03

Jun

2020

別再被混凝給搞“混”了 “凝”下心來 花3分鐘讓您“清凈”！

01 混凝概念

混凝是指通過某種方法（如投加化學(xué)藥劑）使水中膠體粒子和微小懸浮物聚集的過程，是水和廢水處理工藝中的一種單元操作。混凝包括凝聚與絮凝兩種過程。

凝聚:膠體失去穩(wěn)定性的過程稱為凝聚；

絮凝:脫穩(wěn)膠體相互聚集稱為絮凝。

把能起凝聚與絮凝作用的藥劑統(tǒng)稱為混凝劑。

根據(jù)混凝動力學(xué)的概念，將絮凝分為異向絮凝和同向絮凝，其中由布朗運動引起的顆粒碰撞聚集稱為異向絮凝；由水力或機械攪拌所造成的流體運動引起的顆粒碰撞聚集稱同向絮凝，顆粒間的碰撞是混凝的首要條件。混凝過程涉及：①水中膠體的性質(zhì)；②混凝劑在水中的水解；③膠體與混凝劑的相互作用。

02 混凝原理

（1）雙電層壓縮機理

當(dāng)向溶液中投入加電解質(zhì)，使溶液中離子濃度增高，則擴散層的厚度將減小。當(dāng)兩個膠粒互相接近時，由于擴散層厚度減小，ζ電位降低，因此它們互相排斥的力就減小了，膠粒得以迅速凝聚。該機理認(rèn)為ζ電位最多可降至0。因而不能解釋以下兩種現(xiàn)象:①混凝劑投加過多，混凝效果反而下降；②與膠粒帶同樣電號的聚合物或高分子也有良好的混凝效果。

（2）吸附電中和作用機理

吸附電中和作用指膠粒表面對帶異號電荷的部分有強烈的吸附作用，由于這種吸附作用中和了它的部分電荷，減少了靜電斥力，因而容易與其他顆粒接近而互相吸附。這種現(xiàn)象在水處理中出現(xiàn)的較多。指膠核表面直接吸附帶異號電荷的聚合離子、高分子物質(zhì)、膠粒等，來降低ζ電位。其特點是:當(dāng)藥劑投加量過多時，ζ電位可反號。

（3）吸附架橋作用

吸附架橋作用主要是指高分子物質(zhì)與膠粒相互吸附，但膠粒與膠粒本身并不直接接觸，而使膠粒凝聚為大的絮凝體。

（4）沉淀物網(wǎng)捕機理

當(dāng)金屬鹽或金屬氧化物和氫氧化物作混凝劑，投加量大得足以迅速形成金屬氧化物或金屬碳酸鹽沉淀物時，水中的膠粒可被這些沉淀物在形成時所網(wǎng)捕。當(dāng)沉淀物帶正電荷時，沉淀速度可因溶液中存在陽離子而加快，此外，水中膠粒本身可作為這些金屬氫氧化物沉淀物形成的核心，所以混凝劑最佳投加量與被除去物質(zhì)的濃度成反比，即膠粒越多，金屬混凝劑投加量越少。

（5）DLVO理論

膠體顆粒之間的相互作用決定于排斥能與吸引能，分別由靜電斥力與范德華引力產(chǎn)生。排斥勢能：ER—1/d2吸引勢能: EA—1/d6 (有些認(rèn)為是1/d2或1/d3)。由此可畫出膠體顆粒的相互作用勢能與距離之間的關(guān)系。當(dāng)膠體距離x<oa或x>oc時，吸引勢能占優(yōu)勢；當(dāng)oa <x< oc時，排斥勢能占優(yōu)勢；當(dāng)x=ob時，排斥勢能最大，稱為排斥能峰。膠體的布朗運動能量Eb=1.5kT，當(dāng)其大于排斥能峰時，膠體顆粒能發(fā)生凝聚。以上稱為DLVO理論，只適用于憎水性膠體。

03 常用混凝劑

（1）PAC

聚合氯化鋁(PAC)：對各種廢水都可以達(dá)到好的絮凝效果，能快速形成大的礬花,沉淀性能好，適宜的 pH 范圍較寬（pH 在 5-9 之間），且處理后水的 pH 和堿度下降較小。水溫低時，仍可保該產(chǎn)品為無機高分子化合物，是介于 AlCI3 和 Al(OH)3 之間的產(chǎn)物，通過羥基架橋聚合，分子中帶有數(shù) 量不等羥基，其化學(xué)通式為[AI2(OH)NCI6-N]m。顏色呈黃色或淡黃色、深褐色、深灰色樹脂狀固體。固體顏色呈黃色或淡黃色、深褐色、深灰色樹脂狀固體。顏色呈黃色或淡黃色。PAC中氧化鋁含量為25%左右，堿化度 65-85%。有較強的架橋吸附性能，水解過程中發(fā)生化學(xué)、凝聚、吸附和沉淀等物理化學(xué)過程，適用于生活用水和高純水凈化，工業(yè)污水中用于去除COD、BOD以及脫色。具有持續(xù)穩(wěn)定的絮凝效果，其堿化度比其它鋁鹽、鐵鹽為高，因此藥液對設(shè)備的侵蝕作用小。

（2）PAM

聚丙烯酰胺（Polyscrylae）簡稱PAM，分陽離子、陰離子型、非離子型，分子量從400-2000萬之間，產(chǎn)品外觀為白色粉末，易溶于水，溫度超過120℃時易分解。聚丙烯酰胺分子中具有陽性基團(tuán)（-CONH2），能與分散于溶液中的懸浮粒子吸附和架橋，有著極強的絮凝作用，因此廣泛用于水處理領(lǐng)域。PAM用作污水處理，對水中有機物去除效率高、用量少、沉降快、成本低等特點，是其它絮凝劑無法替代的產(chǎn)品。

聚丙烯酰胺分為：陰離子、陽離子和非離子型。

陰離子型在城市和工業(yè)廢水處理中，主要用于處理以無機物固體為主的中性懸浮液，提高廢水中懸浮固體，BOD和磷酸鹽的去除效果。例如在初級廢水沉淀池中投加0.25mg/L水解聚丙烯酰胺，懸浮物和BOD的去除率可分別提高至66%-23%；在二級廢水處理沉淀池中加入0.3mg/L的陰離子絮凝劑，懸浮固體和BOD的去除率則可分別提高至87%和91%。

陽離子型主要用于污泥脫水，應(yīng)根據(jù)污泥性質(zhì)相應(yīng)的分子量的產(chǎn)品，具有產(chǎn)生絮團(tuán)大，不粘濾布，用量少，脫水效率高的特點，泥餅含水率在80%以下。也用于廢水中含有陰電荷較多的行業(yè)，如啤酒廠、飲料廠、味精廠制糖廠等有機廢水的處理。

非離子型主要用于偏酸性廢水的處理，這時PAM起吸附作用，使懸浮的粒子產(chǎn)生絮凝沉淀，達(dá)到凈化水的目的，非離子型無毒性，尤其是和無機絮凝劑配合使用，在水處理效果上最佳。

（3）助凝劑

可以參加混凝，也可不參加混凝。

①酸堿類：調(diào)整水的pH,如石灰、硫酸等；

②加大礬花的粒度和結(jié)實性：如活化硅酸、高分子絮凝劑聚丙烯酰胺等；

③氧化劑類：破壞干擾混凝的物質(zhì)，如有機物、Cl2、O3等。

04 混凝影響因素

影響混凝效果的因素比較復(fù)雜，主要包括:

（一）水質(zhì)特征，包括水溫、水質(zhì)、污染物性質(zhì)和濃度等；

（二）投加的混凝劑種類與數(shù)量；

（三）使用的絮凝設(shè)備及其相關(guān)水力參數(shù)。

（1）水溫

水溫低時，通常絮凝體形成緩慢，絮凝顆粒細(xì)小、松散，凝聚效果較差。其原因有:

①無機鹽水解吸熱；

②溫度降低，粘度升高一布朗運動減弱；

③水溫低時，膠體顆粒水化作用增強，妨礙凝聚；

④水溫與水的pH有關(guān)。

因此，一般來說溫度為20~30℃更有利于混凝。

（2）pH和堿度

pH對混凝效果的影響程度，與混凝劑種類有關(guān)。混凝時最佳pH范圍與進(jìn)水水質(zhì)、去除對象等密切有關(guān)。當(dāng)投加金屬鹽類凝聚劑時，其水解會生成H+，但水中堿度有緩沖作用，當(dāng)堿度不夠時需要投加石灰。石灰投量按下式估算:[CaO]=3[a]-[x] + [δ] ，式中

[CaO]:純石灰CaO投加量，mmol/L;

[a]:混凝劑投加量，mmol/L;

[x]:原水堿度，按mmol/L, CaO計；

[δ]:一般取0.25~0.5mmol/L (CaO)。

石灰投加量一般通過試驗決定。

（3）懸浮物濃度

污染物濃度低，顆粒間碰撞機率下降，混凝效果差。可采取的對策有:①加高分子助凝劑；②加粘土；③投加混凝劑后直接過濾。如果原水懸浮物含量過高，為減少混凝劑的用量，通常投加高分子助凝劑。

（4）有機污染物

由于污水中溶解性有機物分子吸附在膠體顆粒表面將膠體顆粒保護(hù)起來，阻礙膠體顆粒之間的碰撞，阻礙混凝劑與膠體顆粒之間的脫穩(wěn)凝集作用，因此，在有機物存在條件下膠體顆粒比沒有有機物時更難脫穩(wěn)，混凝劑量需增大。可通過投高錳酸鉀、臭氧、氯等為預(yù)氧化劑，但需考慮是否產(chǎn)生有毒作用的副產(chǎn)物。

（5）混凝劑種類與投加量

不同種類混凝劑的水解特性和使用的水質(zhì)情況不完全相同，因此應(yīng)根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)情況優(yōu)化選用適當(dāng)?shù)幕炷齽┓N類。對于無機鹽類混凝劑，要求形成能有效壓縮雙電層或產(chǎn)生強烈電中和作用的形態(tài)，對于有機高分子絮微劑，則要求有適量的官能團(tuán)和聚合結(jié)構(gòu)以及較大的分子量。

一般來說，混凝效果隨混凝劑投量增高而提高,但當(dāng)混凝劑的用量達(dá)到一定值后，混凝效果達(dá)到頂峰，再增加混凝劑用量則會發(fā)生再穩(wěn)定現(xiàn)象，混凝效果反而下降。考慮成本問題，實際生產(chǎn)中最佳混凝劑投量通常兼顧凈化后水質(zhì)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)并使混凝劑投量最低。

（6）投加方式

混凝劑投加方式有干投和濕投兩種。由于固體混凝劑與液體混凝劑甚至不同濃度的液體混凝劑之間，其中能壓縮雙電層成具有電中和能力的混凝效果也不一樣。如果除投加混凝劑外還投加其他助凝劑，則各種藥劑之間的投加先后順序?qū)炷Ч灿泻艽笥绊懀仨毻ㄟ^模擬實驗和生產(chǎn)實踐確定適宜的投加方式與順序。

（7）水力條件

投加混凝劑后，混凝過程可分為快速混合與絮凝反應(yīng)兩個階段,但在實際污水處理工藝中，兩個階段是連續(xù)不可分割的，在水力條件上也要求具有連續(xù)性。絮凝反應(yīng)階段攪拌強度和水流速度應(yīng)隨絮凝體的增大而逐漸降低，避免已聚集的絮凝體被打碎而影響混凝沉淀效果。同時，由于絮凝反應(yīng)是一個絮凝體逐漸增長的緩慢過程，如果混凝反應(yīng)后需要絮凝體增長到足夠大的顆粒尺寸通過沉淀去除，需要保證一定的絮凝作用時間，如果混凝反應(yīng)后是采用氣浮或直接過濾工藝，則反應(yīng)時間可以大大縮短。