摘要：在諸多的水處理方法中，混凝法是一種較常用的水處理物化方法。這種方法是通過(guò)向水中加入混凝劑而使膠體脫穩(wěn)產(chǎn)生絮凝，從而去除污染物的方法。影響混凝的因素有很多，比如溫度、PH值、水力條件、絮凝劑投加量和性質(zhì)等，調(diào)節(jié)好這些因素能達(dá)到很好的去除效果。
0 引言
在工業(yè)廢水和生活廢水處理中，有一種很重要的物化處理方法：混凝法。這種水處理方法應(yīng)用廣泛，各種污染指標(biāo)去除率高。下面對(duì)這一方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
1、混凝法
1.1 混凝法的概念
在天然水中和各種廢水中，物質(zhì)在水中存在的形式有三種：離子狀態(tài)、膠體狀態(tài)和懸浮狀態(tài)。一般認(rèn)為，顆粒粒徑小于1nm的為溶解物質(zhì)，顆粒粒徑在1-100nm的為膠體物質(zhì)，顆粒粒徑在100nm-1mm為懸浮物質(zhì)。其中的懸浮物質(zhì)是肉眼可見(jiàn)物，可以通過(guò)自然沉淀法進(jìn)行去除；溶解物質(zhì)在水中是離子狀態(tài)存在的，可以向水中加入一種藥劑使之反應(yīng)生成不溶于水的物質(zhì)，然后用自然沉淀法去除掉；而膠體物質(zhì)由于膠粒具有雙電層結(jié)構(gòu)而具有穩(wěn)定性，不能用自然沉淀法去除，需要向水中投加一些藥劑，使水中難以沉淀的膠體顆粒脫穩(wěn)而互相聚合，增加至能自然沉淀的程度而去除。這種通過(guò)向水中加入藥劑而使膠體脫穩(wěn)形成沉淀的方法叫混凝法，所投加的藥劑叫混凝劑。
1.2 混凝的基本原理
廢水中的膠體物質(zhì)具有巨大的比表面積，可以吸附液體介質(zhì)中的正離子或負(fù)離子或極性分子等，使固液兩相界面上的電荷呈不平衡分布，在界面兩邊產(chǎn)生電位差，這就是膠體微粒的雙電層結(jié)構(gòu)。形成雙電層結(jié)構(gòu)的微粒的整個(gè)膠體結(jié)構(gòu)就稱為膠團(tuán)，整個(gè)膠團(tuán)是電中性的。膠團(tuán)中點(diǎn)是帶有電荷的固體微粒本身，稱為膠核。膠核所帶電荷的符號(hào)就是膠體所帶電荷的符號(hào)。膠體微粒之所以能在水中保持穩(wěn)定性，原因在于膠體粒子之間的靜電斥力（膠體常常帶有同種電荷而具有斥力）、膠體表面的水化作用及膠粒之間相互吸引的范德華力共同作用。膠體微粒帶電越多，其電位就越大，帶電荷的膠粒和反離子與周?chē)肿影l(fā)生水化作用越大，水化殼也越厚，越具有穩(wěn)定性。向水中投加藥劑，使膠體失去穩(wěn)定性而形成微小顆粒，而后這些均勻分散的微小顆粒再進(jìn)一步形成較大的顆粒，從液體中沉淀下來(lái)，這個(gè)過(guò)程稱為凝聚。
凝聚有以下幾方面的作用：
1.2.1 壓縮雙電層與電荷的中和作用。加入電解質(zhì)，使固體微粒表面形成的雙電層有效厚度減小，從而范德華力占優(yōu)勢(shì)而達(dá)到彼此吸引形成凝聚；或者加入電不同電荷的固體微粒，使不同電荷的粒子由于靜電吸引而彼此吸引，后達(dá)到凝聚。
1.2.2 高分子絮凝劑的吸附架橋作用。高分子絮凝劑的碳碳單鍵一般情況下是可以旋轉(zhuǎn)的，再加上聚合度較大，即主鏈較長(zhǎng)，在水介質(zhì)中主鏈?zhǔn)菑澢摹Ｔ谥麈湹母鱾€(gè)部位吸附了很多固體顆粒，就象是為固體顆粒架了許多橋梁，讓這些固體顆粒相對(duì)地聚集起來(lái)形成大的顆粒。
1.2.3 絮體的網(wǎng)捕作用。有些混凝劑（如鋁鹽或鐵鹽）有水中形成高聚合度的多羥基化合物的絮體，在沉淀過(guò)程中可以吸附卷帶水中膠體顆粒共同沉淀，此過(guò)程稱為絮凝劑的網(wǎng)捕作用。
2、幾種常見(jiàn)的混凝劑
常用的混凝劑有無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)高分子絮凝劑、生物絮凝劑等。
無(wú)機(jī)絮凝劑主要產(chǎn)品有硫酸鋁、聚合氯化鋁、三氯化鐵、硫酸亞鐵和聚合硫酸鐵、聚合硅酸鋁、聚合硅酸鐵、聚合氯化鋁鐵、聚合硅酸鋁鐵和聚合硫酸氯化鋁等。
有機(jī)高分子絮凝劑以聚丙烯酰胺類產(chǎn)品為代表。
生物絮凝劑是一類由微生物產(chǎn)生的具有絮凝能力的高分子有機(jī)物，主要有蛋白質(zhì)、黏多糖、纖維素和核酸。
下面簡(jiǎn)單介紹幾種常用的混凝劑。
2.1 硫酸鋁（AS）
無(wú)水硫酸鋁是無(wú)色結(jié)晶，易溶于水，常溫下硫酸鋁以含十八水合物較為穩(wěn)定。Al2（SO4）3·18H2O是具有光澤的無(wú)色顆粒或粉末晶體，較易溶于水，水溶液呈酸性（PH≤2.5）。工業(yè)品為白色或微帶灰色的粉末或塊狀結(jié)晶，因可能存在少量的硫酸亞鐵而使產(chǎn)品表面發(fā)黃。硫酸鋁是使用較早的絮凝劑之一。硫酸鋁對(duì)水中膠體微粒的絮凝過(guò)程分為吸附脫穩(wěn)、沉淀絮凝、吸附沉淀混合區(qū)和再穩(wěn)定四個(gè)區(qū)域。加入過(guò)量的硫酸鋁，會(huì)形成膠體再穩(wěn)定而影響絮凝效果。硫酸鋁價(jià)格便宜，應(yīng)用較廣泛。
2.2 聚合氯化鋁（又稱堿式氯化鋁PAC）
聚合氯化鋁是應(yīng)用較廣泛的一種絮凝劑，它的固體呈無(wú)色至黃色樹(shù)脂狀，易潮解，溶液為無(wú)色至黃褐色透明狀液體，聚合氯化鋁易溶于水并易發(fā)生水解，水解過(guò)程中伴隨有電化學(xué)、凝聚、吸附、沉淀等物理化學(xué)現(xiàn)象。聚合氯化鋁一般是由鋁礦土與酸經(jīng)過(guò)酸溶、水解、縮聚等復(fù)雜的過(guò)程而制成的。相對(duì)于硫酸鋁而言，聚合氯化鋁混凝效果隨溫度變化較小，形成絮體的速度較快，絮體顆粒和相對(duì)密度都較大，沉淀性能好，投加量較小。聚合氯化鋁適宜的PH值范圍在5-9之間，過(guò)量投加一般不會(huì)出現(xiàn)膠體的再穩(wěn)定現(xiàn)象。長(zhǎng)期的實(shí)踐證明，作為絮凝劑，聚合氯化鋁優(yōu)于硫酸鋁，很多凈水場(chǎng)的硫酸鋁已經(jīng)逐步被聚合氯化鋁所替代。聚合氯化鋁水溶液呈弱酸性，PH值在5.5-6.0，對(duì)設(shè)備的腐蝕性很小。
2.3 聚合硫酸鐵（PFS）
聚合硫酸鐵有固體和液體兩種形式，液體為紅褐色粘稠液，固體為淡黃色或淺灰色的樹(shù)脂狀的顆粒。在產(chǎn)品的儲(chǔ)存的使用過(guò)程中，聚合硫酸鐵對(duì)設(shè)備基本無(wú)腐蝕作用。聚合硫酸鐵投藥量低，而且基本不用控制液體的PH值。與鋁鹽相比，聚合硫酸鐵絮凝速度更快，形成的礬花大，沉降速度更快；另外，它還具有脫色、除重金屬離子、降低水中COD、BOD濃度的作用；但是其出水容易顯黃色。
2.4 聚丙烯酰胺（PAM）
按離子特殊性分類，可分為陽(yáng)離子型、陰離子型、非離子型和兩性酰胺四種。陽(yáng)離子酰胺主要用于水處理，陰離子酰胺主要用于造紙、水處理，兩性酰胺主要用于污泥脫水處理。聚丙烯酰胺易溶于冷水，分子量對(duì)溶解度影響不大，但高分子量的酰胺濃度超過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%以后，會(huì)形成凝膠狀態(tài)。溶解溫度超過(guò)50度，PAM發(fā)生分子降解而失去助凝作用。因此溶解聚丙烯酰胺時(shí)要用45-50度的溫水較為適宜。配制聚丙烯酰胺溶液一般配成質(zhì)量濃度為0.05-2%，陽(yáng)離子酰胺粘度較小，可配制成濃度較大的溶液，陰離子酰胺粘度較大，可適當(dāng)配制成濃度較小的溶液。配制溶液時(shí)不可濃度過(guò)大，否則不容易控制加藥量，容易造成加藥過(guò)量。聚丙烯酰胺的加入量很小，一般加藥量在0.1-2ppm。聚丙烯酰胺溶液用于處理廢水時(shí)，加藥后的絮凝效果與攪拌時(shí)間與攪拌有關(guān)。當(dāng)已經(jīng)形成大塊絮凝時(shí)，就不要再繼續(xù)攪拌，否則會(huì)使已經(jīng)形成的較大礬花被打碎，變成細(xì)小的絮凝體，影響沉降效果。
3、影響絮凝效果的因素
絮凝作用是復(fù)雜的物理和化學(xué)過(guò)程，絮凝處理效果是由多種因素綜合作用的結(jié)果。影響絮凝效果的因素主要有以下幾點(diǎn)：
3.1 溫度的影響
水溫升高絮凝效果則會(huì)提高，在低溫條件下，需要增加絮凝劑用量。另一方面，水溫過(guò)高，形成的絮凝體細(xì)小，污泥含水率增加，難以處理。所以，水溫過(guò)高或過(guò)低對(duì)絮凝均不利。一般水溫條件宜控制在20-30℃。
3.2 水體PH值的影響
每種絮凝劑都有它適合的PH值范圍，超出它的范圍就會(huì)影響絮凝效果。比如聚丙烯酰胺，陽(yáng)離子型適用于酸性和中性的環(huán)境中使用，陰離子型適用于在中性和堿性的環(huán)境中使用，非離子型適用于從強(qiáng)酸性到堿性的環(huán)境中使用。
3.3 絮凝劑的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)影響
對(duì)于高分子絮凝劑來(lái)說(shuō)，其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)對(duì)絮凝作用影響很大。無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的聚合度越大，其電中和能力和吸附架橋功能越強(qiáng)。而對(duì)于有機(jī)絮凝劑來(lái)說(shuō)，除了聚合度的影響外，線性結(jié)構(gòu)的絮凝劑絮凝作用大，而環(huán)狀或支鏈結(jié)構(gòu)的有機(jī)高分子絮凝劑絮凝效果就差。
3.4 絮凝劑投加量的影響
各種絮凝劑都有在相應(yīng)條件下的較佳投加量，低于或者超過(guò)這個(gè)較佳量都會(huì)使絮凝效果變差。用量不足時(shí)，絮凝不完全，用量過(guò)量則會(huì)造成膠體的再穩(wěn)定，降低絮凝效果。所以，不同的絮凝劑要在使用之前做小試確定其較佳加入量。
3.5 水力條件的影響
為了使絮凝劑與水體充分接觸，增加顆粒碰撞速率，往往要進(jìn)行機(jī)械攪拌，而攪拌的速度和時(shí)間需要適當(dāng)。攪拌時(shí)間太短，絮凝不充分；攪拌速度太快，時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)使已經(jīng)形成的絮凝被打碎，降低高分子鏈的架橋吸附能力。
