当前优先发展新型、高效、安全、经济的水处理药剂与材料产业，加强科技创新力度，重点扶持我国规模化生产水处理药剂与材料产业基地，加快提高我国水处理药剂与材料质量，对于满足我国21世纪水处理工程技术的需要，确保水资源可持续利用，以及抵御在我国加入WTO组织后的国际资本与技术侵入风险，参与国际市场竞争，实现我国21世纪环境、经济可持续发展具有重要的战略意义。
作者仅就目前在我国水处理药剂与材料领域中使用量大而面广的无机高分子絮凝剂产业现状与发展规划做以论述。
1 无机混凝剂种类及其发展历程
1.1 无机混凝剂种类
无机混凝剂目前主要分为无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂两大类(见表1)。
无机凝聚剂一般指传统铝、铁盐类化合物，无机高分子絮凝剂则指铝、铁盐的水解—沉淀动力学中间产物，即羟基聚合离子，其他一些品种，如钙盐、镁盐、活化硅酸等主要作为中和剂或助凝剂使用。目前传统凝聚剂正逐渐被无机高分子絮凝剂所取代，在全国混凝剂市场销售量中，传统凝聚剂仅约占20%，而无机高分子类约占80%以上。其中，聚合氯化铝约占65%～70%，聚合硫酸铁6%～8%，其无机类阳离子金属盐复合系他一些品种约占2%～5%。
1.2 无机高分子絮凝剂发展历程
无机高分子絮凝剂产业始于日本。60～70年代日本先后研制开发了聚合氯化铝和聚合硫酸铁生产工艺技术，此后在我国得到迅速发展，其中聚合氯化铝是当前产量最多、应用范围最广泛的品种，并衍生出多种系列复合型无机高分子絮凝剂。如在聚合铝/铁中引入不同金属离子或阴离子，或有机高分子絮凝剂，可分别制成聚合铝铁、聚合铝硅、聚合铁硅、聚硫氯化铝、聚磷氯化铝、有机复合型聚合铝，等等。作用或强吸附架桥能力或增强净化沉降性能，目的都是在于提高净化效果，降低处理成本。但无论哪种类型的无机高分子复合絮凝剂，其主体有效成分仍是铝、铁盐水解羟基聚合络离子。
我国无机高分子絮凝剂始于70年代。在原料、生产工艺及技术路线上充分体现了中国特色，即利用工业废料，如废铝灰、铝矾土、煤矸石通过酸溶或碱溶法制备聚合铝，或利用钛白生产的副产硫酸亚铁、酸洗钢铁废液制备聚合硫酸铁或聚合氯化铁，这一传统一直延续至今。70年代初，汤鸿霄等先后利用废酸、碱创建酸、碱溶铝灰法制备聚合氯化铝工艺，随后又建成煤矸石法制备聚合氯化铝生产厂。这些研究成果作为国家建委重点项目获1978年全国科学大会奖，由此推动了我国聚合铝絮凝剂产业发展。
80年代后期，生产者及研究人员逐渐认识到，工业废料生产聚合铝存在诸多生产工艺及品质质量问题，难以生产高品位聚合铝产品，从而转向国际流行工艺，即以工业氢氧化铝为原料，采用盐酸热压溶一步或二步法制备高品位聚合铝絮凝剂。90年代初，我们率先在唐山实施了采用盐酸热压溶一步法与喷雾干燥法制备高品位固体聚合铝絮凝剂的现代生产工艺技术。建立了规模与现代化程度居国内领先的中港合资生产厂，产品质量达到日本品质，外销东南亚。该工艺的实施极大地改变了我国聚合铝生产工艺水平落后状况，使我国聚合铝生产工艺及品质在90年代初达到了国际先进水平。
由于近年工业氢氧化铝价格持续上涨，导致生产成本增加，致使高品质产品在国内市场销售受阻。因此，寻求廉价生产原料，降低成本是众多生产厂家追求的最大目标。为此，我国独创了“铝酸钙粉"生产工艺。由于铝酸钙粉价廉，仅为工业氢氧化铝的1/4～1/5，且呈碱性，既增加产品Al2O3含量又达到高碱化度(85%以上)，明显降低生产成本。同时易于采用廉价滚筒干燥制成固体产品，而工业氢氧化铝则无法实现。此外，铝酸钙粉生产聚合铝含有大量微细矿物颗粒，对低浊低碱度水质净化处理效果较好。对含油废水，工业废水也具有较强的吸附凝聚除油、去除COD的效果。因此，使用铝酸钙粉已成为目前聚合铝絮凝剂生产厂家通用的生产方法。
但采用铝酸钙粉制备的聚合铝产品呈浑浊状且含有较高含量的重金属杂质，即使长时间沉淀或机械过滤也难得完全澄清透明的产品。严格来讲，目前采用铝矾土与铝酸钙粉生产的聚合铝一般只能作为粗制品，不适合饮用水净化处理，也难以出口。
目前我国聚合铝主要工业生产工艺概括于表2中，多采用以酸溶废铝灰、煤矸石、铝渣或铝酸钙粉在一定温度条件下经相当时间(数小时到十余小时)的酸化溶解反应，熟化或固化而制成具有高碱度的粗制液体或固体产品，少数厂家采用废铝屑或氢氧化铝酸压溶法制备精制产品。无论何种生产制备方法，最终目的是形成含OH总当量数小于Al总当量数的羟基聚合物，其OH/Al的商值即称之为碱化度或盐基度。一般说来，聚合铝的碱化度越高，混凝效能越强，但碱化度过高将失去稳定而生成难溶解的氢氧化铝沉淀，同时又导致混凝效能降低。大量研究表明，碱化度控制在75%～85%为佳。但由于生产要求高浓度的铝含量(通常以Al2O3计，15%～17%)，因此很难得到即具有高碱化度且能迅速溶解透明的制品，多数在45%～60%左右，如提高碱化度，一般需要采用二次碱调方法，但制品多呈浑浊状态。
我国聚合铁研制始于80年代初，首先研制出聚合硫酸铁。此后，我国许多部门对聚合铁生产工艺，絮凝特性及其应用进行了大量的研究，取得了显著成就。最初采用硫酸钢铁酸洗废液作原料，但由于含铁量不稳定，导致产品不稳且重金属杂质含量高，不适用饮用水净化处理。此后转向钛白生产副产物硫酸亚铁作原料。目前，尽管液体聚合硫酸铁生产方法较多，但成熟工艺目前仍是采用亚硝酸钠氧化催化法。聚合铁碱化度需要控制较低，一般OH/Fe比控制在8%～15%。超出此碱化度范围，铁水解反应突变，从高价聚合态羟基络离子转化成高聚态低价的胶凝产物。国内目前聚合硫酸铁生产厂家主要以年产1000～2000t的小规模液体产品为主。近年我国也有采用常温催化聚合一步法生产固体聚合硫酸铁工艺，但售价较高，难以开拓市场。
日本在90年代开始研制聚合氯化铁絮凝剂，主要原因在于净水处理过程多采用三氯化铁凝聚剂。混凝效果也表明，聚合氯化铁能明显地增强铁系絮凝剂高效絮凝优点并克服某些缺点，理应成为最完善的水处理新型药剂，但即使在发展最快的日本也尚未能商品化，究其原因在于产品稳定性极差，聚合几小时至一周内即转向沉淀，效果降低。对此，我们经过数年持续研究，成功地攻克了其不稳定性，独创稳定性聚合氯化铁生产工艺并付诸实施，制品稳定2a以上，并进一步利用钢铁及电子线路板生产的酸洗废液及铁屑作原料，采用固态氧化聚合法生产聚合氯化铁工艺，工艺流程简单且有效地解决了工业酸洗废液资源化处理问题。目前这项工艺技术已在天津大港油田、洛阳石化以及深圳等地投入生产。
近年来，随着环境污染治理力度加大，为适合各类水质净化处理需求，复合型絮凝剂的研制已成为热点，我们先后研制开发了聚合铝铁、铝硅、硅铝、硅铁以及聚合铝/铁与活性致浊物质和有机高分子絮凝剂等系列复合絮凝剂。同时为了节省投资，增强生产厂家的市场竞争力，利用聚合氯化铁和聚合氯化铝絮凝剂均属氯酸系列，开发了联合生产工艺技术，即采用一套主生产设备及相关附属设备，通过调整反应温度和压力，以及不同配料比生产聚合氯化铁或聚合氯化铝。并在聚合铝/铁的生产基础上，通过复配工艺，生产聚合铝硅和聚合铝铁等多品种絮凝剂。2 无机高分子絮凝剂应用范畴及产业发展现况
2.1 产业应用范畴
与传统凝聚剂相比，无机高分子絮凝剂具有显著净化处理效能，因而在给水、废水处理领域得到广泛应用，如在城市、工业给水方面，它适用于任何源水净化处理过程，尤其对微污染水质，低温、低浊、低碱度水质，除浊率高达95%～98%。在工业废水处理方面，在油田回注水、炼油、机加工含油废水、洗煤、印染废水、制药、造纸、冶金、制革等行业废水处理过程中都得到了广泛地应用。它不仅能够显著去除废水中细微悬浮颗粒物，而且能有效去除水中的各种油份、色度、COD，去除率可达60%～80%以上。尤其采用聚合铝与有机高分子絮凝剂配合使用，不仅显著降低废水处理费用，而且明显提高处理效果。
此外，无机高分子絮凝剂在城市污水强化絮凝与回用净化处理过程具有十分巨大的潜在应用前景。目前我国城市污水主要采用二级生物处理工艺，由于其投资费用大、运行管理费用高、建设周期长、占地面积大，已成为当前各级政府的沉重财政负担，尤其经济欠发达地区更为严重，大批污水处理厂或因缺乏资金而无法兴建或建成无法正常运行而被迫停运。而强化絮凝法(相当于一级半处理)在基建投资、运行维护费用、占地面积、电耗及人力等方面均远低于传统二级生化处理工艺，而且运行管理灵活方便、处理稳定、见效快、环境效益好。它不仅能在短时间内以较少投资和较低运行费用而使各地城镇污水河或城镇污水得到有效治理，同时也将有效扼制我国当前区域性水环境污染加剧趋势，因此是一种符合我国城镇当前经济发展水平的经济、实用、高效型污水处理技术。它对于解决当前我国各级政府由于治理资金不足而无法开展区域性水环境污染治理的困难局面，缓解当前我国亟待解决的水环境污染问题，实现经济与环境的可持续发展战略具有重要的现实意义。
城市污水强化絮凝工艺与絮凝剂产业发展密切相关，由于城镇污水处理水量大，污染物质含量高，絮凝剂投加量将是给水处理的2～5倍，预计絮凝剂需求量将成倍增长。但过去由于絮凝剂价格较高，因此CEPT法(城市污水强化絮凝工艺)在过去应用较少。近年由于我国价廉的无机高分子絮凝剂的大量生产，使其吨水处理药剂费用降低到0.1元以下，因此，预计不久的将来，CEPT法将会在我国城市污水净化处理中得到广泛应用。
无机高分子絮凝剂除了目前广泛应用于各种给水和废水处理、污泥处置过程外，还可应用于制药、化妆品及工业催化剂作原料或添加剂。在造纸施胶过程中，使用聚合铝替代硫酸铝可明显提高纸品质量。高品质的聚合铝絮凝剂在各种食品、糖果、酒类、饲料生产产品的固液沉降分离过程中也有不同程度的应用。
2.2 国外产业发展现状与特点
世界性水资源短缺与水质污染问题也日趋加剧，因而水质质量，水资源可持续利用以及水污染治理问题是关系国家社会稳定，经济可持续发展的重大问题，得到了世界各国政府的高度重视，并极大地促进了世界水处理药剂的迅速发展，市场需求量迅速增长，产品应用范围逐年扩展。
目前，世界无机高分子絮凝剂总产量约为100万t/a(不含中国)，主要品种是聚合氯化铝，约占80%以上，聚合硫酸铁约占5%～10%，其他一些复合品种，如聚合硫酸硅铝等约占5%～10%。日本聚合铝生产量1998年接近50万t/a，比60年代末增长了30倍，并超过各种絮凝剂生产总量的50%，正逐步取代传统絮凝剂。日本工艺技术和产品质量代表了当前国际聚合铝絮凝剂的最高水平。西欧各国于1976年开始生产并使用聚合铝絮凝剂，其中，以法国、瑞典生产为主，年产量已近10万t。美国、加拿大也已于1983年批准在城市给水和工业废水处理中使用，但目前仍以硫酸铝凝聚剂为主，年产量约为110万t。意大利、俄罗斯等国及我国台湾等地均有生产。目前，国际市场用于饮用水净化处理的高品位固体聚合铝售价约为500～600美元/t。
世界性水环境污染治理，尤其近年来CEPT法以其投资少、占地小、费用低、见效快以及特有除磷效果而得到较广泛应用。北美、欧洲的许多中小型污水处理厂(5万t以下)大多采用强化絮凝工艺。在欧洲、美国等大型污水处理厂则采用强化絮凝与生化结合方法进行污水脱氮除磷处理，降低运行费用。美国EPA最近通过了消毒剂/消毒副产物(D/DBP)法规，要求“给水及城市污水强化絮凝处理"，使新型高效絮凝剂和消毒杀菌剂在饮用水、城市污水净化处理的市场需求迅速增长，预计2000年后絮凝剂需求量将增长35%，尤其无机高分子絮凝剂(IPF)和有机高分子絮凝剂(OPF)产品。IPF以其廉价优异的净化效能而使其成为美国当前絮凝剂产业发展主流。其中，聚合氯化铝用量增长最快，达到20%～25%，市场前景十分看好。
近年来，随着国际市场竞争加剧，国际化、规模化、专业化与系列化已成为当前国际水处理药剂产业发展趋势，特点是：
(1)大多都是具有规模化生产的大企业，如美国杜邦、陶氏化学，瑞典凯米沃特、日本旭日成、东洋纺、电工、三洋等公司；
(2)各公司几乎生产各类水处理药剂与材料，具有产业领域宽阔的特点；
(3)针对不同水质处理需求生产多种药剂，形成系列化、专业化生产特点；
(4)注重科技投入，充分利用公司技术积累，同时积极引进新技术，研制开发新产品，提高档次，扩展规模；
(5)企业间跨国兼并重组，形成跨国集团生产销售，扩大市场占有率。
2.3 我国产业发展现状与特点
据统计，我国现有聚合铝、聚合硫酸铁絮凝剂生产厂近百家，遍及全国各地，年产量约为50万t/a，产值约8～10亿元。基本满足我国目前城市饮用水净化处理的需求，并部分用于工业废水处理。
我国无机高分子絮凝剂产业突出特点：
(1)生产主体以中小乡镇或民营企业为主，企业数量多，但产值低。年产值达到千万元以上的骨干企业不足20%，还没有超过亿元的大型集团企业；
(2)产量低、品种少、品质差、效能低，是目前我国絮凝剂企业普遍存在的突出问题，大多数企业年产量在2000～3000t且品种单一，多数产品达不到国家质量标准，能达到或超过国际质量的就更少；
(3)企业科技投入不足、人员素质低、工艺落后、设备简陋，工艺技术仍停留在70、80年代水平并沿袭低投入、高能耗、高污染、低技术含量的生产方式；
(4)多数企业生产条件差、环境污染严重，厂区及周边环境恶劣。
2.4 产业发展制约因素
无机高分子絮凝剂属于环保产业领域，发达国家近年环保产业快速发展在相当大程度上依赖于政府政策，法规制定与执行，社会公众环保意识的提高，并且政府采取一系列优惠政策以及市场规范管理。因此，我国絮凝剂产业发展，首先必须依靠政府强化水资源可持续利用与加强水污染治理力度，同时制定相应市场法规与标准，强化市场平等竞争原则，规范市场交易机制。
当前我国絮凝剂产业市场发展喜忧参半，可喜的是我国城镇与工业的迅速发展，国家对资源可持续利用的重视，水环境污染治理力度的加大，为絮凝剂产业发展提供了空前发展机遇。忧的是目前声势大而行动少，执法力度不严，政府缺乏强有力的宏观管理与调控手段。这种局面严重阻碍了我国絮凝剂产业规模的壮大与发展。因此，国家政策与法规不健全以及当前环保执法力度不严是制约产业发展的重要外部因素。
我国絮凝剂产业快速发展始于80年代，属于新兴产业领域。相应法律规则尚未健全，管理不科学、不规范、缺乏技术规范与有效质量监督管理，市场交易不规范。企业不以质量而是以相互压价、不正当手段进行交易，尤其一些乡镇小企业，违法经营，严重扰乱市场秩序，助长了社会腐败行为。导致市场产品质量参差不齐，品种庞杂，大量粗制滥造产品进入市场，高质量产品销售不畅，企业效益下降，致使一些生产高品质产品的企业不得不转而生产低品质产品，造成恶性循环。这种不规范市场交易行为严重阻碍了我国絮凝剂产业正常发育，影响了企业产品质量的提高，是制约产业发展的主要外部因素。
我国絮凝剂产业主体以乡镇和民营企业为主，企业资金短缺，投资力度不够，科技投入少，技术力量薄弱，缺乏后续研发能力，企业发展存在自发性、盲目性和滞后性等，是制约产业发展的重要内部因素。
此外，企业规模小、人员素质低、技术落后。多数企业没有形成规模化、系列化、专业化生产，没有创出高科技企业、高质量品牌效应也是形成企业发展瓶颈的主要内部因素。因而不具有与国际跨国公司高质量产品的竞争优势。因此，在我国加入WTO组织后，我国絮凝剂产业不具有发展机遇，而是面临国际跨国公司高质量产品的挑战，国际跨国公司雄厚资金投入将使我国特有的资源与技术优势流失。
3 当前我国絮凝剂产业发展有利因素及市场前景
城镇饮用水与工业用水需求量迅速增长推动了絮凝产业的发展：自1827年人们第一次使用Al2(SO4)3进行水质澄清净化处理后，混凝过程一直是地表水厂(江河、湖泊、水库等城市及工业水源地)进行水质净化澄清处理工艺过程中不可缺少的工艺技术环节。因此絮凝剂产业最基本需求是城市与工业用水的净化除浊澄清处理。城市与工业发展必然伴随着用水量的增长，尤其改革开放以来，我国工业生产迅速发展，人民生活水平不断提高，加速了我国城镇工业化进程。目前，我国设市县城市640多个，建制镇1.6万多个，人口约2.7亿。到2010年设市县城市将达到1200个，建制镇将达到2.5～3万个。城镇居民饮用水和工业用水需求量将迅速持续增长。仅“九五"期间，全国将新建及扩建城市自来水厂100余座，集资500～800亿元，预计2005年后全国城镇日供水能力将突破2亿t，达到2.4亿t。按目前水厂聚合铝絮凝剂一般平均投加量10～20g/t估算，全国仅城市用水每年絮凝剂需求量达60～80万t。这尚不包括由于水源水质污染而导致水厂净化过程所加大絮凝剂投加量部分。
全国水系污染综合治理力度的加大给絮凝剂产业带来了空前发展机遇。我国水资源原本匮乏且分布不均，近年水资源短缺问题更加突出，黄河断流，地下水位下降，水质污染加重，已经警示我们必须对21世纪我国水资源及水污染问题加以足够的重视。否则，将会严重地制约我国社会经济的可持续发展。为此，1998年国务院《关于环境保护若干问题的决定》明确指出，到2000年全国所有工业污染源必须达标排放，并要求全国县以上城镇都要建城市污水处理厂。同时国家加大了三河、三湖流域污染综合治理的力度。仅淮河流域，2000年需投资60亿元，新建城市污水处理厂52座，污水处理量达到350万t/d。高效絮凝剂作为工业废水和城市污水处理的絮凝工艺以及污泥处置所必须投加的化学药剂，不仅能有效消减废水中各种污染物，而且能有效减轻后续处理负荷，降低处理成本，处理易于达标。因此，随着今后国家及地方水污染治理力度的加大，絮凝剂产业在工业废水和城市污水处理以及污泥处置的需求必将得到迅速的增长。一般，工业或城市废水处理的药剂投加量约为用水的10～30倍。因此，预计2000年以后，我国工业废水和城市污水处理所需絮凝剂约为80～100万t/a，年销售额为15～18亿元，因此目前缺口较大，具有潜在市场前景。
资源及技术优势为絮凝剂产业发展提供了有力支持：聚合铝、铁絮凝剂原料主要是盐酸、硫酸等化工基本原料以及含铝、铁矿产资源或工业废料。近年来，我国化工、化肥与盐业工业的迅速发展为无机盐絮凝剂产业发展提供了大量廉价副产盐酸和硫酸。我国氧化铝工业的快速发展(目前已有六个特大型氧化铝生产企业)，为高品质聚合铝絮凝剂生产提供了充足的氢氧化铝原料。我国特有丰富的铝矿产资源(铝矾土、铝酸钙粉等)也为聚合铝生产提供了充足而廉价的矿物原料。而我国钢铁及机械工业的快速发展为聚合铁絮凝剂提供了大量的钢铁酸洗废液，副产硫酸亚铁、铁屑等廉价生产原料。因此我国在无机高分子絮凝剂生产方面具有廉价原料资源优势。
目前最具有代表性的聚合铝、聚合铁及其复合品种等生产工艺技术，我国始终处于世界前列。尤其近年根据我国特有丰富的铝矿资源以及国情，研制开发了独特的以铝矾土、铝矿渣、铝酸钙等废矿产资源制备聚合铝，使我国聚合铝絮凝剂生产价格明显下降，因此具有明显的价格竞争优势和技术优势。
我国目前拥有一支水平高而人数众多的水处理药剂科研队伍，全国242家部委研究院所改制，其中有相当一部分院所将加盟水处理药剂与材料产业行业，这无疑将极大推进我国絮凝剂产业技术的科技进步、进一步提高产品科技含量，使絮凝剂产业得到迅速发展，因此，特有的技术优势也为我国无机高分子絮凝剂产业发展提供了有力的技术竞争优势。
4 我国“十五"期间絮凝剂产业发展规划
当前，世界水处理药剂正趋于向高效能、低毒无公害、多功能、复合化的绿色产业方向发展。高效性能、环境保护、安全稳定与经济适用将是评价絮凝剂产业发展的关键指标。无机高分子复合型或有机高分子复合型高效絮凝剂，无毒高电荷高分子量的阳离子有机高分子絮凝剂以及天然有机高分子絮凝剂、生物絮凝剂产业技术将是今后发展的重点。
高品质絮凝剂在国内外都具有广阔良好的市场前景。但目前我国这种小而散的生产状况严重地制约了我国无机高分子絮凝剂市场发展及参与国际市场竞争能力。如不尽早改变我国目前这种生产状况，随着市场经济不断发展和完善，尤其在我国加入世贸组织后，我国庞大的絮凝剂市场必将被国际大公司所占领，特有资源与技术优势将丧失。
因此，“十五"期间我国絮凝剂产业发展规划为：坚持以企业为主体、市场为导向、产品为龙头、效益为中心的原则。以科技进步、自主开发为先导，以规模化、专业化、系列化生产为主；积极培育发展区域性水处理药剂与材料生产基地，重点、择优扶持一些已具备一定生产规模、工艺先进、环境好、品质高、效益好的内资企业，形成规模化生产骨干企业；尤其重点支持具有资源和技术优势、自主产权的高新产品开发与应用；大力推动企业科技进步，提高产品质量和档次；加强政府宏观调控机能，规范市场交易行为，制定行业标准规范；坚决关停并转一些质量低下，环境污染严重的中小企业；政府提供优惠政策，鼓励企业开拓国内外市场，参与国际市场竞争。
国家鼓励企业间联合与兼并，大学、科研单位与企业通过多种方式共建产、学、研一体的经济实体。加大新产品、新工艺开发力度，改造淘汰落后污染严重的旧工艺与设备；重点开发投资省、效益高、质量好的高新技术产品。加速科技成果产业化进程。强化科技进步市场导向，为科技产品产业化和市场规模迅速增长创造良好环境。
总之，力争在“十五"期间，通过关停并转以及科技投入等一系列措施，使我国絮凝剂产业形成规模化、系列化生产，产品品质得到显著提高。在此期间，形成年产值在5～10亿元的区域性絮凝剂产业基地3～5处，年产值5000万元以上的骨干企业10余家。使我国絮凝剂产业发展规模壮大，产品品质达到或接近国际水平，不仅能够满足国内市场的需求，而且能够出口创汇，参与国际市场竞争。力争“十五"后我国无机高分子絮凝剂产品出口率达到20%，2015年达到40%。
