大等国的「业应用报遁看，处理低温、低浊原水和某些废水脱色除COD等方面有较明显
的优势。但是由于铝(铁)与硅的酸、碱性质有较大差异和电荷性质不相同，制取聚硅
铝(铁)优质产品的工艺条件要求较苛刻，迄今为止，聚硅铝(铁)产品的有效浓度仍
较低，产.AJAu稳定性较差，制约了它的广泛丁业应用，这提示对聚硅铝(铁)类絮凝剂的
深层次研究(包括反应设备)仍有必要和可能。我国不少研究院所和高等院校对这类新
型絮凝剂开展过大量的研究并取得了较全面的成果。可以预见其最终研究成果对提高给
水处理为主的水处理技术水平将有较重要的作用。
2.2壳聚糖絮凝剂
壳聚 糖 絮 凝剂属弱阳离子型高分子絮凝剂，在水处理中有较好的中和电荷和吸附架
桥性能，它具有天然、无毒、安全、渣少、可生物降解等性能以及吸附性强对水中金属
离子和微细颗粒有良好的吸附性能或鳌合作用等优点，这些都是现行铝(铁)类无机高
分子絮凝剂和合成有机高分子絮凝剂所不及的。研究结果表明，用壳聚糖作给水处理用
絮凝剂，在达到同样处理效果的情况下，将比传统絮凝剂有更多的优势，是比较理想的
绿色水处理剂。美、日等国近几年都致力于壳聚糖的研制开发，产品用于给水处理和污
泥脱水等方面，产、销量有明显的增长势头。我国贝壳类资源丰富，对壳聚糖的应用研
究也已有良好基础，进一步开发壳聚糖絮凝剂的优质产品，将有较广阔的市场前景。
2.3两性高分子絮凝剂
两性 高 分 子絮凝剂是指在高分子链节上同时含有正、负两种电荷基团的水溶性高分
了。这种絮凝剂原本在30年前已被研究，但是浅尝即止，未深入开发它的用途。只是在
近十年它才得到较深入的研究，并取得较大的进展。研究表明，两性絮凝剂由于其分子
链上含有正、负电荷基团，依据溶液pH值不同，分子链内的静电相互作用力既可以表
现为排斥力也可以表现为吸引力，从而使药剂适应pH值范围宽，具有络合作用，抗盐
性能好等特点，特别是它的络合(鳌合)作用，使两性高分子能与水中过渡金属离子、
阴/阳离子电解质、腐殖酸类物质、染料、表面活性剂和其它两性高分子等产生络合(鳌
合)作用，实现对水溶性有机污染物的脱除。另外两性高分子的絮凝作用、络合作用，
使其在污泥脱水中显示出比阳离子絮凝剂更优越的性能，处理后污泥，浓集性能好、泥
饼含水量少。这样优质两性高分子水处理剂具有絮凝剂、污泥脱水剂和金属离子吸附剂
等综合性能。
两性 絮 凝 剂兼具脱除水溶性低分子物的性能，扩宽了传统絮凝剂脱除胶体物质的应
用范围，也促使人们批判性地重新考虑混凝作用机理的传统观点。目前国外对两性型絮
凝剂的研究仍方兴未艾，还有相当大的发展潜力，加上各家研究丁作相互保密和专利保
扩，等原因，提示这类絮凝剂的研究要史多依靠自己的创新力量。鉴十天然高分Nl-有
此适J=(liid备两性絮凝齐」的特性，如蛋白质等天然高分了木身具有一两性性质;淀粉、纤维
索的葡萄糖单兀含有3个易被取代的羚基等等，因此，研究天然高分子改性两性絮凝剂
也不失为个可行的技术路线和研究方向。总的说，认识、研究、掌握优质两性高分子
水处理剂的的制备及其应用技术，对提高水处理技术水平具有相当重要的意义。
2.4高铁酸钾水处理剂
高铁 酸 钾 于1897年己被首次合成，由于其良好的吸附絮凝功能、很强的氧化降解功
能和理想的杀菌、除臭功能等优点，使得100年来不少科技工作者不断从事其制备一1艺、
工业化生产和水处理应用等方面的研究，被认为是投入的研究力量最大、研究的持续时
间最长、应月」前景很好的一种多功能水处理药剂。目前的情况是，对药剂在用水与废水
处理中的应)甘胜能己有较全面的掌握，认为是极具吸引力的药剂，实验室制备工艺方面，
众多专家学者己做过次氯酸盐氧化法、电解法、高温熔融法等较系统的研究，使产品的
产率达到60%以上，纯度保持在90%以上的较高水平。但是由于高铁酸钾的制备方法
比较复杂，工艺操作苛刻，产品稳定性较差，产率较低等原因，至今未形成大家认可的
成熟工艺，未能实现具有一定规模的工业化生产应用。国内中科院环境生态研究中心等
单位的不少专家学者已开展过高铁酸钾的制备及其应用研究。综观高铁酸钾的研究历史
和现实以及它的重要应用前景，有理由相信，高铁酸钾的制备技术研究会取得突破性进
展并将对水处理技术水平的提高具有重要意义。
2.5多功能水处理剂
已被 研 究 过的有机多功能水处理剂是指兼具絮凝净化和杀菌、缓蚀、阻垢等功能的
水处理药剂。这类水处理药剂的研究目标是要把水质净化与设备管道防护相结合，即通
称的三防药剂(缓蚀、阻垢，杀菌)和絮凝剂诸功能在一二种药剂中体现出来，达到水
处理中节省药耗、能耗、方便操作、简化设备以及提高处理效果等优势。在国外，主要
是美国，在20世纪70年代初期，先后有兼具絮凝净化与缓蚀、阻垢、杀菌等功能的水
处理剂的专利报道。研究表明分子量在0.5万至10万左右的咪哇琳磷酞胺、含硅的氨甲
墓嶙酸盐、各种季钱盐和含氮二硫氨基甲酸盐等阴/阳离子型水处理剂有较好的絮凝、缓
蚀(阻垢)或絮凝杀菌、缓蚀等处理效果。他们是通过不同投药量来实现不同功能的。
20世纪80年代，国内华南理T.大学在某油田含油废水处理中发现一种改性阴离子型天
然高分子絮凝剂有良好的抑制管iA点(坑)蚀效果，继而在较长时间内进行了天然高分
子改性的梭甲基、磺酸基、麟酸基等基团的阴离子型絮凝一缓蚀一阻垢药剂和几种聚氮
杂环阳离子型絮凝一杀菌一缓蚀药剂的研究，近几年进行了两性型多功能水处理剂的研
究。井分别进行过小试、部分进行中试或工业性试验应用的检测考核。表明一次投药能
同步实现絮凝、缓蚀、阻垢(阴离子型药剂)等功能、或絮凝、杀菌、缓蚀(阳离子型
药荆)等功能。国内的研究，还表明多功能水处理剂内存在着絮凝净化功能对缓蚀、阻
垢功能或杀菌、缓蚀等功能的协同作用关系，药剂中各种功能的协同作用得以较充分实
现的关键因索川能是药剂内的大、中、小分子量组分的有序组合。迄今为止，这类水处
理药}Iqj的综合应用效果，一般还达不到几种相应单一功能药剂分别投加的处理效果，表
明还要进行深层次的药剂研制开发和作用机理研究r.作，但发展前景是美好的。
3高效混凝设备研制
3.1设备设计的原则依据
强化 混 凝 反应和随后的固液分离，要通过好的絮凝反应设备和分离设备来实现。一
般Ifti言，混凝反应的速度是颗粒接触次数的函数，这可用碰撞频率Ng来表示。
Ng一普dn2(dv/dy)
式中:d一颗粒直径;
n一 颗 粒 浓 度 ;
dv/dy一速度梯度G
G二(戴/U)v2
E二单位体积水中总能耗散率的空间平均值;
u一水的绝对粘度。
， 杏
n
电为
d
4 一3
Ng= (E /u)U2。
电此
式因
由上 式 看 出，颗粒碰撞频率Ng与颗粒直径的3次方和颗粒浓度的平方成正比，为
了实现颗粒粗大，强化固液分离，就需要控制好以能耗为表征的速度梯度G值。在实际
操作中为使药剂与原(废)水快速均匀混合，投药后的30s左右时间内使G值从通常的
300--500/s,提高到700^ 1000/s，大有助于改善颗粒的絮凝及沉降特性。随着絮凝反应
进行，凝聚颗粒逐步长大，为防止既成絮体被重新打散，又保证必要的颗粒“碰撞”吸附，
G值应逐步有序降低，最终G值在10^-20/s左右为宜。整个“碰撞，’(搅拌)时间约为20---
40min,较长的慢速搅拌反应时间，能使絮体更彻底地吸附脱除水中<51Em的超微细颗粒，
而超微细颗粒是大量存在于絮凝吸附反应不彻底的处理水中(浊度3NTU的水中超微颗
明牡降低，有较大的优越性。见图20
卜-一-一一I
.....，.，曰‘- - 一- 一一- 一
‘一- 一一—
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反应池沉L?池
图2 改良隔板式絮凝反应池示意图
33水力旋流混合、反应、分离器
水力 旋 流 分离技术在工业水处理中的应用已有较长时间，这类设备是利用密度差进
行固液分离和液一液(油)分离的。近十年来旋流式一体化净水设备又受到重视，由于
处理系统的混合、反应和沉淀分离合理组合，设施占地面积只有常规设施的1/3-1/6;
由混合区、反应区到沉淀区，水流速度微分式递减，理论上可实现最佳的颗粒“碰撞”吸
附絮凝作用。
3.3.1槽式旋流一体化净水设备
从图 3可 以看出，该设施由絮凝反应区、沉淀区和沉泥区为主组成，废(原)水在
泵前与絮凝剂共同经泵初步混合后，高速混合水流由切线方向进入底部的混合区、絮凝
反应区，该反应区的横截面积由下至上逐步增大，从而使得反应区内旋转上升的水流速
度也从下而上呈微分形式递减;水流达到絮凝反应区顶部后，进入横截面积不变的沉淀
区:在该区内水流仍以缓慢的速度旋转上升，最后经溢流堰由集水渠流出。絮体从沉淀
槽中心位置缓缓下沉，经沉泥区排出。
沉淀区
取样口、
架凝区
出水竺
沉泥区
进水口
排泥借产一排水管
图3 擂式旋流一体化净水设备简图
在 个代 表性的动态处理装置设计中，底部混合区水力停t3时1131为0.5m in,有效絮
凝反应区停留时间为10.5 min,沉淀区停留时间为30 min，进水管喷咀流速为1.7 m/s,
沉淀区液I颐土几升速度为0.27 mints,据此算出喷咀水头损失约为0.18 mo混合区速度梯度
G二175/s, Gt=10000:有效絮凝区G,=16/s, Gt-10000: G2}6/s, Gt=10000, n1以看出这
种旋流式一体化净水设备在动力学原理上可以大幅提高絮凝颗粒的碰撞频率Ng:在水力
f!构上川以有效地消除无序旋涡，并使G值平滑逐渐减低;由于絮凝反应区和沉淀区一
体化，可以有效利用沉锭时间来继续进行后期强化絮凝，达到缩短沉降时间，提高净化
效果。动态试验表明，在其它工艺条件相同或各自最优条件下，使用这种处理装置处理
原水，沉降池出水浊度小于l NTU，比普通处理装置的2.5 NTU有较明显的优势。
该类 型 设 备国外有应用报道，但很少介绍设计参数，一般而言，设计适于中小型规
模的水迹理。处理能力一般不大于1000 MIA,，锥体絮凝反应区及其内锥体的沉泥区的设
训仍有较大的研究发展空间。
3.3.2柱式旋流一体化设备
图 4是 一 个中试装置示意图，柱体尺寸<p0.3x2.0m ，用它处理油田含油废水。进水
经泵以切线方向进入锥底部的外环套内后，水旋流上升进行充分混合和絮凝反应，到达
锥体上部时，液面上升速度约为0.52 minis，细小絮体也随旋流水上升并有机会与下沉的
大絮体“碰撞”吸附，小部分下沉的密实絮体落入锥体中间部位的集泥漏斗，大部分絮体
因受到锥体外环较大的旋流上升力又继续向上飘动，这样在整个柱体内絮体呈上下左右
飘动的状态，这对“碰撞”吸附水中超微细颗粒，使水质变清有重要作用。
.解
， .
水位升遨:0.52-/s
颐较升泣:
0.3 6^-0.56口口尹5
.护
，:，.李.申:
药 荆
度水内』一
图 4
药 荆
进水.d一
柱式旋流一体化净水设备示意图

实验 过 程 HR T设定为30m in,而絮体在水中的平均停留时间uJ长达1.5-2 ho这样
柱顶溢流出水经砂滤后浊度小十0.8 NTU,用薄膜过滤器检侧滤出水的MF值平均大十
30，这比普通絮凝沉淀后的砂滤水(浊度4 NTU, MF值平均为]7)明显变好，表明这
种能延长水中颗粒物的“碰撞”吸附时问的新型混凝设备，对强化11.1液分离有着相当重要
的作用，还uJ以看出，这类装置的运行效果与水质特性和操作条件的变化关系较大，现
阶段司考虑作小型废水混凝处理设计应用，是一类有发展前景的新设备。
33石兹分离设备
磁絮 凝 与 磁分离技术的应用研究已有一好长时间。就分离而言，人们己全面掌握絮体
或细颗粒物在不同磁场条件下的不同行为，磁感应强度的大小与悬浮物的去除效果直接
相关等规律，譬如采用钡铭类永磁铁作分离设备在磁感应强度达到0.1-0.2 T时，对悬
浮物分离有良较好结果。
综观 磁 分 离方法，具有能连续快速分离，污泥含水率较低和运行简单方便，占地面
积小等优点，特别是对一些难以沉降过滤的悬浮物、胶粘状颗粒物的分离比较有效。但
已有研究应用成果表明，磁分离后的水质一般还达不到药剂絮凝法的脱除效果，大规模
的工业应用优越性未能充分体现，但作为有发展前景的新技术仍将不断被继续探索研究。
近年 ， 我 国昆明一家环保有限公司，推出一项以磁分离设备为主体的机电一体化固
液分离利L，其设备是以公司发明的磁分离专利技术制出磁分离机，配以整套自控系统，
能实现全自动连续处理污水，已对昆明市洗车场污水进行1年的运行应用，认为处理后
的水可100%回用于洗车。报道中该设备的特点是，固液分离速度高，比自然沉降速度提
高数千倍，大大提高了设备单位体积的处理能力，以每小时处理1 m3废水的设备为例，
占地面积仅为0.46 m2:设备集投药系统、反应系统、处理系统、自控系统为一体，废水
固液分离与污泥脱水同步进行，脱水污泥排出装袋，简单方便:能耗低，设备寿命长，
运行管理十分方便;处理1耐废水的运行成本(含处理药剂和电费)仅为。.3-0.4元:
处理水循环洗车，污泥外运。
从该 公 司 的宣传介绍和对洗车废水(含油)的运行结果看，这种磁分离设备是很理
想的强化固液分离设备。但是，新设备问世时间还短，尚未经过多种废水全面的应用考
验，有待进一步的实验考核。只要己取得的成果基本属实，这一新发明创造(尽管前人
对磁分离已作过大量有成效的研究开发工作)无疑是有宽广应用前景的，它的最终成果
将对促进水处理技术水平的提高具重要作用。
4结束语
混凝 技 术 在水处理技术中一直占有举足轻重的地位，预测今后相当长时间内其示要
性有增无减。
我国 在 各 类聚合铝(铁)絮凝剂的开发应用方面，已取得很大成效，已挤身世界前
列，但混凝技术的综合水平与国外先进水平仍有差距。
由于 我 国 水资源缺乏和水质污染，增大了水混凝处理的难度和运行成木。积极研究
开发新型、高效、绿色水处理药剂和强化固液分离设施已显得越来越重要。

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