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混凝和混凝劑
日期：2025-02-07 01:22
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摘要：
混凝的目的在于通過向水中投加一些藥劑（通常稱為混凝劑及助凝劑），使水中難以沉淀的膠體顆粒能互相聚合，長大至能自然沉淀的程度。這個方法稱作混凝沉淀。在給水處理和廢水處理中混凝沉淀都是*常用的方法之一。
混凝處理中包括凝聚和絮凝兩個階段。在凝聚階段水中的膠體雙電層被壓縮失去穩(wěn)定而形成較小的微粒；在絮凝階段這些微?；ハ嗑劢Y(jié)（或由于高分子物質(zhì)的吸附架橋作用相助）形成大顆粒絮體，這些絮體在一定的沉淀條件下可以從水中分離去除。
一、混凝劑與助凝劑
（一）常用的無機鹽類混凝劑
常用的無機鹽類混凝劑見表4-3。
表4-3 常用的無機鹽類混凝劑
名稱 | 分子 式 | 一般 介 紹 |
精制硫酸鋁 | Al2(SO4)3·18H2O | （1）含無水硫酸鋁50%~52% （2）適用于水溫為20~40℃ （3）當pH=4~7時，主要去除水中有機物 pH=5.7~7.8時，主要去除水中懸浮物 pH=6.4~7.8時，處理濁度高、色度低 （小于30度）的水 （4）濕式投加時一般先溶解成10%~20%的溶液 |
工業(yè)硫酸鋁 | Al2(SO4)3·18H2O | （1）制造工藝較簡單 （2）無水硫酸鋁含量各地產(chǎn)品不同，設(shè)計時一般可采用20%~25% （3）價格比精制硫酸鋁便宜 （4）用于廢水處理時，投加量一般為50~200mg/L （5）其他同精制硫酸鋁 |
明礬 | Al2(SO4)3· K2SO4·24H2O | （1）同精制硫酸鋁（2）、（3） （2）現(xiàn)已大部分被硫酸鋁所代替 |
硫酸亞鐵 （綠礬） | FeSO4·7H2O | （1）腐蝕性較高（2）礬花形成較快，較穩(wěn)定，沉淀時間短（3）適用于堿度高，濁度高，pH=8.1~9.6的水，不論在冬季或夏季使用都很穩(wěn)定，混凝作用良好，當pH值較低時（<8.0），常使用氯來氧化，使二價鐵氧化成三價鐵，也可以用同時投加石灰的方法解決 |
三氯化鐵 | FeCl3·6H2O | （1）對金屬（尤其對鐵器）腐蝕性大，對混凝土亦腐蝕，對塑料管也會因發(fā)熱而引起變形 （2）不受溫度影響，礬花結(jié)得大，沉淀速度快，效果較好 （3）易溶解，易混合，渣滓少 （4）適用*佳pH值為6.0~8.4 |
聚合氯化鋁 | [Aln(OH)mCl3n-m] （通式） 簡寫PAC | （1）凈化效率高，耗藥量少，過濾性能好，對各種工業(yè)廢水適應性較廣 （2）溫度適應性高，pH適用范圍寬（可在pH=5~9的范圍內(nèi)），因而可不投加堿劑 （3）使用時操作方便，腐蝕性小，勞動條件好 （4）設(shè)備簡單，操作方便，成本較三氯化鐵低 （5）是無機高分子化合物 |
（二）常用的有機合成高分子混凝劑及天然絮凝劑
常用的有機合成高分子混凝劑（又稱絮凝劑）及天然絮凝劑見表4-4。
表4-4 常用有機合成高分子混凝劑及天然絮凝劑
名 稱 | 分子式或代號 | 一般 介 紹 |
聚丙烯酰胺 | 代號PAM | （1）目前被認為是*有效的高分子之一，在廢水處理中常被用作助凝劑，與鋁鹽或鐵鹽配合使用 （2）與常用混凝劑配合使用時，應按一定的順序先后投加，以發(fā)揮兩種藥劑的*大效果 （3）聚丙烯酰胺固體產(chǎn)品不易溶解，宜在有機械攪拌的溶解槽內(nèi)配制成0.1%~0.2%的溶液再進行投加，稀釋后的溶液保存期不宜超過1~2周 （4）聚丙烯酰胺有極微弱的毒性，用于生活飲用水凈化時，應注意控制投加量 （5）是合成有機高分子絮凝劑，為非離子型；通過水解構(gòu)成陰離子型，也可通過引入基團制成陽離子型；目前市場上已有陽離子型聚丙烯酰胺產(chǎn)品出售 |
脫色絮凝劑 | 代號脫色I號 | （1）屬于聚胺類高度陽離子化的有機高分子混凝劑，液體產(chǎn)品固含量70%，無色或淺黃色透明粘稠液體 （2）貯存溫度5~45℃，使用pH值7~9，按1：50~1：100稀釋后投加，投加量一般為20~100mg/L，也可與其他混凝劑配合使用 （3）對于印染廠、染料廠、油墨廠等工業(yè)廢水處理具有其他混凝劑不能達到的脫色效果 |
天然植物改性高分子絮凝劑 | （1）由691化學改性制得，取材于野生植物，制備方便，成本較低 （2）宜溶于水，適用水質(zhì)范圍廣，沉降速度快，處理水澄清度好 （3）性能穩(wěn)定，不易降解變質(zhì) （4）**無毒 | |
天然絮凝劑 | F691 | 刨花木、白膠粉 |
F703 | 絨稿（灌木類、皮、根、葉亦可） |
（三）常用的助凝劑
常用的助凝劑見表4-5。
表4-5 常用的助凝劑
名 稱 | 分子 式 | 一般 介 紹 |
氯 | Cl2 | （1）當處理高色度廢水及用作破壞水中有機物或去除臭味時，可在投混凝劑前先投氯，以減少混凝劑用量 （2）用硫酸亞鐵作混凝劑時，為使二價鐵氧化成三價鐵可在水中投氯 |
生石灰 | CaO | （1）用于原水堿度不足 （2）用于去除水中的CO2，調(diào)整pH值 （3）對于印染廢水等有一定的脫色作用 |
活化硅酸、活化水玻璃、泡花堿 | Na2O·xSiO2·yH2O | （1）適用于硫酸亞鐵與鋁鹽混凝劑，可縮短混凝沉淀時間，節(jié)省混凝劑用量 （2）原水渾濁度低、懸浮物含量少及水溫較低（約在14℃以下）時使用，效果更為顯著 （3）可提高濾池濾速，必須注意加注點 （4）要有適宜的酸化度和活化時間 |
二、影響混凝效果的因素與混凝劑的選擇
（一）影響混凝效果的主要因素
影響混凝效果的因素比較復雜，其中主要由水質(zhì)本身的復雜變化引起，其次還要受到混凝過程中水力條件等因素的影響。
1.水質(zhì)
工業(yè)廢水中的污染物成分及含量隨行業(yè)、工廠的不同而千變?nèi)f化，而且通常情況下同一廢水中往往含有多種污染物。廢水中的污染物在化學組成、帶電性能、親水性能、吸咐性能等方面都可能不同，因此某一種混凝劑對不同廢水的混凝效果可能相關(guān)很大。另外有機物對于水中的憎水膠體具有保護作用，因此對于高濃度有機廢水采用混凝沉淀方法處理效果往往不好。有些廢水中含有表面活性劑或活性染料一類污染物質(zhì)，通常使用的混凝劑對它們的去除效果也大多不理想。
2.pH值
pH值也是影響混凝的一個主要因素。在不同的pH值條件下，鋁鹽與鐵鹽的水解產(chǎn)物形態(tài)不一樣，產(chǎn)生的混凝效果也會不同。由于混凝劑水解反應過程中不斷產(chǎn)生H+，因此要保持水解反應充分進行，水中必須有堿去中和H+，如堿不足，水的pH值將下降，水解反應不充分，對混凝過程不利。
3.水溫對混凝效果也有影響，無機鹽混凝劑的水解反應是吸熱反應，水溫低時不利于混凝劑水解。水的粘度也與水溫有關(guān)，水溫低時水的粘度大，致使水分子的布朗運動減弱，不利于水中污染物質(zhì)膠粒的脫穩(wěn)和聚集，因而絮凝體形成不易。
4.水力學條件及混凝反應的時間
把一定的混凝劑投加到廢水中后，首先要使混凝劑迅速、均勻地擴散到水中?；炷齽┏浞秩芙夂?，所產(chǎn)生的膠體與水中原有的膠體及懸浮物接觸后，會形成許許多多微小的礬花，這個過程又稱為混合?；旌线^程要求水流產(chǎn)生激烈的湍流，在較快的時間內(nèi)使藥劑與水充分混合，混合時間一般要求幾十秒至2分鐘?；旌献饔靡话憧克驒C械方法來完成。
在完成混合后，水中膠體等微小顆粒已經(jīng)產(chǎn)生初步凝聚現(xiàn)象，生成了細小的礬花，其尺寸可達5μm以上，但還不能達到靠重力可以下沉的尺寸（通常需要0.6～1.0mm以上）。因此還要靠絮凝過程使礬花逐漸長大。在絮凝階段，要求水流有適當?shù)奈闪鞒潭?，為細小礬花提供相碰接觸和互相吸附的機會，并且隨著礬花的長大這種紊流應該逐漸減弱下來。
反應時間（T）一般控制在10～30mim。
反應中平均速度梯度（G）一般取30～60s-1，并應控制GT值在104～105范圍內(nèi)。
（二）混凝劑的選擇
針對處理某種特定的廢水選擇適應的混凝劑時，通常由綜合以下幾方面的考慮來確定。
（1）處理效果好，對希望去除的污染物有較高的去除率，能滿足設(shè)計要求。為了達到這一目標，有時需要兩種或多種混凝劑及助凝劑同時配合使用。
（2）混凝劑及助凝劑的價格應適當便宜，需要的投加量應當適中，以防止由于價格昂貴造成處理運行費用過高。
（3）混凝劑的來源應當可靠，產(chǎn)品性能比較穩(wěn)定，并應宜于儲存和投加方便。
（4）所有的混凝劑都不應對處理出水產(chǎn)生二次污染。當處理出水有回用要求時，要適當考慮出水中混凝殘余量所造成的輕微色度等影響（例如采用鐵鹽作混凝劑時）。
結(jié)合以上因素的考慮，通常采用實際廢水水樣由實驗室燒杯試驗，對宜于采用的混凝劑及投加量來進行初步篩選確定。在有條件的情況下，一般還應對初步確定的結(jié)果進行擴大的動態(tài)連續(xù)試驗，以求取得可靠的設(shè)計數(shù)據(jù)。
