1　铝盐混凝剂概述

1.1　铝盐混凝剂发展

混凝是目前水与废水处理的一种广泛使用的方法，且有着悠久的历史。混凝单元是水处理工艺中至关重要的环节，它能够显著影响最终的出水质量和生产成本，是环境工程学科中的重要科技开发领域^［1］。

混凝剂的种类和性质影响混凝单元的效率和运行成本，因此很长一段时间，国内外研究学者均致力于混凝剂的开发和研制工作中。整体来看，混凝剂的发展趋势为从无机低分子混凝剂向无机高分子混凝剂发展、从简单的无机高分子混凝剂向复合混凝剂发展。目前常用的混凝剂种类很多，按化学成分可分为无机和有机两大类，如表1-1所列。

表1-1　混凝剂的类型及名称

其中，无机混凝剂以其无毒、原料易得及其价格低廉等优势一直在饮用水、工业水的净化处理以及地下水、废水淤泥的脱水处理中得到广泛应用。19世纪末期，美国将硫酸铝用于给水处理工艺中并取得专利，硫酸铝以其卓越的混凝沉降性被广泛采用，成为给水和废水处理工艺中的主要无机混凝剂。目前，全世界的硫酸铝的年产量大约为4×10⁶～5×10⁶t，主要应用于给水和废水的混凝处理。我国常用的用于饮用水净化的明矾就是硫酸铝和硫酸钾或者硫酸铵的复合盐类，但是主要应用于给水处理，在工业用水和废水的处理工艺中应用较少。铝盐混凝剂已经成为最常用最广泛的水处理药剂，其中明矾在我国以及中东地区作为混凝剂的历史已经有几千年，人类首次使用硫酸铝进行净水实验是在1827年。到20世纪初期，采用混凝剂进行给水处理的快滤池进入实践中，之后，在1929年铝酸钠逐渐作为混凝剂被采用^［2］。

随着长期的实践，人们逐渐对铝盐的水解聚合反应和混凝机理有了一定的认识，发现采用硫酸铝等传统铝盐混凝剂时，在投入到水体中后，铝盐混凝剂的水解和聚合反应会强烈地影响水体中胶体物的脱稳过程，因而不能达到预期最佳的混凝效果。在这种情况下，无机高分子铝盐混凝剂在低分子铝盐混凝剂的基础上发展起来。从20世纪30年代以来，前苏联、日本、德国等国家陆续开始研究铝的碱式盐，并将这种碱式盐应用于给水处理工艺中。随后，在实验室通过各种方法制备出了不同的碱式铝盐，如羟基铝、络合铝等，并逐渐将它们应用于净水工艺中。20世纪60年代，日本率先将无机聚合铝盐混凝剂聚合氯化铝（PAC）应用到实际水处理工艺中；到20世纪70年代中期以后，日本给水处理中PAC的使用超过了明矾^［3～6］。我国也是研制PAC较早的国家之一，从20世纪60年代开始研究。哈尔滨自来水公司等单位在1964年用铝灰试制“碱式络合铝盐”^［7］，不久之后，沈阳市组成饮水洁净小组开展了羟基氯化铝的试制研究工作^［8］。

到20世纪70年代的中期以后，世界上很多国家已经把聚合铝当成一种非常重要的无机高分子混凝剂并给予了肯定的评价。目前聚合氯化铝（PAC）已经逐步取代明矾、氯化铝、硫酸铝等传统铝盐混凝剂，成为水处理工艺中最广泛使用的水处理药剂。我国目前用于水处理工艺的PAC的年用量约为5×10⁵t，并且随着我国经济迅速发展以及净水要求的不断提高，PAC的用量逐年增大。高分子聚合铝盐混凝剂的研制和应用标志着铝盐混凝剂的研究进入了一个新的领域和阶段，中间经历了从铝盐到无机高分子铝盐再到复合高分子铝盐的发展历程。