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引言：

汙水處理中一般均要用到混凝沉澱工藝，在汙水處理中常用於前段的預處理以及二級處理後的深度處理工段，目的是為了去除水中的懸浮物，同時強化總磷及其他汙染物的去除效果。那麼究竟混凝的原理、影響因素是什麼，有哪些應用呢，跟著小編一起來看！

01 混凝概念

混凝是指透過某種方法（如投加化學藥劑）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：膠體失去穩定性的過程稱為凝聚；

絮凝：脫穩膠體相互聚集稱為絮凝。

把能起凝聚與絮凝作用的藥劑統稱為混凝劑。

根據混凝動力學的概念，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；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

當向溶液中投入加電解質，使溶液中離子濃度增高，則擴散層的厚度將減小。當兩個膠粒互相接近時，由於擴散層厚度減小，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。該機理認為ζ電位最多可降至0。因而不能解釋以下兩種現象：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，由於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。這種現象在水處理中出現的較多。指膠核表面直接吸附帶異號電荷的聚合離子、高分子物質、膠粒等，來降低ζ電位。其特點是：當藥劑投加量過多時，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與膠粒相互吸附，但膠粒與膠粒本身並不直接接觸，而使膠粒凝聚為大的絮凝體。

（4）沉澱物網捕機理

當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澱物時，水中的膠粒可被這些沉澱物在形成時所網捕。當沉澱物帶正電荷時，沉澱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澱物形成的核心，所以混凝劑最佳投加量與被除去物質的濃度成反比，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於排斥能與吸引能，分別由靜電斥力與範德華引力產生。排斥勢能：ER—1/d2吸引勢能： EA—1/d6 （有些認為是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係。當膠體距離xoc時，吸引勢能佔優勢；當oa

03 常用混凝劑

（1）PAC

聚合氯化鋁（PAC）：對各種廢水都可以達到好的絮凝效果，能快速形成大的礬花，沉澱效能好，適宜的 pH 範圍較寬（pH 在 5-9 之間），且處理後水的 pH 和鹼度下降較小。水溫低時，仍可保該產品為無機高分子化合物，是介於 AlCI3 和 Al（OH）3 之間的產物，透過羥基架橋聚合，分子中帶有數 量不等羥基，其化學通式為［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，鹼化度 65-85%。有較強的架橋吸附效能，水解過程中發生化學、凝聚、吸附和沉澱等物理化學過程，適用於生活用水和高純水淨化，工業汙水中用於去除COD、BOD以及脫色。具有持續穩定的絮凝效果，其鹼化度比其它鋁鹽、鐵鹽為高，因此藥液對裝置的侵蝕作用小。

（2）PAM

聚丙烯醯胺（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，產品外觀為白色粉末，易溶於水，溫度超過120℃時易分解。聚丙烯醯胺分子中具有陽性基團（-CONH2），能與分散於溶液中的懸浮粒子吸附和架橋，有著極強的絮凝作用，因此廣泛用於水處理領域。PAM用作汙水處理，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品。

聚丙烯醯胺分為：陰離子、陽離子和非離子型。

陰離子型在城市和工業廢水處理中，主要用於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。例如在初級廢水沉澱池中投加0。25mg/L水解聚丙烯醯胺，懸浮物和BOD的去除率可分別提高至66%-23%；在二級廢水處理沉澱池中加入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%。

陽離子型主要用於汙泥脫水，應根據汙泥性質相應的分子量的產品，具有產生絮團大，不粘濾布，用量少，脫水效率高的特點，泥餅含水率在80%以下。也用於廢水中含有陰電荷較多的行業，如啤酒廠、飲料廠、味精廠製糖廠等有機廢水的處理。

非離子型主要用於偏酸性廢水的處理，這時PAM起吸附作用，使懸浮的粒子產生絮凝沉澱，達到淨化水的目的，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酸鹼類：調整水的pH，如石灰、硫酸等；

②加大礬花的粒度和結實性：如活化矽酸、高分子絮凝劑聚丙烯醯胺等；

③氧化劑類：破壞干擾混凝的物質，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複雜，主要包括：

（一）水質特徵，包括水溫、水質、汙染物性質和濃度等；

（二）投加的混凝劑種類與數量；

（三）使用的絮凝裝置及其相關水力引數。

（1）水溫

水溫低時，通常絮凝體形成緩慢，絮凝顆粒細小、鬆散，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。

因此，一般來說溫度為20~30℃更有利於混凝。

（2）pH和鹼度

pH對混凝效果的影響程度，與混凝劑種類有關。混凝時最佳pH範圍與進水水質、去除物件等密切有關。當投加金屬鹽類凝聚劑時，其水解會生成H+，但水中鹼度有緩衝作用，當鹼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］：原水鹼度，按mmol/L， CaO計；

［δ］：一般取0。25~0。5mmol/L （CaO）。

石灰投加量一般透過試驗決定。

（3）懸浮物濃度

汙染物濃度低，顆粒間碰撞機率下降，混凝效果差。可採取的對策有：①加高分子助凝劑；②加粘土；③投加混凝劑後直接過濾。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）有機汙染物

由於汙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，混凝劑量需增大。可透過投高錳酸鉀、臭氧、氯等為預氧化劑，但需考慮是否產生有毒作用的副產物。

（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情況不完全相同，因此應根據進水水質情況最佳化選用適當的混凝劑種類。對於無機鹽類混凝劑，要求形成能有效壓縮雙電層或產生強烈電中和作用的形態，對於有機高分子絮微劑，則要求有適量的官能團和聚合結構以及較大的分子量。

一般來說，混凝效果隨混凝劑投量增高而提高，但當混凝劑的用量達到一定值後，混凝效果達到頂峰，再增加混凝劑用量則會發生再穩定現象，混凝效果反而下降。考慮成本問題，實際生產中最佳混凝劑投量通常兼顧淨化後水質達到國家標準並使混凝劑投量最低。

（6）投加方式

混凝劑投加方式有幹投和溼投兩種。由於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後順序對混凝效果也有很大影響，必須透過模擬實驗和生產實踐確定適宜的投加方式與順序。

（7）水力條件

投加混凝劑後，混凝過程可分為快速混合與絮凝反應兩個階段，但在實際汙水處理工藝中，兩個階段是連續不可分割的，在水力條件上也要求具有連續性。絮凝反應階段攪拌強度和水流速度應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澱效果。同時，由於絮凝反應是一個絮凝體逐漸增長的緩慢過程，如果混凝反應後需要絮凝體增長到足夠大的顆粒尺寸透過沉澱去除，需要保證一定的絮凝作用時間，如果混凝反應後是採用氣浮或直接過濾工藝，則反應時間可以大大縮短。

05 混凝工藝的應用（節選）

（1）平流沉澱池

為保證混凝達到較好的處理效果，採用平流沉澱池工藝時，需要注意如下幾點：

①混凝沉澱時，出水懸浮物含量一般不超過20mg/L。

②池數或分格數一般不少於2個；

③池內平均水平流速一般為 110~25mm/s；

④沉澱時間應根據原水水質和沉澱後的水質要求，一般採用1。0~3。0h；

⑤混凝劑一般透過靜態管式混合器，使投加的混凝劑、助凝劑在管道內瞬時混合。混合率可達90%~95%，並且混合器安裝應儘量靠近沉澱池。

（2）氣浮沉澱池

混凝氣浮沉澱工藝具有佔地面積小，懸浮物去除效率高的特點，在工業汙水處理領域應用較為廣泛，尤其是食品、印染、製革、造紙等行業；絮凝藥劑一般採用計量泵精準投加，以確保氣浮處理的效果，氣浮沉澱池的設計方面：池深一般為1。5-2。 5m，保護高度可取0。5m。池長與池寬比不小於3。0，池深與池寬之比大於0。 3，接觸室：上升流速10-20mm/s，停留時間>60s。分離室：表面負荷通常取5-10m3/m2。h。停留時間為30-40min。集水管流速小於0。5m/s，刮渣速度小於5m/min。

（3）高效沉澱池

高效沉澱池的工作原理基於以下5個方面：

①原始概念上的整體化的絮凝反應池；

②從推流式反應池到沉澱池之間的慢速傳輸；

③汙泥的外部再迴圈系統；

④斜管沉澱機理；

⑤採用合成絮凝劑+高分子助凝劑。

在日常工藝控制方面應結合如下幾點進行調整：

①混凝劑透過計量泵加註，投加混凝劑聚合氯化鋁藥液的配製濃度是不變的，但其投加量是與汙水廠進水流量成正比變化；

②迴流汙泥量是根據進水流量、進水懸浮物（SS）及迴流汙泥濃度進行控制，當進水流量和進水濁度波動時，需要適當增加（或降低）迴流汙泥量，以使絮凝區的絮凝效果保持在較理想狀態；

③排泥週期由設定在沉澱澄清區的泥位高度進行控制，當泥位到達設計高度時啟動排泥泵進行排泥（當進水條件穩定時，可改用定時器控制排泥）。剩餘汙泥是間歇性排放的。

（4）磁混凝反應池

1、磁絮凝沉澱工藝包括:

①磁絮凝反應：含磁絮團的沉澱過程與普通絮凝過程大體相似，不同的是添加了高比重的磁粉後膠體顆粒與磁粉顆粒之間相互聚集，最後絮凝產生的絮團比重遠遠高於普通絮凝的絮團。因而沉降速度得到大幅提升。

②固液分離：高速固液分離過程是依靠磁絮團自身的比重使得其能夠形成高達40m/h以上的靜沉速度，從而快速將汙染物質從水體中分離出來。

③磁粉回收：磁絮團經過高速剪下機破碎後進入磁分離器中，一方面將磁粉回收至反應池中進行迴圈使用。另一方面分離後的汙泥排入汙泥儲池進行後續汙泥脫水處理。

2、設計引數:

磁絮凝反應池一般設定4格，反應池總停留時間控制在10-14min之間；磁絮凝沉澱池表面負荷可取： 20-40m3 /m^-h。停留時間宜在10-20min之間。磁絮凝沉澱池設有汙泥迴流系統，迴流比控制在10%左右，以達到磁粉迴圈利用為主要目的。剩餘汙泥排放量約為設計日處理量的0。5% -2%，剩餘汙泥系統可間歇性執行。