第4章　物化分離法

4.1　混凝

4.1.1　原理與功能

混凝就是向水體投加一些藥劑（分為凝聚劑、絮凝劑和助凝劑），通過凝聚劑水解產(chǎn)物壓縮膠體顆粒的擴(kuò)散層，達(dá)到膠粒脫穩(wěn)而相互聚結(jié)；或者通過凝聚劑的水解和縮聚反應(yīng)形成的高聚物的強(qiáng)烈吸附架橋作用，使膠粒被吸附黏結(jié)。在廢水處理中混凝沉淀是最常用的方法之一。

混凝沉淀處理過程包括凝聚和絮凝兩個(gè)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；在絮凝階段這些微粒互相凝聚（或由于高分子物質(zhì)的吸附架橋作用相助）形成大顆粒絮凝體，這些絮凝體在一定的沉淀?xiàng)l件下可以從水中分離去除。

混凝技術(shù)與其他技術(shù)比較，其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，易于啟動(dòng)和掌握操作維護(hù)，便于間歇式操作，處理效果良好。其缺點(diǎn)是運(yùn)行費(fèi)用較高，產(chǎn)污泥量較大。

4.1.2　技術(shù)與裝備

4.1.2.1　混凝與混凝劑的選擇

（1）影響混凝效果的主要因素

影響混凝效果的因素比較復(fù)雜，其中主要由水質(zhì)本身的復(fù)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(xué)組成、帶電性能、親水性能、吸附性能等方面都可能不同，因此，某一種混凝劑對(duì)不同廢水的混凝效果可能相差很大。另外，有機(jī)物對(duì)于水中的憎水膠體具有保護(hù)作用，因此，對(duì)于高濃度有機(jī)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的污染物質(zhì)，通常使用的混凝劑對(duì)它們的去除效果也大多不理想。

②pH值　pH值也是影響混凝的一個(gè)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(huì)不同。由于混凝劑水解反應(yīng)過程中不斷產(chǎn)生H⁺，因此，要保持水解反應(yīng)充分進(jìn)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(yīng)不充分，對(duì)混凝過程不利。

③水溫　水溫對(duì)混凝效果也有影響，無機(jī)鹽混凝劑的水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，水溫低時(shí)不利于混凝劑水解。水的黏度也與水溫有關(guān)，水溫低時(shí)水的黏度大，致使水分子的布朗運(yùn)動(dòng)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(xué)條件及混凝反應(yīng)的時(shí)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?cái)U(kuò)散到水中。混凝劑充分溶解后，所產(chǎn)生的膠體與水中原有的膠體及懸浮物接觸后，會(huì)形成許許多多微小的礬花，這個(gè)過程又稱為混合。混合過程要求水流產(chǎn)生激烈的湍流，在較快的時(shí)間內(nèi)使藥劑與水充分混合，混合時(shí)間一般要求幾十秒至2min。混合作用一般靠水力或機(jī)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(xì)小的礬花，其尺寸可達(dá)5μm以上，但還不能達(dá)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(zhǎng)大。在絮凝階段，要求水流有適當(dāng)?shù)奈闪鞒潭龋瑸榧?xì)小礬花提供相互碰撞接觸和互相吸附的機(jī)會(huì)，并且隨著礬花的長(zhǎng)大這種紊流應(yīng)該逐漸減弱下來。

反應(yīng)時(shí)間（T）一般控制在10～30min。

反應(yīng)中平均速度梯度（G）一般取30～60s^-1，并應(yīng)控制GT值在10⁴～10⁵范圍內(nèi)。

（2）混凝劑的選擇

對(duì)處理某種特定的廢水選擇適宜的混凝劑時(shí)，通常會(huì)綜合以下幾方面的考慮來確定。

①處理效果好，對(duì)希望去除的污染物有較高的去除率，能滿足設(shè)計(jì)要求。為了達(dá)到這一目標(biāo)，有時(shí)需要兩種或多種混凝劑及助凝劑同時(shí)配合使用。

②混凝劑及助凝劑的價(jià)格應(yīng)適當(dāng)便宜，需要的投加量應(yīng)當(dāng)適中，以防止由于價(jià)格昂貴造成處理運(yùn)行費(fèi)用過高。

③混凝劑的來源應(yīng)當(dāng)可靠，產(chǎn)品性能比較穩(wěn)定，并應(yīng)宜于儲(chǔ)存和方便投加。

④所有的混凝劑都不應(yīng)對(duì)處理出水產(chǎn)生二次污染。當(dāng)處理出水有回用要求時(shí)，要適當(dāng)考慮出水中混凝劑的殘余量或造成的輕微色度等影響（例如采用鐵鹽作混凝劑時(shí)）。

結(jié)合以上因素的考慮，通常采用實(shí)際廢水水樣由實(shí)驗(yàn)室燒杯試驗(yàn)對(duì)宜采用的混凝劑及投加量來進(jìn)行初步篩選確定。在有條件的情況下，一般還應(yīng)對(duì)初步確定的結(jié)果進(jìn)行擴(kuò)大的動(dòng)態(tài)連續(xù)試驗(yàn)，以求取得可靠的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。

4.1.2.2　設(shè)備和裝置

（1）溶解攪拌裝置

攪拌可采用水力、機(jī)械或壓縮空氣等方式，見表4-1，具體由用藥量大小及藥劑性質(zhì)決定，一般用藥量大時(shí)用機(jī)械攪拌和空氣壓縮，用藥量小時(shí)用水力攪拌。

（2）投藥設(shè)備

投藥設(shè)備包括投加和計(jì)量?jī)蓚€(gè)部分。

①投加方式　根據(jù)溶液池液面高低，有重力投加和壓力投加兩種方式，見表4-2。

②計(jì)量設(shè)備　計(jì)量設(shè)備多種多樣，應(yīng)根據(jù)具體情況選用。目前常用的計(jì)量設(shè)備有轉(zhuǎn)子流量計(jì)、電磁流量計(jì)、苗嘴等。

③混合設(shè)備　在水處理中的混合設(shè)備和裝置有許多種，按照混合方式可分為管式混合、混合池混合、水泵混合、機(jī)械混合幾大類。在廢水處理工程中，比較常用的混合設(shè)備見表4-3。

④反應(yīng)設(shè)備與裝置　廢水處理中常用的反應(yīng)設(shè)備形式見表4-4。

4.1.3　藥劑與應(yīng)用

（1）常用的無機(jī)鹽類混凝劑

常用的無機(jī)鹽類混凝劑見表4-5。

（2）常用的有機(jī)合成高分子混凝劑及天然絮凝劑

常用的有機(jī)合成高分子混凝劑（又稱絮凝劑）及天然絮凝劑見表4-6。

（3）常用的助凝劑

常用的助凝劑見表4-7。