03

Jun

2020

別再被混凝給搞“混”了 “凝”下心來(lái) 花3分鐘讓您“清凈”！

01 混凝概念

混凝是指通過(guò)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(guò)程，是水和廢水處理工藝中的一種單元操作?；炷?/span>凝聚與絮凝兩種過(guò)程。

凝聚:膠體失去穩(wěn)定性的過(guò)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(dòng)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(yùn)動(dòng)引起的顆粒碰撞聚集稱為異向絮凝；由水力或機(jī)械攪拌所造成的流體運(yùn)動(dòng)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(guò)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(jī)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(kuò)散層的厚度將減小。當(dāng)兩個(gè)膠?；ハ嘟咏鼤r(shí)，由于擴(kuò)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(jī)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(guò)多，混凝效果反而下降；②與膠粒帶同樣電號(hào)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(jī)理

吸附電中和作用指膠粒表面對(duì)帶異號(hào)電荷的部分有強(qiáng)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(hào)電荷的聚合離子、高分子物質(zhì)、膠粒等，來(lái)降低ζ電位。其特點(diǎn)是:當(dāng)藥劑投加量過(guò)多時(shí)，ζ電位可反號(hào)。

（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(jī)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(shí)，水中的膠?？杀贿@些沉淀物在形成時(shí)所網(wǎng)捕。當(dāng)沉淀物帶正電荷時(shí)，沉淀速度可因溶液中存在陽(yáng)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(shì)能：ER—1/d2吸引勢(shì)能: EA—1/d6 (有些認(rèn)為是1/d2或1/d3)。由此可畫(huà)出膠體顆粒的相互作用勢(shì)能與距離之間的關(guān)系。當(dāng)膠體距離x<oa或x>oc時(shí)，吸引勢(shì)能占優(yōu)勢(shì)；當(dāng)oa <x< oc時(shí)，排斥勢(shì)能占優(yōu)勢(shì)；當(dāng)x=ob時(shí)，排斥勢(shì)能最大，稱為排斥能峰。膠體的布朗運(yùn)動(dòng)能量Eb=1.5kT，當(dāng)其大于排斥能峰時(shí)，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(duì)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(shí)，仍可保該產(chǎn)品為無(wú)機(jī)高分子化合物，是介于 AlCI3 和 Al(OH)3 之間的產(chǎn)物，通過(guò)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(shù)脂狀固體。固體顏色呈黃色或淡黃色、深褐色、深灰色樹(shù)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(qiáng)的架橋吸附性能，水解過(guò)程中發(fā)生化學(xué)、凝聚、吸附和沉淀等物理化學(xué)過(guò)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(duì)設(shè)備的侵蝕作用小。

（2）PAM

聚丙烯酰胺（Polyscrylae）簡(jiǎn)稱PAM，分陽(yáng)離子、陰離子型、非離子型，分子量從400-2000萬(wàn)之間，產(chǎn)品外觀為白色粉末，易溶于水，溫度超過(guò)120℃時(shí)易分解。聚丙烯酰胺分子中具有陽(yáng)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(qiáng)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(duì)水中有機(jī)物去除效率高、用量少、沉降快、成本低等特點(diǎn)，是其它絮凝劑無(wú)法替代的產(chǎn)品。

聚丙烯酰胺分為：陰離子、陽(yáng)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(wú)機(jī)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(jí)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(jí)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(yáng)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(diǎn)，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(jī)廢水的處理。

非離子型主要用于偏酸性廢水的處理，這時(shí)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(wú)毒性，尤其是和無(wú)機(jī)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(lèi)：調(diào)整水的pH,如石灰、硫酸等；

②加大礬花的粒度和結(jié)實(shí)性：如活化硅酸、高分子絮凝劑聚丙烯酰胺等；

③氧化劑類(lèi)：破壞干擾混凝的物質(zhì)，如有機(jī)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(lèi)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(shí)，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(wú)機(jī)鹽水解吸熱；

②溫度降低，粘度升高一布朗運(yùn)動(dòng)減弱；

③水溫低時(shí)，膠體顆粒水化作用增強(qiáng)，妨礙凝聚；

④水溫與水的pH有關(guān)。

因此，一般來(lái)說(shuō)溫度為20~30℃更有利于混凝。

（2）pH和堿度

pH對(duì)混凝效果的影響程度，與混凝劑種類(lèi)有關(guān)?；炷龝r(shí)最佳pH范圍與進(jìn)水水質(zhì)、去除對(duì)象等密切有關(guān)。當(dāng)投加金屬鹽類(lèi)凝聚劑時(shí)，其水解會(huì)生成H+，但水中堿度有緩沖作用，當(dāng)堿度不夠時(shí)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(jì)；

[δ]:一般取0.25~0.5mmol/L (CaO)。

石灰投加量一般通過(guò)試驗(yàn)決定。

（3）懸浮物濃度

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

（4）有機(jī)污染物

由于污水中溶解性有機(jī)物分子吸附在膠體顆粒表面將膠體顆粒保護(hù)起來(lái)，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(jī)物存在條件下膠體顆粒比沒(méi)有有機(jī)物時(shí)更難脫穩(wěn)，混凝劑量需增大?？赏ㄟ^(guò)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(lèi)與投加量

不同種類(lèi)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(lèi)。對(duì)于無(wú)機(jī)鹽類(lèi)混凝劑，要求形成能有效壓縮雙電層或產(chǎn)生強(qiáng)烈電中和作用的形態(tài)，對(duì)于有機(jī)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(lái)說(shuō)，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(huì)發(fā)生再穩(wěn)定現(xiàn)象，混凝效果反而下降。考慮成本問(wèn)題，實(shí)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(guó)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?，必須通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)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(guò)程可分為快速混合與絮凝反應(yīng)兩個(gè)階段,但在實(shí)際污水處理工藝中，兩個(gè)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(qiáng)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(shí)，由于絮凝反應(yīng)是一個(gè)絮凝體逐漸增長(zhǎng)的緩慢過(guò)程，如果混凝反應(yīng)后需要絮凝體增長(zhǎng)到足夠大的顆粒尺寸通過(guò)沉淀去除，需要保證一定的絮凝作用時(shí)間，如果混凝反應(yīng)后是采用氣浮或直接過(guò)濾工藝，則反應(yīng)時(shí)間可以大大縮短。