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），通過凝聚劑水解產物壓縮膠體顆粒的擴散層，達到膠粒脫穩而相互聚結；或者通過凝聚劑的水解和縮聚反應形成的高聚物的強烈吸附架橋作用，使膠粒被吸附黏結。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階段。在凝聚階段水中的膠體雙電層被壓縮失去穩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條件下可以從水中分離去除。

混凝技術與其他技術比較，其優點是設備簡單，易于啟動和掌握操作維護，便于間歇式操作，處理效果良好。其缺點是運行費用較高，產污泥量較大。

4.1.2　技術與裝備

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雜，其中主要由水質本身的復雜變化引起，其次還要受到混凝過程中水力條件等因素的影響。

①水質　工業廢水中的污染物成分及含量隨行業、工廠的不同而千變萬化，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，某一種混凝劑對不同廢水的混凝效果可能相差很大。另外，有機物對于水中的憎水膠體具有保護作用，因此，對于高濃度有機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，通常使用的混凝劑對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主要因素。在不同的pH值條件下，鋁鹽與鐵鹽的水解產物形態不一樣，產生的混凝效果也會不同。由于混凝劑水解反應過程中不斷產生H⁺，因此，要保持水解反應充分進行，水中必須有堿去中和H⁺，如堿不足，水的pH值將下降，水解反應不充分，對混凝過程不利。

③水溫　水溫對混凝效果也有影響，無機鹽混凝劑的水解反應是吸熱反應，水溫低時不利于混凝劑水解。水的黏度也與水溫有關，水溫低時水的黏度大，致使水分子的布朗運動減弱，不利于水中污染物質膠粒的脫穩和聚集，因而絮凝體形成不易。

④水力學條件及混凝反應的時間　把一定的混凝劑投加到廢水中后，首先要使混凝劑迅速、均勻地擴散到水中。混凝劑充分溶解后，所產生的膠體與水中原有的膠體及懸浮物接觸后，會形成許許多多微小的礬花，這個過程又稱為混合。混合過程要求水流產生激烈的湍流，在較快的時間內使藥劑與水充分混合，混合時間一般要求幾十秒至2min。混合作用一般靠水力或機械方法來完成。

在完成混合后，水中膠體等微小顆粒已經產生初步凝聚現象，生成了細小的礬花，其尺寸可達5μm以上，但還不能達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大。在絮凝階段，要求水流有適當的紊流程度，為細小礬花提供相互碰撞接觸和互相吸附的機會，并且隨著礬花的長大這種紊流應該逐漸減弱下來。

反應時間（T）一般控制在10～30min。

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

（2）混凝劑的選擇

對處理某種特定的廢水選擇適宜的混凝劑時，通常會綜合以下幾方面的考慮來確定。

①處理效果好，對希望去除的污染物有較高的去除率，能滿足設計要求。為了達到這一目標，有時需要兩種或多種混凝劑及助凝劑同時配合使用。

②混凝劑及助凝劑的價格應適當便宜，需要的投加量應當適中，以防止由于價格昂貴造成處理運行費用過高。

③混凝劑的來源應當可靠，產品性能比較穩定，并應宜于儲存和方便投加。

④所有的混凝劑都不應對處理出水產生二次污染。當處理出水有回用要求時，要適當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）。

結合以上因素的考慮，通常采用實際廢水水樣由實驗室燒杯試驗對宜采用的混凝劑及投加量來進行初步篩選確定。在有條件的情況下，一般還應對初步確定的結果進行擴大的動態連續試驗，以求取得可靠的設計數據。

4.1.2.2　設備和裝置

（1）溶解攪拌裝置

攪拌可采用水力、機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決定，一般用藥量大時用機械攪拌和空氣壓縮，用藥量小時用水力攪拌。

（2）投藥設備

投藥設備包括投加和計量兩個部分。

①投加方式　根據溶液池液面高低，有重力投加和壓力投加兩種方式，見表4-2。

②計量設備　計量設備多種多樣，應根據具體情況選用。目前常用的計量設備有轉子流量計、電磁流量計、苗嘴等。

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

④反應設備與裝置　廢水處理中常用的反應設備形式見表4-4。

4.1.3　藥劑與應用

（1）常用的無機鹽類混凝劑

常用的無機鹽類混凝劑見表4-5。

（2）常用的有機合成高分子混凝劑及天然絮凝劑

常用的有機合成高分子混凝劑（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。