1 引言
由于产生废水的处理工艺及原料来源不同，废水见组成成分差异较大，但废水中通常均含有粒径较小的悬浮固体、溶解固体、无机和有机颗粒、金属及其他杂质。这些污染物质的种类及理化特性具有较为明显的差异性，但同时具有颗粒尺寸极小，存在一定程度的表面电荷等共通性的理化性质。因为污染物颗粒的共通性特性，微小的污染物形成质量更大但同样悬浮于废水中的颗粒，导致废水的污染物沉降与过滤具有较大挑战性。为去除废水中污染物质形成的胶体颗粒，研究人员采用了离子交换、膜过滤、沉淀、溶剂萃取、吸附、混凝、絮凝以及电解等工艺进行探索研究。
在上述方法中，综合考量处理效果及运营成本等条件，混凝/絮凝是最广泛使用的固液分离工艺之一，能够有效去除废水中存在的悬浮和溶解固体、胶体和有机物，尤其对工业废水的处理效果更加优异。其作用机理为诱导细碎或分散的颗粒被聚集或聚集在一起，形成较大颗粒（絮凝物），进而发生自由沉降达到澄清废水的目的。
2 絮凝剂的种类及发展研究
2.1 絮凝的性质
絮凝作为主要废水固液分离工艺手段之一，原理为将小颗粒物体吸附聚集形成较大颗粒。在絮凝剂絮凝过程中，废水中的污染物悬浮胶体接受絮凝剂所带来的携带相反电荷后导致污染物颗粒表面电荷减少达到不稳定状态，随着废水的静置将不稳定的污染物胶体颗粒聚集并沉降下来。为提升絮凝效果，可向废水中加入具有柔性长链构象的聚合物絮凝剂充当桥梁，将水中胶体颗粒吸附聚拢，形成可沉降去除的大絮凝物。
絮凝剂由于其不同的结构特征而表现出不同的絮凝性能。基于絮凝作用，电荷中和和桥联是两个被广泛接受的机制。由于水中大多数不溶性悬浮固体都带有表面负电荷，因此传统的絮凝剂主要是金属无机盐，除此之外，有机高分子材料也经常被用作絮凝剂，包括合成和天然高分子絮凝剂和生物絮凝剂。高效且具有经济适用性始终是研发主要方向，如何制备骨料更大、密度更高的絮凝物是提升絮凝剂处理过程中沉降速度等参数的最主要原因。所有这些输出变量都是絮凝过程中产生的絮凝物或骨料尺寸分布以及絮凝物形状和结构的实际表现。
2.2 絮凝剂种类及研究现状
2.2.1 无机盐絮凝剂
无机盐絮凝剂是絮凝剂的重要成员之一，其中阳离子无机金属盐、长链非离子或离子聚合物通常用作絮凝剂。无机盐絮凝剂具有着成本低廉以及使用方式简易的特点。废水中的悬浮颗粒大多携带负电荷，金属盐在废水中以等电点快速水解，形成阳离子物质，导致带负电污染物质表面电荷同时减少并形成微絮凝物。但是当混凝过程的反应温度过低时，可能会生成小絮凝物，或者性状脆弱的絮凝物，这些絮凝物在受到施加的外力时会破裂。
为提升无机盐絮凝剂的絮凝效率，增强其使用的实用性及适用性，研究者开始进行聚合无机盐絮凝剂的研究工作，并通过搭配不同种类的无机盐聚合体提升絮凝剂的絮凝效果。喻德忠等研究人员进一步探索了聚合氯化钛类絮凝剂对水体中氟离子的处理能力，提出一种在酸性条件下对水体中氟离子去除率达90%的工艺。孟祖超，邵靖媛等人对传统化学法制备聚合氯化钛铝工艺进行改良优化，通过增加电处理工艺提升制备的聚合氯化钛铝表面性状，改性后絮凝剂对污染指标去除率均超过80%。马洪鹤、张浩等人通过制备聚硅酸铝铁-海藻酸钠的聚合型无机絮凝剂对其絮凝效果进行改良，通过酸性条件下改性制备，制备的聚硅酸铝铁-海藻酸钠絮凝剂应用于实际水样去除效率超过90%。
2.2.2 有机合成高分子絮凝剂
常见的有机絮凝剂大多为线性水溶性聚合物，以丙烯酰胺和丙烯酸等不同单体为基础的重复性单元结构。市场上有机合成高分子絮凝剂多来源于油基和不可再生材料，如聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、多胺和其他。传统有机高分子絮凝剂主要以聚丙烯酰胺类化合物为主，主要是由于其经济优势及可定制性较强的原因，目前在市场上占据80%以上的份额。王柱、陈洋等人对聚丙烯酰胺的制备工艺进行研究，发现阳离子聚丙烯酰胺与其他变体相比处理效果更加优异，同时对水溶液聚合反应、反相乳液聚合反应、分散聚合反应及辐射聚合法与模板聚合法制备阳离子聚丙烯酰胺工艺方法进行总结比较。
研究人员为拓展开展以各类有机单体为主体的复合型有机絮凝剂制备研究。张雪等人研究了复合型有机高分子絮凝剂PDA，同时通过对生活污水、造纸废水、化工废水等多种领域废水的实验研究，验证其对废水中重金属离子的去除效果较常规有机高分子絮凝剂提升显著。夏雄等人以无机盐和聚丙烯酰胺为原料，复配PSAF-CPAM高分子无机-有机复合絮凝剂，并证明该复配絮凝剂对含磷量较高的印染废水具有较好处理效果。邢浪漫等人以丙烯酰胺等三种有机单体合成三元共聚絮凝剂(AM-DMC-DMAAC-18)，并验证废水中盐度、pH等对其处理效果的影响。
2.2.3 生物絮凝剂
除无机盐及有机高分子絮凝剂外，还有基于多糖或天然聚合物的生物絮凝剂，由于其环境友好性及可再生性，生物絮凝剂逐渐扩大絮凝剂市场占比。生物絮凝剂可以通过增加离子强度和降低ζ电位来破坏胶体颗粒的稳定，从而降低双电层扩散部分的厚度。或特异性地吸附相反离子来中和粒子电荷，并通过特殊的大分子结构及官能团与污染物质进一步发生反应。目前生物絮凝剂主要以壳聚糖、单宁、纤维素、藻酸盐、农作物秸秆及污泥等物质为主。
基于生物絮凝剂的可持续性及环境友好的特点，研究人员开展不同原料的生物絮凝剂制备工艺研究，以各类固体废物为原料进行资源化利用。关强等人采用市政污水处理厂产生的剩余污泥制备以多糖为主液体生物絮凝剂，污泥破解效果达到80%以上，并验证絮凝剂减少污水处理厂无机絮凝剂投加量及处理效果。闫海洋等人为提升复合微生物絮凝菌（Bacillus sp. CX15）的制备效果，采用玉米秸秆作为培养基，利用玉米秸秆中有机质提升CX15的菌落数，秸秆降解率达到65%，菌群数提升36%。范思诺等人同样以剩余污泥作为原料制备絮凝剂，通过酸法工艺处理污泥得到蛋白质含量较高的生物絮凝剂，在絮凝模拟实验中絮凝剂的絮凝效果可达96.47%。Molaei N等人针对传统絮凝剂处理层状硅酸盐粘土矿物产生的环境问题，采用蛋白质及多糖复配PAM处理超细高岭石和蛇纹石颗粒，证明生物絮凝剂处理矿物废水时能够稳定达标且无环境问题。NF Che Hashim等人探索池塘养殖过程中化学药剂絮凝对鱼虾的损伤情况，提出以婴儿芽孢杆菌为接种物的快速生物絮凝技术，最终通过参数优化得到一种能够应用于水产养殖行业的对生物无损害的絮凝工艺。
3 展望
本文对无机絮凝剂、有机絮凝剂、生物絮凝剂在水处理行业的应用及潜在应用进行了研究，这些絮凝剂对废水中TSS、浊度、COD和色度等环境相关参数的去除效果均较为优异，一部分絮凝剂也已经应用于工业化生产。考虑到废水的组成成分日益复杂，未来需要对最佳絮凝剂进行更多的研究，即在废水的pH和其他污染物变化更大的情况下，维持絮凝剂的去除效率保持不变。对于化学絮凝剂，由于絮凝过程的高复杂性和可用的聚电解质种类繁多，优化絮凝过程的方法之一是选择或控制聚合物的分子量和电荷密度的范围。但无机絮凝剂及有机絮凝剂对环境的危害性及人体健康的威胁问题同样需要进一步调整。
合成具有高絮凝效率的环境友好、经济可行的生物絮凝剂具有较为良好的发展前景。当前生物絮凝剂的研究与应用主要仍旧为实验室规模，制备成本无法有效控制，且处理效果较传统絮凝剂稍显不足。但鉴于生物絮凝剂的环境友好性及其客观的处理能力，以固体废物为原料制备生物絮凝剂是符合国家可持续发展的指导方向，是一种较为有效的资源回收利用模式。未来实现通过简单且经济可行的工艺生产，且具有较高去除效率和絮凝密度时，生物絮凝剂能够在市场上具有更加广阔的前景。
