产工艺三： 反相乳液聚合

反相乳液聚合及反相悬浮聚合之前都需要制备反相胶体分散体系，即将单体水溶液借助搅拌分散或乳化剂的油相中，形成水/油（W/0)非均相分散体系，然后加入引发剂进行游离基聚合。