1、概述
天然水體和廢水中含有各種各樣的雜質(zhì)，如天然水體中含有大量細(xì)小的黏土顆粒，廢水中含有的藻類、細(xì)菌、細(xì)小的顆粒物等，這些雜質(zhì)按其尺寸可分為三類:懸浮顆粒(>0.1μm)、膠體(0.001~0.lμm)以及分子和離子(<1nm)。對(duì)于其中大部分密度比水大的懸浮顆粒雜質(zhì)，可采用重力沉淀或離心沉淀的方法將其與水分離，但其中的膠體和部分細(xì)小懸浮物則不易沉降或上浮，這是因?yàn)榧?xì)小顆粒受到雙電層、表面活性劑等因素的保護(hù)，使其不易凝聚成大顆粒，這時(shí)可采用混凝沉降的辦法進(jìn)行處理。
混凝沉降法是工業(yè)廢水處理中一種常用的方法，混凝的目的是通過向廢水中投加某種化學(xué)藥劑(常稱之為混凝劑)，使廢水中利用自然沉淀法難以除去的細(xì)小的膠體狀懸浮顆?；蛉闋钗廴疚镔|(zhì)失去穩(wěn)定后，由于互相碰撞以及集聚或聚合、搭接而形成較大的顆?；蛐鯛钗?，從而更易于自然下沉或上浮而被除去?；炷ㄌ幚淼膶?duì)象是廢水中利用自然沉淀法難以除去的細(xì)小懸浮物及膠體微粒，可以用來降低廢水的濁度和色度，去除多種高分子有機(jī)物、某些重金屬毒物和放射性物質(zhì)。此外，混凝法還可以改善污泥的脫水性能，所以它既可以作為獨(dú)立的處理方法，又可以和其他處理方法結(jié)合起來一起使用，在工業(yè)廢水處理中得到了廣泛應(yīng)用。
混凝法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作易于掌握，處理效果好，間歇或連續(xù)運(yùn)行均可。缺點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用高，沉渣量大，且脫水困難。
2、混凝過程
在水處理中，“混凝”的工藝過程分為“凝聚”與“絮凝”兩個(gè)過程，對(duì)應(yīng)的工藝或設(shè)備稱為“混合”與“反應(yīng)”。
（1）凝聚
在水處理工藝中，凝聚主要是指加入混凝劑后的化學(xué)反應(yīng)過程（膠體的脫穩(wěn)）和初步的絮凝過程。在凝聚過程中，向水中加入的混凝劑發(fā)生量水解和聚合反應(yīng)，產(chǎn)生帶正電的水解與高價(jià)聚合離子和帶正電的氫氧化鋁或氫氧化鐵膠體，它們會(huì)對(duì)水中的膠體產(chǎn)生壓縮雙電層、吸附電中和的作用，使水中黏土膠體的電動(dòng)電位下降，膠體脫穩(wěn)，并開始生產(chǎn)細(xì)小的礬花（通常小于5μm）。
凝聚過程要求對(duì)水進(jìn)行快速攪拌，以使水解反應(yīng)迅速進(jìn)行，并使反應(yīng)產(chǎn)物與膠體顆粒充分接觸。此時(shí)因生產(chǎn)的礬花顆粒尺度很小，顆粒間的碰撞主要為異向碰撞。凝聚過程需要的時(shí)間較短，一般在2min內(nèi)就可完成。
進(jìn)行凝聚過程的設(shè)備稱為混合池或混合器。
（2）絮凝
絮凝是指細(xì)小礬花逐漸長(zhǎng)大的物理過程。在絮凝過程中，通過吸附電中和、吸附架橋、沉淀物的網(wǎng)捕等作用，細(xì)小的礬花相互碰撞凝聚逐漸長(zhǎng)大，最后可以長(zhǎng)大到0.6～1mm，這些大礬花顆粒具有明顯的沉速，可在后續(xù)的沉淀池中被有效去除。
因在絮凝過程中顆粒的尺度較大，顆粒間的碰撞主要為同向絮凝。絮凝過程要求對(duì)水體的攪拌強(qiáng)度適當(dāng)，并隨著礬花顆粒的長(zhǎng)大，攪拌強(qiáng)度應(yīng)從大到小。如攪拌強(qiáng)度過大，則礬花會(huì)因水的剪力而破碎。絮凝過程需要的時(shí)間較長(zhǎng)，一般為10～30min。
進(jìn)行絮凝過程的設(shè)備稱為反應(yīng)池、絮凝池或絮凝反應(yīng)池。
3、混凝劑
混凝劑種類很多，按化學(xué)成分可分為無機(jī)和有機(jī)兩大類。無機(jī)混凝劑品種較少，主要是鐵鹽、鋁鹽及其聚合物，在水處理中應(yīng)用最為廣泛。有機(jī)混凝劑品種很多，主要是高分子物質(zhì)，但在水處理中的應(yīng)用比無機(jī)的少。在全國(guó)混凝劑銷售中，傳統(tǒng)無機(jī)混凝劑占20%，無機(jī)高分子混凝劑占70%，有機(jī)高分子混凝劑約占10%。
（1）無機(jī)混凝劑
能夠使水中的膠體微粒相互凝聚的物質(zhì)稱為混凝劑。它主要用來除去廢水中的細(xì)小微粒，具有破壞膠體穩(wěn)定性和促進(jìn)膠體絮凝的功能?；炷齽┮话憧煞譃闊o機(jī)和有機(jī)兩大類，如表1所示。
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分類 |
混凝劑 |
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無機(jī)類 |
低分子 |
無機(jī)鹽類 |
鋁系：硫酸鋁、聚合硫酸鋁（PAS）、聚合氯化鋁（PAC）、明礬
鐵系：三氯化鐵、硫酸鐵、硫酸亞鐵、聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵
無機(jī)復(fù)合：聚合硫酸鋁鐵（PFAS）、聚合氯化鋁（PFAC）、聚合鋁硅（PASi）、聚合硫酸氯化鐵（PFSC）、聚合鐵硅（PSA）、聚合硅酸鐵（PSF）
無機(jī)、有機(jī)復(fù)合：聚合鋁/鐵-聚丙烯酰胺、聚合鋁/鐵 –天然有機(jī)高分子、聚合鋁/鐵 –甲殼素、聚合鋁/鐵 –其他合成有機(jī)高分子 |
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酸、堿類金屬電解物 |
碳酸鈉、氫氧化鈉、氧化鈣、硫酸、鹽酸、氫氧化鋁、氫氧化鐵 |
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高分子 |
陰離子型 |
活性硅酸 |
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陽離子型 |
聚合硫酸鋁、聚合氯化鋁 |
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有機(jī)類 |
表面活性劑 |
陰離子型 |
月桂酸鈉、硬質(zhì)酸鈉、油酸鈉、松酸鈉、十二烷基磺酸鈉 |
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陽離子型 |
十二烷基乙酸、十八烷基胺乙酸、松香胺乙酸、烷基三甲基氯化銨、十八烷基二甲基二苯乙二酮 |
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低聚合度高分子 |
陰離子型 |
藻蛋白酸鈉、羧甲基纖維鈉鹽 |
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陽離子型 |
水溶性苯胺樹脂鹽酸鹽、聚乙烯亞胺 |
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非離子型 |
淀粉、水溶性脲醛樹脂 |
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兩性型 |
動(dòng)物膠、蛋白質(zhì) |
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高聚合度高分子 |
陰離子型 |
聚丙烯酸鈉、聚丙烯酰胺、馬來酸共聚物 |
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陽離子型 |
聚乙烯吡啶鹽、乙烯吡啶共聚物 |
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非離子型 |
聚丙烯酰胺、聚氧化乙烯 |
①鋁鹽
硫酸鋁 硫酸鋁有固、液兩種形態(tài)，固體產(chǎn)品為白色、淡綠色或淡黃色片狀或塊狀，液體產(chǎn)品為無色透明至淡綠或淡黃色，常用的時(shí)固態(tài)硫酸鋁。硫酸鋁按用途分為兩類:Ⅰ類適用于飲用水的處理；Ⅱ類適用于工業(yè)用水、廢水和污水的處理。固態(tài)硫酸鋁Ⅰ類和Ⅱ類產(chǎn)品的Al2O3含量均不小于15.6%，不溶物含量不大于0.15%，鐵含量不大于0.5%。硫酸鋁Ⅰ類產(chǎn)品對(duì)鉛、砷、鉻和鎘的含量還有相應(yīng)的規(guī)定。
硫酸鋁適用方便，混凝效果較好，但當(dāng)水溫低時(shí)硫酸鋁水解困難，形成的絮體松散。硫酸鋁可干式或濕式投加。濕式投加時(shí)一般采用10%～20%的濃度。硫酸鋁使用時(shí)的有效pH范圍較窄，約在5.5～8之間。
聚合鋁 聚合鋁包括聚合氯化鋁（PAC）和聚合硫酸鋁（PAS）等。目前使用最多的是聚合氯化鋁。
聚合氯化鋁的化學(xué)式表示為【Al2(OH)nCl6-n】m，式中0﹤m﹤3n。從安全考慮，產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)生活飲用水用聚合氯化鋁原料做了限制。產(chǎn)品分為固體和液體兩種，其中有效成分以氯化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，用于生活飲用水的，液體產(chǎn)品中的含量不小于10%，固體產(chǎn)品中的含量不小于29%；用于工業(yè)給水、廢水和污水及污泥處理的，液體產(chǎn)品中的含量不小于6%，固體產(chǎn)品中的含量不小于28%。
PAC作為混凝劑用于處理水時(shí)具有下列優(yōu)點(diǎn)：適用范圍廣，對(duì)污染嚴(yán)重或低濁度、高濁度、高色度的原水均可達(dá)到較好的混凝效果；水溫低時(shí)，仍可保持穩(wěn)定的混凝效果；適宜的pH值較高，一般在5～9之間；礬花形成快，顆粒大而重，沉淀性能好，投藥量比硫酸鋁低。
PAC的作用機(jī)理與硫酸鋁相似，但它的效能優(yōu)于硫酸鋁。實(shí)際上，聚合氯化鋁可看成是氯化鋁在一定條件下經(jīng)水解、聚合后的產(chǎn)物。一般鋁鹽在投入水中后才進(jìn)行水解聚合反應(yīng)，因此反應(yīng)產(chǎn)物的形態(tài)受水的pH值及鋁鹽濃度的影響，而聚合氯化鋁在投入水中前的制備階段既已發(fā)生水解聚合，投入水中后也可能發(fā)生新的變化，但聚合物成分基本確定。其成分主要決定于羥基（OH）和鋁（Al）的物質(zhì)的量之比。
鹽基度對(duì)混凝效果有很大的影響。用于生活飲用水凈化的聚合氯化鋁的鹽基度一般為40%～90%；用于工業(yè)給水、廢水和污水及污泥處理的聚合氯化鋁的鹽基度一般為30%～95%。
PAS也是聚合鋁類混凝劑之一。PAS中的硫酸根離子具有類似羥基的架橋作用，促進(jìn)鋁鹽的水解聚合反應(yīng)。
②鐵鹽
三氯化鐵 三氯化鐵（FeCl3·6H2O）是鐵鹽混凝劑中最常用的一種。和鋁鹽相似，三氯化鐵溶于水后，鐵離子（Fe3+）通過水解聚合可形成多種成分的配合物或聚合物，其混凝機(jī)理也與鋁鹽相似，但混凝特性與鋁鹽略有區(qū)別。一般地，鐵鹽適用的pH值范圍較寬，在5～11之間；形成的絮凝體比鋁鹽絮凝體密室，沉淀性能好；處理低溫或低濁水的效果比鋁鹽效果好。但其缺點(diǎn)是溶液具有較強(qiáng)的腐蝕性，固體產(chǎn)品易吸水潮解，不易保存，處理后的水的色度比用鋁鹽的高。
三氯化鐵有固體和液體兩種形態(tài)。三氯化鐵按用途分為兩大類：Ⅰ類，飲用水處理用；Ⅱ類，工業(yè)用水、廢水和污水處理用。固體三氯化鐵Ⅰ類和Ⅱ類產(chǎn)品中的FeCl3的含量分別達(dá)96%和93%以上，不溶物含量分別小于1.5%和3%。液體三氯化鐵的Ⅰ類和Ⅱ類產(chǎn)品中的FeCl3的含量分別達(dá)41%和38%以上，不溶物含量小于0.5%。
硫酸亞鐵 硫酸亞鐵（FeSO4·7H2O）是半透明綠色結(jié)晶體，俗稱綠礬，易溶于水。硫酸亞鐵在水中離解出的Fe2+只能生成簡(jiǎn)單的單核絡(luò)合物，因此不具有Fe3+的優(yōu)良混凝效果。殘留于水中的Fe2+會(huì)處理后的水帶色，特別是與水中有色膠體作用后，將生成顏色更深的不易沉淀的物質(zhì)。因此采用硫酸亞鐵做混凝劑時(shí)，應(yīng)先將Fe2+氧化成Fe3+后使用。氧化方法有空氣氧化、氯氧化等方法。
當(dāng)水的pH值大于8.0時(shí)，加入的Fe2+易被水中的溶解氧氧化成Fe3+；當(dāng)水的pH值小于8.0時(shí)，可通過加入石灰去除水中的CO2；當(dāng)水中沒有足夠的溶解氧時(shí)，可加入氯或漂白粉予以氧化。
聚合鐵聚合鐵包括聚合硫酸鐵 (PFS) 和聚合氯化鐵(PFC).
聚合硫酸鐵是堿式硫酸鐵的聚合物，其化學(xué)式為[Fe(OH)n(SO4)3-n/2]m，其中n<2,m>10。聚合硫酸鐵有液、固兩種形態(tài)，液體呈紅褐色，固體呈淡黃色。制備聚合硫酸鐵的方法有好幾種，但目前基本上都是以硫酸亞鐵為原料，采用不同的氧化方法將硫酸亞鐵氧化成硫酸鐵，同時(shí)控制總硫酸根和總鐵的物質(zhì)的量之比，使氧化過程中部分羥基(OH)取代部分硫酸根而形成堿式硫酸鐵Fe(OH)n(SO4)3-n/2.堿式硫酸鐵易于聚合而產(chǎn)生聚合硫酸鐵。聚合硫酸鐵的鹽度需要控制在較低范圍內(nèi)，一般[OH]/[Fe]控制在8%~16%。
聚合硫酸鐵具有優(yōu)良的混凝效果，其腐蝕性遠(yuǎn)小于三氯化鐵。
聚合氯化鐵的研制始于20世紀(jì)80年代的日本。試驗(yàn)表明，聚合氯化鐵的混凝效果一般高于聚合硫酸鐵，但由于聚合氯化鐵產(chǎn)品穩(wěn)定性較差，在聚合后幾小時(shí)至一周內(nèi)即會(huì)發(fā)生沉淀，從而使混凝效果降低。
無機(jī)混凝劑除了上述常用的鋁鹽、鐵鹽混凝劑外，還有鎂鹽混凝劑，如硫酸鎂、碳酸鎂等，其特點(diǎn)是形成的絮凝體大且重，易沉淀，而且可以重復(fù)利用。但因其價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)很少采用。
③其他無機(jī)聚合物/復(fù)合物
目前，新型無機(jī)混凝劑的研究趨向于聚合物及復(fù)合物，如鐵 - 鋁、鐵 - 硅、鋁 - 硅復(fù)合物。此外，無機(jī)與有機(jī)復(fù)合物的研制也成為熱點(diǎn)課題。與傳統(tǒng)混凝劑相比，這些無機(jī)聚合物及無機(jī)與有機(jī)復(fù)合物混凝劑的優(yōu)點(diǎn)可概括為:
a. 對(duì)于低濁水、高濁水、有色水、嚴(yán)重污染水、工業(yè)廢水等都有十分優(yōu)良的混凝效果；
b.投加量少；
c.投加后原水pH值和堿度降低程度低，藥劑的腐蝕性減弱；
d.適用pH范圍較寬;
e.混凝效果穩(wěn)定，適應(yīng)各種條件的能力強(qiáng)。
(2) 有機(jī)高分子混凝劑
有機(jī)高分子混凝劑又分為天然和人工合成兩類。天然有機(jī)高分子混凝劑有淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素、木刨花、動(dòng)物膠、樹膠、甲殼素等，它們都具有混凝或助凝作用。在水處理中，人工合成的有機(jī)高分子混凝劑種類日益增多并居主要地位。有機(jī)高分子混凝劑一般都是線性高分子聚合物，分子呈鏈狀，并由許多鏈節(jié)組成，每一鏈節(jié)為一化學(xué)單體，各單體以共價(jià)鍵結(jié)合。聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量為各單體的相對(duì)分子質(zhì)量的總和，單體的總數(shù)稱為聚合度。高分子混凝劑的聚合度即鏈節(jié)數(shù)，約為1000~5000，低聚合度的相對(duì)分子質(zhì)量從一千至幾萬，高聚合度的相對(duì)分子質(zhì)量從幾千至幾百萬。
按高分子聚合物中含有的官能團(tuán)的帶電與離解情況，可分為以下四種：官能團(tuán)離解后帶正電的稱為陽離子型高分子混凝劑；官能團(tuán)離解后帶負(fù)電的稱為陰離子型；分子中既含正電基團(tuán)又含負(fù)電基團(tuán)的稱為兩性型；分子中不含離解基團(tuán)的稱為非離子型。水處理中常用的是陽離子型、陰離子型，兩性型使用極少。
高分子混凝劑中使用最多的是聚丙烯酰胺(PAM， 包括其水解產(chǎn)品)和聚氧化乙烯（PEO），它們是非離子型聚合物、其絮凝效果比無機(jī)絮凝劑好幾十倍。其次還有陰離子型的高分子混凝劑如聚丙烯酸(PAA)、水解聚丙烯酰膠(HPAM)、聚磺基苯乙烯和陽離子型的高分子混凝劑如丁基溴聚乙烯吡啶、聚二丙烯二甲基胺等。
聚丙烯酰胺的聚合度可達(dá)20000～90000，相對(duì)分子質(zhì)量可高達(dá)150萬～ 600萬。作為絮凝劑使用的聚丙烯酰胺，相對(duì)分子質(zhì)量最好在500萬左右。高分子混凝劑的混凝效果主要在于對(duì)膠體表面具有強(qiáng)烈的吸附作用，在膠體粒子之間起到吸附架橋作用。為了使高分子混凝劑能更好地發(fā)揮吸附架橋作用，應(yīng)盡可能使高分子的鏈條在水中伸展開。為此，通常將聚丙烯酰胺在堿性條件下(pH>10)使其部分水解，生成陰離子型水解聚合物(HPAM)；
聚丙烯酰胺經(jīng)部分水解后，部分酰胺基轉(zhuǎn)化為羧酸基，帶負(fù)電荷，在靜電斥力作用下，高分子鏈條得以在水中充分伸展開來。由酰胺基轉(zhuǎn)化成羧酸基的百分?jǐn)?shù)稱為水解度。水解度過高或過低都不利于獲得良好的混凝效果，一般水解度控制在30%~40%。通常將無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑配合使用，效果會(huì)更好。如將聚丙烯酰胺作為助凝劑配合鋁鹽或鐵鹽混凝劑使用,效果會(huì)更顯著。使用時(shí)一般分別溶解，先后加藥。當(dāng)處理顆粒直徑在50μm以下時(shí)，一般先加入無機(jī)絮凝劑，再加入有機(jī)絮凝劑;當(dāng)處理顆粒直徑在50μm以上時(shí)，則應(yīng)先加入聚丙烯酰胺，再加入無機(jī)絮凝劑。若將無機(jī)、有機(jī)兩種絮凝劑先混合再處理，一- 般來說混凝效果較差。
陽離子型聚合物通常帶有氨基(—NH3+)、亞氨基(一CH3—NH2+— CH2—)等基團(tuán)。由于水中的膠體一般帶負(fù)電荷，因此陽離子型聚合物具有優(yōu)良的混凝效果。陽離子型高分子混凝劑在國(guó)外的使用有日益增多的趨勢(shì)，在我國(guó)也開始研制，但由于價(jià)格較昂貴，實(shí)際使用還較少。
有機(jī)高分子混凝劑使用中的毒性問題始終為人們關(guān)注。聚丙烯酰胺是由丙烯酰胺聚合而成的，在產(chǎn)品中含有少量未聚合的丙烯酰胺。丙烯酰胺對(duì)人體有危害，屬于可能對(duì)人體有致癌性的物質(zhì)，國(guó)外對(duì)飲用水中的丙烯酰胺設(shè)立了嚴(yán)格要求?！妒澜缧l(wèi)生組織飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則》(第3版)和我國(guó)現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749 —2006) 對(duì)其的濃度限值是0.5μg/L。對(duì)于聚內(nèi)烯酰胺產(chǎn)品，我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水處理劑一聚丙烯酰膠》(GB 17514- 2008) 規(guī)定，飲用水處理中所用的聚丙烯酰胺產(chǎn)品中丙烯酰胺單體的殘留量不大于0.025%，用于污水處理的不大于0.05%。
4、助凝劑
在廢水處理中，只使用一種混凝劑往往不能取得良好的效果，因此在投加混凝劑的同時(shí)，還要加入一些輔助藥劑以強(qiáng)化或改善混凝劑的作用效果，這些輔助藥劑就稱為助凝劑。助凝劑本身可以起混凝作用，也可不起混凝作用，但與混凝劑一起使用時(shí)，能促進(jìn)混凝過程，產(chǎn)生大而結(jié)實(shí)的礬花，增加絮凝體的密實(shí)性與沉降性，使污泥具有較好的脫水性，或者用于調(diào)整pH值，破壞對(duì)混凝物質(zhì)有干擾作用的物質(zhì)。
按照功能，助凝劑一般可分為以下三大類。
(1)酸堿類
當(dāng)處理的水的pH值不符合工藝要求時(shí)，常需投加酸堿，如石灰、氫氧化鈣、碳酸鈉、碳酸氫鈉等堿性物質(zhì)或硫酸等酸性物質(zhì)，用以調(diào)整水的pH值，控制良好的反應(yīng)條件，改善混凝條件。
(2) 絮體結(jié)構(gòu)改良劑
絮體結(jié)構(gòu)改良劑用以加大礬花的粒度和結(jié)實(shí)性，改善礬花的沉降性能。如活化硅酸(SiO2·nH2O)、骨膠、活性炭以及各種黏土、高分子絮凝劑如聚丙烯酰胺等，均可以加快礬花的形成，改善絮凝體的結(jié)構(gòu)和沉降性。
(3)氧化劑類
氧化類助凝劑可用來破壞對(duì)混凝作用有干擾的有機(jī)物，如投加Cl2、O2等氧化有機(jī)物、可以提高混凝效果。
5、混凝效果的影響因素
影響混凝效果的因素比較復(fù)雜，包括水溫、水的化學(xué)特性、水中雜質(zhì)的性質(zhì)和濃度以及水力條件等。
(1)水溫
水溫對(duì)混凝效果有明顯影響。通常在低溫時(shí)，絮凝體形成緩慢，絮凝顆粒細(xì)小、松散。其主要原因有:
①混凝劑水解多是吸熱反應(yīng)，水溫低時(shí)，水解速率慢、不完全。特別是硫酸鋁，水溫降低10℃，水解速率常數(shù)約降低2~4倍；當(dāng)水溫低于5℃時(shí)，水解速率非常緩慢。
② 溫度影響礬花的形成速率和結(jié)構(gòu)。水溫低時(shí)，膠體顆粒的水化作用增強(qiáng)，妨礙膠體凝聚。盡管增加投藥量，絮體的形成還是很緩慢，而且結(jié)構(gòu)松散，顆粒細(xì)小，難以去除。
③低溫時(shí)，水的黏度大，致使水中雜質(zhì)顆粒的布朗運(yùn)動(dòng)減弱，顆粒間的碰撞概率減少，不利于脫穩(wěn)膠粒的凝聚。同時(shí)，水黏度大時(shí)，水流剪力增大，不利于絮凝體的成長(zhǎng)，難以形成較大的絮體。
低溫水的混凝是水處理中的難題之一，常用的改善辦法是增加混凝劑投加量或投加助凝劑。常用的助凝劑有活化硅酸等。也可采用氣浮法或過濾法代替沉淀法作為混凝的后續(xù)處理。
④溫度太高，易使高分子絮凝劑老化或分解生成不溶性物質(zhì)，反而降低混凝效果。
(2)水的pH值和堿度
水的pH值對(duì)混凝效果的影響程度視混凝劑品種而異。對(duì)于無機(jī)鹽類混凝劑，水的pH值直接影響其在水中的水解和聚合，即影響無機(jī)鹽水解產(chǎn)物的存在形態(tài)。不同的混凝劑，最佳的pH值范圍不同：對(duì)硫酸鋁而言，用以去除濁度時(shí)，最佳pH值在6.5~7.5之間。絮凝作用主要是氫氧化鋁聚合物的吸附架橋和羥基絡(luò)合物的電性中和作用；用以去除水的色度時(shí)，pH值在4.5~5.5之間。采用三價(jià)鐵鹽混凝劑時(shí)，用以去除水的濁度時(shí)，pH值在6.0~ 8.4之間；用以去除水的色度時(shí)，pH值在3.5-5.0之間。
如果采用高分子混凝劑，由于其聚合物形態(tài)在投入水中前已基本確定，因此其混凝效果受水的pH值影響較小。
對(duì)于無機(jī)鹽類混凝劑的水解，由于不斷產(chǎn)生H+，從而導(dǎo)致水的pH值下降。要使pH值保持在最佳范圍內(nèi)，水中應(yīng)有足夠的堿性物質(zhì)與H+中和:
H+十OH—=H2O
H+十HCO3—=H2CO3
當(dāng)原水堿度不足或混凝劑投加量甚高時(shí)，水的pH值將大幅度下降，以致影響混凝劑繼續(xù)水解。為此，應(yīng)投加堿劑如石灰等以中和混凝劑水解過程中產(chǎn)生的H+，反應(yīng)如下:
Al2(SO)3 +3H2O+ 3CaO =2Al(OH)3十3CaSO4
2FeCl3 +3H2O十3CaO=2Fe(OH)3十3CaCl2
應(yīng)當(dāng)注意的是，石灰的投加不可過量，否則形成的Al(OH)3會(huì)溶解為負(fù)離子Al(OH)4—而使混凝效果惡化。一般情況下， 石灰的投加量最好通過試驗(yàn)確定。
(3) 水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度
水中雜質(zhì)的成分、性質(zhì)和濃度對(duì)混凝效果有明顯的影響。
①水中含有二價(jià)以上的正離子時(shí)，對(duì)天然水中黏土顆粒的雙電層壓縮有利。
②水中黏土雜質(zhì)、粒徑細(xì)小而均勻者，混凝效果較差。雜質(zhì)顆粒級(jí)別越單一均勻、 越細(xì)，越不利于混凝，大小不一的顆粒將有利于混凝。
③顆粒濃度過低將不利于顆粒間的碰撞而影響混凝，低濁水的混凝效果不佳，是水處理領(lǐng)域的難題之一，回流沉淀物或投加助凝劑可提高混凝效果。
④水中含有大量的有機(jī)物時(shí)，能被黏土微粒吸附，使微粒具備有機(jī)物的高度穩(wěn)定性，從而對(duì)膠體會(huì)產(chǎn)生保護(hù)作用，需要投加較多的混凝劑才能產(chǎn)生混凝效果。
⑤水中的鹽類也能影響混凝效果，如水中Ca2+、Mg2+、硫、磷化合物一般對(duì)混凝有利，而某些陰離子、表面活性物質(zhì)卻有不利影響。
總之，水中雜質(zhì)的濃度和成分不一樣，混凝效果不同，適宜的混凝劑種類和投加量也是不一樣的，從理論上只能做些定性分析，在實(shí)際生產(chǎn)中可通過混凝試驗(yàn)來進(jìn)行評(píng)價(jià)。
(4)混凝劑種類
混凝劑的選擇主要取決于膠體和細(xì)微懸浮物的性質(zhì)和濃度。如水中污染物主要呈膠體狀態(tài)，且ζ電位較高，則應(yīng)先選無機(jī)混凝劑使其脫穩(wěn)聚凝；如絮體細(xì)小，還需投加高分子混凝劑或配合使用活化硅酸等助凝劑。很多情況下，將無機(jī)混凝劑與高分子混凝劑并用，可明顯提高混凝效果，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。對(duì)于高分子而言，鏈狀分子上所供電荷量越大，電荷密度越高，鏈越能充分延伸，吸附架橋的空間范圍也就越大，絮凝作用就越好。
(5) 混凝劑投加量
任何混凝處理都存在最佳混凝劑和最佳投藥量，應(yīng)通過試驗(yàn)確定。一般的投量范圍是: 普通鐵鹽、鋁鹽為10~ 100mg/L；聚合鹽為普通鹽的1/3～1/2；有機(jī)高分子混凝劑1~5mg/L。投量過多可能造成膠體再脫穩(wěn)。
(6)混凝劑的投加順序
當(dāng)使用多種混凝劑時(shí)，其最佳投加順序應(yīng)通過試驗(yàn)確定。一般而言， 當(dāng)無機(jī)混凝劑與有機(jī)混凝劑并用時(shí)，先投加無機(jī)混凝劑，再投擁有機(jī)混凝劑。 但當(dāng)處理的膠粒在50μm以上時(shí)，常先投加有機(jī)混凝劑吸附架橋，再加無機(jī)混凝劑壓縮雙電層而使脫體脫穩(wěn)。
（7）水力條件
水力條件對(duì)混凝有重要影響。在混合階段，要求混凝劑與水迅速均勻地混合，而到了反應(yīng)階段，既要?jiǎng)?chuàng)造足夠的碰撞機(jī)會(huì)和良好的吸附條件讓絮體有足夠的成長(zhǎng)機(jī)會(huì)，又要防止生成的小絮體被打碎，因此攪拌強(qiáng)度要逐步減小，反應(yīng)時(shí)間要長(zhǎng)。
6、混凝控制指標(biāo)
混凝過程包括自混凝劑投如到水中與水均勻混合起直至大顆粒絮凝體形成為止，相應(yīng)的混凝設(shè)備包括混合設(shè)備和絮凝反應(yīng)設(shè)備。
在混合階段，水中雜質(zhì)顆粒微小，存在顆粒同向絮凝。對(duì)水流進(jìn)行劇烈攪拌的目的主要是使投加的混凝劑快速均勻地分散于水中以利于混凝劑快速水解、聚合及顆粒脫穩(wěn)。由于上述過程進(jìn)行得很快(特別對(duì)鋁鹽和鐵鹽混凝劑而言)，因此混合要求快速劇烈，通常要求在10~30s，至多不超過2min內(nèi)完成。攪拌強(qiáng)度按速度梯度計(jì)，一般在500~ 1000s-1之間。
在絮凝階段，脫穩(wěn)膠體相互碰撞形成大的絮凝體。在此階段，以同向絮凝為主，由機(jī)械或水力攪拌提供顆粒碰撞絮凝的動(dòng)力。同向絮凝的效果不僅與G值有關(guān)，而且還與絮凝時(shí)間T有關(guān)。因此，通常以G值和GT值作為控制指標(biāo)。在絮凝過程中，絮凝體尺寸逐漸增大，粒徑變化可從微米級(jí)增到毫米級(jí)，變化幅度達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)。由于大的絮凝體容易破碎，故G值應(yīng)隨絮凝體的逐漸增大而漸次減小。采用機(jī)械攪拌時(shí)，攪拌強(qiáng)度應(yīng)逐漸減弱:采用水力絮凝池時(shí)，水流速度應(yīng)逐漸減小。絮凝階段，平均G在20～70s-1范圍內(nèi)、平均GT在1x104～1x105范圍內(nèi)。
7、混凝工藝一 般流程及設(shè)計(jì)要點(diǎn)
混凝工藝流程如圖1所示，包括混凝劑配制、定量投加、混合、反應(yīng)及固液分離幾個(gè)步驟。
圖1 混凝工藝流程
①混凝劑迅速向水中擴(kuò)散，并與全部水混合均勻的過程稱為混合。膠粒與混凝劑作用，通過壓縮雙電層和電中和等機(jī)理，失去或降低穩(wěn)定性，生成微粒或微絮粒的過程稱為凝聚。凝聚生成的微粒和微絮粒在架橋物質(zhì)和水流攪動(dòng)下，通過吸附架橋和沉淀物網(wǎng)捕等機(jī)理成長(zhǎng)為大絮體的過程稱為絮凝?；旌稀⒛酆托跄Y(jié)合起來稱為混凝。凝聚和絮凝在反應(yīng)池中完成。
②設(shè)計(jì)混凝工藝應(yīng)著重考慮:
a.根據(jù)混凝處理的目的，通過試驗(yàn)選擇混凝劑品種、用量和pH值；
b.選擇合適的混凝劑投加位置和方式，調(diào)制、投加濃度和設(shè)備；
c. 選擇合適的混合、反應(yīng)方法和設(shè)備;
d.考慮與上、下游構(gòu)筑物的銜接。
③ 混合過程是絮凝和固液分離的前提，要求在加藥后迅速完成?；旌蠑嚢钑r(shí)間一般為10~30s，工業(yè)應(yīng)用常取2min。適宜的速度梯度是G= 500~ 1000s-1。
④ 反應(yīng)池的平均流速梯度值G一般為10-60s-1。絮體形成的水流速度 為15～30mm/s，反應(yīng)時(shí)間為15~30min。絮體反應(yīng)(絮凝)池應(yīng)盡可能緊鄰或與沉淀池合建。
⑤ 當(dāng)原水膠體濃度，堿度和水溫均較低時(shí)，宜投加助凝劑，盡量降低流速，增加絮凝時(shí)間。
8、混凝的應(yīng)用
（1）給水處理
天然水中含有大量的各類懸浮物、膠體、細(xì)菌等雜質(zhì)，其水質(zhì)距生活和工業(yè)用水的水質(zhì)要求還存在差距，因此需采用適宜的方法對(duì)天然水進(jìn)行處理，以去除水中的雜質(zhì)，使之符合生活飲用水或工業(yè)使用所要求的水質(zhì)。
以地表水為水源的生活飲用水的常規(guī)處理工藝是“混凝→沉淀一過濾→消毒”，混凝是其中的重要單元，主要去除水中的膠體和部分微小懸浮物，從表觀來看主要是去除產(chǎn)生濁度的物質(zhì)。天然水經(jīng)混凝沉淀后一般濁度可降低到10NTU以下。由于細(xì)菌也屬于膠體類物質(zhì)，經(jīng)過混凝沉淀，大腸菌可以去除50%-90%。
（2）廢水處理
混凝法不僅可以去除廢水中呈膠體和微小懸浮物狀態(tài)的有機(jī)和無機(jī)污染物，還可以去除廢水中的某些溶解性物質(zhì)，如砷、汞等，以及導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的磷元素。因此，混凝在工業(yè)廢水處理中應(yīng)用非常廣泛，既可作為獨(dú)立的處理單元，也可以和其他處理法聯(lián)合使用，進(jìn)行預(yù)處理、中間處理或最終處理。近年來，由于污水回用的需要，混凝作為城市污水深度處理常用的一種技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。此外，混凝法還可以改善污泥的脫水性能，在污泥脫水工藝中是一種不可缺少的前處理手段。
與給水處理中的天然水相比，由于工業(yè)廢水和生活污水的性質(zhì)復(fù)雜，利用混凝法處理廢水的情況更為復(fù)雜。有關(guān)混凝劑品質(zhì)和混凝條件的確定因廢水種類和性質(zhì)而異，需要通過試驗(yàn)才能確定適宜的混凝劑種類和投加量。
混凝法處理廢水的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，基建費(fèi)用低，易于實(shí)施，處理效果好，但缺點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用高，產(chǎn)生的污泥量大。
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