姜盛基，王剛，嚴(yán)亞萍，徐敏

(蘭州交通大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

隨著全球工業(yè)化的不斷發(fā)展，水環(huán)境中的污染物種類和數(shù)量逐年增加，廢水中的污染物包括有機(jī)污染物和無機(jī)污染物，主要來源于染料工業(yè)、發(fā)電廠、煉油廠、礦山和制藥業(yè)等行業(yè)。將金屬離子、染料分子或其他成分污染物直接排入水體，會(huì)造成水體污染，危害人體健康，如出現(xiàn)癌癥、霍亂、傷寒、胃腸炎、皮膚病以及腎臟等問題[1]。絮凝法作為水處理中的常用方法，以其操作簡(jiǎn)便、污染物去除效果較好、成本較低等優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用，很多現(xiàn)有污水處理廠都采用了絮凝法來處理廢水中污染物[2-3]。采用絮凝劑去除污染物時(shí)，絮凝劑分子不僅可以中和污染物分子表面電荷，減少靜電斥力，破壞其穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，還可以通過吸附架橋[4]和網(wǎng)捕卷掃[5]作用使污染物膠體顆粒脫穩(wěn)、沉降而被除去。水處理絮凝劑主要包括無機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑、微生物絮凝劑和復(fù)合絮凝劑，其中有機(jī)絮凝劑又分為天然高分子絮凝劑和人工合成高分子絮凝劑；而各類絮凝劑在處理不同污染物時(shí)表現(xiàn)出的絮凝作用機(jī)理也不盡相同。本文主要?dú)w納總結(jié)了國內(nèi)外不同類型的絮凝劑對(duì)水中不同污染物去除性能和機(jī)理的最新研究，并針對(duì)目前的研究情況，展望了絮凝劑未來的研究重點(diǎn)和發(fā)展方向。

1 絮凝劑對(duì)濁度的去除

水體的濁度是由不溶性物質(zhì)引起的，主要包括懸浮固體顆粒(泥沙、有機(jī)物、微生物等)和膠體顆粒。在濁度去除過程中，絮凝劑主要通過自身所帶的電荷中和水中帶電膠體顆粒電荷，使其脫穩(wěn)而被除去。此外，高分子絮凝劑由于其高分子量和長(zhǎng)分子鏈也可以通過架橋和網(wǎng)捕卷掃作用除去水體中的膠體顆粒。

無機(jī)高分子絮凝劑分子鏈中的金屬離子由于發(fā)生水解作用而產(chǎn)生一定的電荷和吸附活性位點(diǎn)，可以通過電性中和、吸附和絡(luò)合等作用使廢水中的顆粒、膠體等污染物脫穩(wěn)團(tuán)聚，從而達(dá)到濁度去除和水質(zhì)凈化的目的[6]。此外，大多數(shù)無機(jī)絮凝劑由于表面粗糙能吸附更多的懸浮物質(zhì)，可以最大限度地發(fā)揮其網(wǎng)捕卷掃作用。王同成[7]研究了聚合氯化鋁(PAC)和聚合硫酸鐵(PFS)對(duì)污染水體中多氯聯(lián)苯(PCBs)和濁度的絮凝性能，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PAC投加量為7 mL/L，水樣初始濁度為62 NTU，慢速攪拌時(shí)間為15 min，pH值為5.0時(shí)，PAC強(qiáng)化混凝效果最好，其對(duì)水樣中PCBs的去除率為68.42%～76.02%，剩余濁度為1.01 NTU；此外，PAC、PFS對(duì)水中膠體和顆粒物具有很強(qiáng)的電性中和以及吸附架橋作用，且PAC、PFS水解后生成的帶正電的多核羥基絡(luò)合物可壓縮膠體雙電層，降低ζ電位，與高嶺土進(jìn)行電中和作用形成更多結(jié)構(gòu)密實(shí)的絮體，絮體通過吸附或網(wǎng)捕卷掃作用進(jìn)一步增強(qiáng)了對(duì)PCBs和濁度的去除效果。

天然高分子絮凝劑對(duì)水中的濁度雖具有一定去除性能但在受到酶的作用時(shí)易降解。通過化學(xué)改性后的天然高分子絮凝劑具有高陽離子電荷密度和高分子量的長(zhǎng)聚合物鏈等特性，是去除懸浮和膠體態(tài)顆粒物的有效絮凝劑，有利于同時(shí)發(fā)揮電性中和以及吸附架橋作用，吸附水中的懸浮膠體顆粒，可有效去除水中濁度[8]。王珊等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在pH為7時(shí)，質(zhì)子化殼聚糖(HCTS)作為助濾劑對(duì)水中濁度和顆粒數(shù)的去除率分別為87.60%和94.58%；HCTS可以降低懸浮顆粒表面所帶電荷，使靜電引力大于范德華力，濁質(zhì)粒子黏附在濾料表面；同時(shí)，HCTS以其長(zhǎng)分子鏈為載體，將懸浮顆粒物黏附在濾料上，通過電中和以及吸附架橋作用將水中濁度和顆粒物除去。Zeng等[10]采用微波加熱引發(fā)接枝反應(yīng)合成了一種高效、環(huán)保的多糖改性絮凝劑(DEX-CS)，結(jié)果表明，該絮凝劑對(duì)高嶺土固體懸浮物的去除率為93.6%；對(duì)絮凝機(jī)理的研究表明，由于DEX-CS絮凝劑對(duì)高嶺土顆粒的吸附，使擴(kuò)散層變薄，雙電層被壓縮，而使ζ電位下降；該絮凝過程包括吸附架橋、電荷中和以及網(wǎng)捕卷掃作用，不同條件下側(cè)重機(jī)理不同，在酸性條件下絮凝的主要機(jī)理是電荷中和，在堿性和中性條件下，以網(wǎng)捕卷掃和架橋作用為主。

人工合成高分子絮凝劑是通過在聚合物分子中引入有機(jī)單體或不同官能團(tuán)而合成的具有更高絮凝性能的高分子絮凝劑。研究發(fā)現(xiàn)，隨著單體和官能團(tuán)的引入，聚合物的特性粘度和比表面積增大，正電荷密度降低，在酸性條件下通過電性中和與致濁顆粒物結(jié)合，在堿性條件下則通過架橋機(jī)制去除水體中懸浮顆粒物[11]。人工合成的有機(jī)高分子絮凝劑因其用量小、產(chǎn)生污泥量少、絮凝能力強(qiáng)、沉降速度快等優(yōu)勢(shì)而廣泛應(yīng)用于濁度廢水處理。Pugazhendhi等[12]發(fā)現(xiàn)用陽離子絮凝劑可以中和微藻細(xì)胞表面所帶負(fù)電荷，降低ζ電位，有利于絮凝過程，形成的微絮體由于連續(xù)碰撞和吸附作用導(dǎo)致絮體的生長(zhǎng)，使絮凝劑幾乎覆蓋了所有的微藻細(xì)胞表面，促進(jìn)了細(xì)胞間的相互作用。此外，人工合成的有機(jī)高分子絮凝劑具有很高的分子量和豐富的官能團(tuán)，在絮凝過程中發(fā)揮重要作用。Suresha等[13]以丙烯酰胺(AM)與3-丙烯酰胺丙基三甲基氯化銨(APTMAC)共聚物為原料，通過不同摩爾比合成兩種不同陽離子絮凝劑CP-8020(AM∶APTMAC=80∶20)和CP-4060(AM∶APTMAC=40∶60)，其對(duì)濁度去除率均達(dá)95%以上；研究發(fā)現(xiàn)，絮凝劑CP-8020由于AM含量高，其具有更高的分子量，在絮凝過程中長(zhǎng)鏈聚合物可以附著在大量高嶺土顆粒上，并且絮凝可以通過橋連作用發(fā)生，絮凝效果更好。

生物絮凝劑是一種無毒、環(huán)保的新型絮凝劑，具有巨大的發(fā)展?jié)摿?，目前已廣泛應(yīng)用于污水濁度的去除。Ma等[14]利用以啤酒廠廢水為營(yíng)養(yǎng)素的克雷伯氏菌菌株生產(chǎn)生物絮凝劑OS-1B，主要由多糖(69.4%)和蛋白質(zhì)(24.5%)組成，研究結(jié)果表明，該微生物絮凝劑對(duì)高嶺土、粘土懸浮液具有良好的絮凝活性，去除率可達(dá)95%；OS-1B分子中由于含有長(zhǎng)鏈多糖和許多官能團(tuán)(例如羥基、羧基和氨基等)，能通過這些活性部位吸附許多顆粒，形成大絮體，故吸附架橋被認(rèn)為是OS-1B主要絮凝機(jī)制。Aljuboori等[15]以廢水為碳源，谷氨酸為氮源，由黑曲霉生產(chǎn)的PM-5生物絮凝劑對(duì)高嶺土懸浮液具有良好的絮凝性能，在培養(yǎng)60 h時(shí)絮凝率可達(dá)76.8%，在Ca2+存在下，對(duì)河水濁度去除率達(dá)63%，絮凝機(jī)理包括電中和與吸附架橋作用。

雖然單一絮凝劑能去除水體中致濁顆粒物，但往往去除率不高且受環(huán)境因素影響較大，復(fù)合絮凝劑是利用物理化學(xué)方法對(duì)單一絮凝劑進(jìn)行改性或用特定方法將它們復(fù)合而成的新的聚合物，不僅可以結(jié)合不同單一絮凝劑的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還可以彌補(bǔ)其缺點(diǎn)，充分發(fā)揮吸附架橋、電中和以及網(wǎng)捕卷掃等絮凝作用，進(jìn)一步提高對(duì)低濁水中濁度的去除[16]。趙瑾等[17]以聚合氯化鋁(PAC)和聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)為原料制備了PAC-PDMDAAC復(fù)合絮凝劑，將其用于海水的凈化處理，在最佳條件下復(fù)合絮凝劑對(duì)海水中濁度的去除率為87.4%；復(fù)合絮凝劑經(jīng)水解對(duì)顆粒物、膠體等發(fā)揮電中和作用，同時(shí)PDMDAAC的高分子長(zhǎng)鏈可在脫穩(wěn)的懸浮顆粒之間形成架橋，促進(jìn)絮體生長(zhǎng)，增強(qiáng)對(duì)細(xì)小懸浮顆粒的卷掃網(wǎng)捕作用。Klein等[18]以高嶺土懸浮液為處理對(duì)象，采用兩性聚(O-甲基丙烯酰-L-絲氨酸)接枝果膠(CG-g-P(SerMA))作為絮凝劑，對(duì)高嶺土顆粒進(jìn)行了高效的分離和連續(xù)回收，在投加量為3 mg/L時(shí)對(duì)高嶺土顆粒去除效率達(dá)到90%以上；高嶺土負(fù)電荷表面與絮凝劑的質(zhì)子化氨基之間存在靜電相互作用，由于電荷中和作用降低了相鄰膠體粒子間的斥力勢(shì)能，使其與負(fù)電荷表面結(jié)合；另一方面，高摩爾質(zhì)量的陽離子絮凝劑容易吸附到陰離子無機(jī)懸浮液的膠粒表面，通過吸附架橋作用將這些小顆粒轉(zhuǎn)化為大絮體而被除去。

2 絮凝劑對(duì)色度的去除

工業(yè)廢水中色度主要來源于紡織、印染、造紙等行業(yè)，水體中的染料分子一般帶有負(fù)電荷，可與帶正電荷絮凝劑分子發(fā)生電中和作用，最后通過架橋和網(wǎng)捕作用而被除去[19]。

無機(jī)低分子絮凝劑對(duì)廢水中色度絮凝效果較差且具有一定的腐蝕性，而在無機(jī)低分子絮凝劑基礎(chǔ)上發(fā)展起來的無機(jī)高分子絮凝劑含有多核羥基絡(luò)離子，可與污水中相反電性的染料分子相結(jié)合，中和電性，破壞其膠體穩(wěn)定性，將其聚合后絮凝沉淀[20]。鄭永杰等[21]通過對(duì)固體廢棄物粉煤灰進(jìn)行有效的改性，制備了無機(jī)高分子絮凝劑聚硅酸氯化鋁鐵(PSAFC)，對(duì)印染廢水脫色率可達(dá)94%，絮凝作用機(jī)理包括電性中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃。孫娜等[22]以鎂鹽、鐵鹽和硅酸鈉為原料，采用共聚法制備了聚硅鐵鎂絮凝劑(PSFM)，PSFM對(duì)色度去除率達(dá)80%以上；PSFM中的金屬離子可發(fā)生水解-聚合反應(yīng)，生成多核羥基絡(luò)離子，中和了帶負(fù)電荷的污染物顆粒，在聚硅酸增聚作用下脫穩(wěn)而被除去；且PSFM的絮凝作用機(jī)理在低投藥量下以電性中和與吸附架橋?yàn)橹鳎辉谳^高投藥量下為吸附架橋與網(wǎng)捕卷掃兩者的結(jié)合。

天然有機(jī)高分子絮凝劑對(duì)廢水中色度的去除有限，所以一般對(duì)其進(jìn)行化學(xué)改性或者將別的有機(jī)單體與其共聚形成天然改性高分子絮凝劑，改性后的絮凝劑分子量增大，其分子中不僅有多種可溶性官能團(tuán)，而且還改變了原有的結(jié)構(gòu)形態(tài)，不僅具有良好的脫色效果，還更容易形成易沉降的大絮體[23]。Xun等[24]采用自由基聚合法成功將丙烯酸接枝到淀粉和殼聚糖的骨架上，制得一種天然改性高分子絮凝劑——三元共聚物淀粉-丙烯酸-殼聚糖(SAAC)絮凝劑，對(duì)色度的去除率在98.0%以上，這主要是由于三元聚合物中存在許多官能團(tuán)，如羧基、氨基和羥基等，在酸性條件下殼聚糖中氨基帶正電，表明主要的絮凝機(jī)理是電荷中和；而在染料初始濃度為 50～100 mg/L 范圍內(nèi)，網(wǎng)捕卷掃也起著重要作用，增強(qiáng)了絮凝過程；但在初始染料濃度為100～150 mg/L 時(shí)，靜電排斥作用削弱了絮凝作用。Cai等[25]合成了一系列不同接枝率的纖維素絮凝劑——羧甲基纖維素接枝聚((2-甲基丙烯酰氧基乙基)三甲基氯化銨)(CMC-g-PDMC)，對(duì)酸性綠 25(AG25)陰離子染料的最高去除率達(dá)97%以上，具有較高的絮凝性能，這是由于改性后絮凝劑分子具有更多的正電荷和更高的分子量；此外，隨著接枝率的增加，染料去除效率也得到提高，研究表明電荷中和與架橋絮凝作用對(duì)水中AG25的去除具有重要作用。

人工合成有機(jī)高分子絮凝劑根據(jù)其離子特性可以分為非離子型、陽離子型、陰離子型和兩性型絮凝劑。由于染料廢水中污染物一般為帶負(fù)電荷的膠體物質(zhì)，因此采用的人工合成有機(jī)絮凝劑以陽離子絮凝劑為主，且電荷中和作用是主要的絮凝機(jī)理[23，26]。袁力等[27]分析了陽離子絮凝劑P(DMC-AM)對(duì)活性染料廢水的絮凝脫色效果，陽離子度為90%的P(DMC-AM)對(duì)活性紅3BF、活性黃3RF、活性艷藍(lán)KN-R的最大脫色率分別為96.9%，93.1%，91.9%；通過紅外分析、Zeta電位測(cè)定和絮體形態(tài)分析表明其對(duì)活性染料模擬廢水的絮凝脫色機(jī)理主要為電性中和與吸附架橋作用。Jia等[28]合成了疏水性陽離子型絮凝劑——聚二甲基二烯丙基氯化銨(HC-PDMDAACs)，將其用于印染廢水中水溶性染料的去除；廢水中的水溶性陰離子染料通過靜電相互作用和HC-PDMDAACs主鏈中陽離子單元形成絮凝沉淀被除去；此外，絮凝劑分子中的的疏水基團(tuán)和其高分子量在絮凝過程中起關(guān)鍵作用，掃描電鏡分析表明HC-PDMDAACs和染料分子通過長(zhǎng)分子鏈的吸附架橋作用形成更多較大絮狀物，同時(shí)網(wǎng)捕、卷掃對(duì)水中陰離子染料分子的去除起到了輔助作用。

微生物絮凝劑除了支鏈和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)外，分子中同時(shí)還存在許多活性基團(tuán)，例如羧基、羥基、胺基、酰胺基等，這些不同功能的基團(tuán)不僅可以為染料分子提供結(jié)合位點(diǎn)，而且還會(huì)影響絮凝劑表面電荷性質(zhì)，有利于發(fā)揮電中和作用；另一方面，在絮凝過程中，多糖類微生物絮凝劑本身為大分子，可以通過電性中和或橋聯(lián)作用與廢水中的染料分子結(jié)合，形成絮凝體而達(dá)到沉淀去除目的[29]。Bisht等[30]利用芽孢桿菌Teri-VB2菌株生產(chǎn)出高效生物絮凝劑BF-VB2，其多糖骨架結(jié)構(gòu)的活性部位被認(rèn)為是具有較高的絮凝活性的其中一個(gè)因素，分子鏈中的氨基和羥基與紡織品染色廢水染料分子表面所帶負(fù)電荷相互作用，最可能存在的絮凝機(jī)理包括吸附架橋、電荷中和或二者的結(jié)合。Chouchane等[31]利用菌株A52產(chǎn)生一種具有絮凝活性的多糖蛋白gpHb，可以很好地去除廢水中色度，對(duì)堿性藍(lán)和堿性紅去除率分別為83.8%和78.6%；傅里葉變換紅外光譜分析表明，絮凝劑分子中存在羧基、羥基、胺基、酰胺基等官能團(tuán)，掃描電鏡照片表明生物絮凝劑表面粗糙，形狀不規(guī)則，且有一些小孔，這些形態(tài)特征增加了gpHb與染料分子的接觸面積。

復(fù)合絮凝劑在處理印染廢水過程中，隨絮凝劑投加量增大，電性中和與吸附架橋作用被進(jìn)一步加強(qiáng)，形成的絮體增大，易于沉降。其中，有機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑具有更高的分子量、更長(zhǎng)的分子鏈以及更多的活性基團(tuán)，立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步被加強(qiáng)，處理染料廢水時(shí)染料分子通過范德華力、靜電引力、氫鍵和配位鍵等作用吸附在絮凝劑分子上，有利于同時(shí)發(fā)揮電中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用。Guo等[32]以造紙廠污泥為原料，通過二甲基二烯丙基氯化銨(DMC)接枝共聚反應(yīng)和2，3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨(GTA)的醚化反應(yīng)制備了四種不同分子量、鏈結(jié)構(gòu)和電荷密度的堿性木質(zhì)素絮凝劑(AL-g-DMC1、AL-g-DMC2、AL-GTA1和AL-GTA2)，研究了其對(duì)分散染料(DY)廢水的絮凝性能，結(jié)果表明，與低分子量線性聚合物AL-GTA1和AL-GTA2相比，AL-g-DMC1和AL-g-DMC2高分子量支鏈共聚物具有優(yōu)異的除色性能和良好的絮體性能；這是由于AL-g-DMC1和 AL-g-DMC2分子量高、存在支鏈的緣故，在聚合過程中起著至關(guān)重要的作用，不僅具有電荷中和作用，而且在粒子間提供了強(qiáng)有力的橋接作用。魯秀國等[33]利用殼聚糖(CTS)對(duì)聚合氯化鐵(PFC)進(jìn)行改性得到復(fù)合絮凝劑CTS-PFC，在投加量為 1.2 g/L，反應(yīng)時(shí)間為15 min時(shí)，CTS-PFC對(duì)印染廢水色度去除率達(dá)93.7%，其分子鏈上存在各種功能基團(tuán)，通過電性中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用對(duì)廢水中的負(fù)電荷膠粒進(jìn)行去除。

3 絮凝劑對(duì)重金屬離子的去除

重金屬作為一種高毒性污染物，主要來源于電鍍、采礦、制革、電池、肥料等行業(yè)，常見的重金屬包括砷、鉛、鎘、鎳、鉻、鋅、銅等[34]。對(duì)于水體中顆粒態(tài)或膠體態(tài)重金屬，高分子陰離子絮凝劑主要通過電中和作用去除重金屬，而高分子陽離子絮凝劑則主要通過架橋、網(wǎng)捕卷掃作用去除重金屬。

無機(jī)高分子絮凝劑大多具有層狀、網(wǎng)狀等結(jié)構(gòu)，可以吸附膠體顆粒，再通過架橋作用，將顆粒凝聚成絮凝物，達(dá)到去除目的。向重金屬廢水中投加無機(jī)高分子絮凝劑后，可利用其長(zhǎng)分子鏈、巨大表面積和立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)通過吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用除去重金屬。李運(yùn)濤等[35]以硫酸鋁鉀、五氧化二釩為原料制得一種新型無機(jī)高分子絮凝劑——聚合硫酸鋁釩(PAVS)，其對(duì)電鍍廢水中Cu2+、Ni2+的去除率分別為98.6%和92.1%；研究發(fā)現(xiàn)V2O5用量的增加有助于釩氧基的生成，使絮凝劑具有較長(zhǎng)的分子鏈，更有利于架橋作用；掃描電鏡分析結(jié)果表明PAVS具有很大的表面積，分子表面存在許多微小孔隙并且呈立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，分子彼此之間相互交錯(cuò)連接形成長(zhǎng)鏈分子，有利于提高絮凝劑的吸附和網(wǎng)捕卷掃能力。

天然高分子絮凝劑中殼聚糖性能最為突出，由于殼聚糖除具備復(fù)雜的雙螺旋結(jié)構(gòu)特征，且分子鏈上含有大量的功能基團(tuán)(氨基、羥基)，通過電性中和作用和吸附架橋作用使水中帶負(fù)電荷的膠體雜質(zhì)等脫穩(wěn)凝聚而最后沉降下來，具有良好的絮凝性能[36]。但由于殼聚糖水溶性差且分子量較小，使得其在重金屬廢水處理中應(yīng)用受到限制。通過化學(xué)方法將一些特定的基團(tuán)引入到殼聚糖分子中有利于提高其絮凝性能，改性后的殼聚糖水溶性也大大提高。Yang等[37]通過將黃原酸基團(tuán)(—OCSS)成功接枝到殼聚糖分子鏈上，制得一種改性天然高分子絮凝劑——黃原酸殼聚糖(XCTS)，能有效去除Cr3+、Cu2+、Mn2+、Ni2+、Pb2+和Zn2+等多種重金屬離子，對(duì)Cr3+、Cu2+和Cd2+去除率分別為100%，100%和99.1%；通過掃描電鏡分析發(fā)現(xiàn)，XCTS-Cr和XCTS-Cu的絮體尺寸明顯大于XCTS-Cd，XCTS-Cr絮體呈明顯蜂窩狀，表明網(wǎng)捕和卷掃作用是去除Cr3+的主要機(jī)理；但總體來看，絮體XCTS-Cr、XCTS-Cu和XCTS-Cd的形態(tài)均不規(guī)則，有明顯的粘附和凝聚跡象，表明絮體相互聯(lián)系，積累形成較大的絮體，因此，顆粒間的吸附架橋機(jī)理在絮體的形成中起著重要的作用。李濤等[38]通過離子交聯(lián)法利用半胱氨酸(Cy)對(duì)殼聚糖(CS)進(jìn)行改性，制備出一種新型高分子絮凝劑——Cy-CS，對(duì)Cu2+的去除率為98.63%；當(dāng)用單獨(dú)的Cy處理Cu2+廢水時(shí)，形成的絮體較小，絮凝性能差；而采用Cy-CS處理Cu2+水樣時(shí)，由于其高分子量，在沉降過程中通過網(wǎng)捕卷掃作用加速了小分子物質(zhì)的沉降，導(dǎo)致絮體越來越大，去除率提高。

人工合成有機(jī)高分子絮凝劑在處理重金屬廢水時(shí)主要通過吸附架橋、靜電引力等作用與重金屬離子形成穩(wěn)定的螯合沉淀物，從而使重金屬離子得以除去。Wisniewska等[39]測(cè)定了陰離子聚丙烯酰胺(ANPAM)和陽離子聚丙烯酰胺(CTPAM)對(duì)Cr3+的絮凝作用機(jī)理，結(jié)果表明，ANPAM會(huì)導(dǎo)致金屬離子ζ電位下降，擴(kuò)散層厚度縮小；另一方面，在ANPAM和CTPAM同時(shí)存在的條件下，聚丙烯酰胺長(zhǎng)分子鏈?zhǔn)蛊涓菀讟蜻B其他懸浮顆粒，絮凝機(jī)理被認(rèn)為是壓縮雙電層和吸附架橋作用。王剛等[40]利用聚乙烯亞胺、二硫化碳和氫氧化鈉為原料，合成了一種新型高分子絮凝劑——聚乙烯亞胺基黃原酸鈉(PEX)，對(duì)水中Cu2+的最高去除率可達(dá)100%；當(dāng)pH>5.0時(shí)，絮凝劑分子內(nèi)以負(fù)電荷為主，水中銅主要以Cu2+和羥基配合物膠體形式存在，由于PEX與Cu2+間的靜電吸引作用以及螯合絮體PEX-Cu與Cu的羥基配合物膠體間的網(wǎng)捕卷掃等作用，促進(jìn)了Cu2+的去除。

生物絮凝劑中由于所產(chǎn)生的細(xì)胞外分泌物主要成分包括多糖、纖維素、蛋白質(zhì)和核酸等聚合物，其分子量很高，存在許多支鏈，且多呈現(xiàn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可通過吸附作用將重金屬離子吸附在其表面，再通過架橋作用，使金屬顆粒團(tuán)聚變大，形成沉淀物而被除去[41]。Huang等[42]將生物絮凝劑MBFGA1引入到氫氧化物分子表面，提高了重金屬的去除效率，研究發(fā)現(xiàn)MBFGA1具有線性長(zhǎng)鏈，分子的長(zhǎng)度在200～500 nm，寬度為20～30 nm，表面形態(tài)與線性分子結(jié)構(gòu)一致且分子表面粗糙，分子最大高度分布分別為1.2 nm和2.5 nm，對(duì)Pb2+的去除率可達(dá)98%，絮凝機(jī)制表現(xiàn)為吸附架橋作用。Ayangbenro等[43]從采礦土壤中分離出兩種可以產(chǎn)生生物絮凝劑的細(xì)菌菌株(Pseudomonaskoreensis和Pantoeasp)，研究表明該生物絮凝劑具有良好的生物活性，對(duì)Cd2+、Cr3+和Pb2+去除率分別為51.2%，52.5%和80.5%，由于其分子中存在羧基、羥基、氨基和多糖基團(tuán)，結(jié)構(gòu)中的羧基官能團(tuán)提供足夠的結(jié)合位點(diǎn)來附著顆粒，作為顆粒與絮凝劑之間的連接橋梁；從兩種生物絮凝劑的結(jié)構(gòu)來看，表面電荷的存在在重金屬去除中起著重要作用，可以歸結(jié)為電性中和作用。

利用復(fù)合絮凝劑去除廢水中的重金屬，可以克服單一絮凝劑缺陷的同時(shí)還能充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)。Zhao等[44]在最佳條件下(26.84 mg/L CaO、71.28 mg/L 聚合氯化鋁和2.87 mg/L陰離子聚丙烯酰胺)合成的復(fù)合絮凝劑對(duì)Cd(Ⅱ)的最大去除率達(dá)到93.65%；在堿性條件下，聚氯化鋁通過電荷中和、吸附和壓縮雙電層破壞了Cd2+的穩(wěn)定性，在后續(xù)的絮凝過程中可能產(chǎn)生更多有效的碰撞；而陰離子聚丙烯酰胺的超高分子量在橋接、網(wǎng)捕和卷掃效應(yīng)中起著關(guān)鍵作用；兩種優(yōu)勢(shì)組合在提高絮凝效率、減少二次污染、降低絮凝劑成本等方面具有重要意義。Liu等[45]研究了殼聚糖-聚硅酸鐵(CTS-PFCS)復(fù)合絮凝劑絮凝性能，結(jié)果表明CTS-PFCS復(fù)合絮凝劑是一種具有復(fù)雜三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合物，該絮凝劑在處理廢水過程中的絮凝性能和穩(wěn)定性都要優(yōu)于簡(jiǎn)單的聚硅酸鐵(PFCS)絮凝劑，且適用pH值范圍廣；絮凝機(jī)理為在初期主要以電性中和和化學(xué)吸附為主，后期以吸附架橋和網(wǎng)捕作用為主。

4 結(jié)束語

在絮凝作用機(jī)理方面，絮凝劑在去除濁度、色度和重金屬過程中絮凝機(jī)理包括壓縮雙電層、電中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃作用，目前國內(nèi)外對(duì)絮凝作用機(jī)理分析還不夠深入，很多文獻(xiàn)只是說明了屬于哪一種作用機(jī)理，沒有結(jié)合絮凝劑和污染物性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)分析，且絮凝過程中可能是多種絮凝作用機(jī)制共同發(fā)揮作用，故后續(xù)還需更深入地研究絮凝劑對(duì)不同污染物的絮凝作用機(jī)理。針對(duì)當(dāng)前常見絮凝劑，對(duì)其絮凝作用機(jī)理研究主要以電性中和、吸附架橋和網(wǎng)捕卷掃為主，而對(duì)壓縮雙電層作用研究較少，仍需完善這方面的研究。此外，絮凝劑對(duì)污染物去除研究往往局限于常規(guī)絮凝劑，對(duì)近年來新型絮凝劑的絮凝機(jī)理報(bào)道很少，這也是未來的一個(gè)發(fā)展方向。因此，今后要提高對(duì)絮凝劑絮凝機(jī)理的整體研究水平，尤其是對(duì)壓縮雙電層作用研究，要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)國內(nèi)外新型絮凝劑的研究深度和力度，對(duì)其進(jìn)行更系統(tǒng)、更完善、更廣泛的研究，把絮凝機(jī)理研究成果應(yīng)用到實(shí)際絮凝劑優(yōu)化和篩選過程中，為實(shí)際應(yīng)用提供更佳的絮凝劑，以提高處理效率，降低處理成本。

在絮凝劑去除污染物方面，雖然許多絮凝劑已成功地應(yīng)用于廢水中濁度、色度和重金屬等污染物的去除，但仍需提高其對(duì)水體中懸浮顆粒物、溶解性雜質(zhì)、重金屬、色素或染料分子、無機(jī)或有機(jī)污染物的去除性能，以滿足廢水排放相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。受生產(chǎn)成本、生產(chǎn)工藝等諸多因素制約，生物絮凝劑的開發(fā)還處于起步階段，為此需要在降低生物絮凝劑制備成本的同時(shí)使其對(duì)污染物的絮凝效率最大化。從性能和成本方面考慮，采用簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)可行的工藝制備具有高效、環(huán)保的新型絮凝劑仍是未來的發(fā)展方向。