干货!详解混凝剂和助凝剂
混凝的目的在于通过向水中投加一些药剂（通常称为混凝剂及助凝剂），使水中难以沉淀的胶体颗粒能互相聚合，长大至能自然沉淀的程度。这个方法称作混凝沉淀。在给水处理和废水处理中混凝沉淀都是最常用的方法之一。混凝处理中包括凝聚和絮凝两个阶段。在凝聚阶段水中的胶体双电层被压缩失去稳定而形成较小的微粒；环保小蜜蜂在絮凝阶段这些微粒互相聚结（或由于高分子物质的吸附架桥作用相助）形成大颗粒絮体，这些絮体在一定的沉淀条件下可以从水中分离去除。一、混凝剂与助凝剂（一）常用的无机盐类混凝剂常用的无机盐类混凝剂见表4-3。表4-3 常用的无机盐类混凝剂名称分 子 式一 般 介 绍精制硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O（1）含无水硫酸铝50%~52%（2）适用于水温为20~40℃（3）当pH=4~7时，主要去除水中有机物pH=5.7~7.8时，主要去除水中悬浮物pH=6.4~7.8时，处理浊度高、色度低（小于30度）的水（4）湿式投加时一般先溶解成10%~20%的溶液工业硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O（1）制造工艺较简单（2）无水硫酸铝含量各地产品不同，设计时一般可采用20%~25%（3）价格比精制硫酸铝便宜（4）用于废水处理时，投加量一般为50~200mg/L（5）其他同精制硫酸铝明矾Al2(SO4)3·K2SO4·24H2O（1）同精制硫酸铝（2）、（3）（2）现已大部分被硫酸铝所代替硫酸亚铁（绿矾）FeSO4·7H2O（1）腐蚀性较高（2）矾花形成较快，较稳定，沉淀时间短（3）适用于碱度高，浊度高，pH=8.1~9.6的水，不论在冬季或夏季使用都很稳定，混凝作用良好，当pH值较低时（<8.0），常使用氯来氧化，使二价铁氧化成三价铁，也可以用同时投加石灰的方法解决三氯化铁FeCl3·6H2O（1）对金属（尤其对铁器）腐蚀性大，对混凝土亦腐蚀，对塑料管也会因发热而引起变形（2）不受温度影响，矾花结得大，沉淀速度快，效果较好（3）易溶解，易混合，渣滓少（4）适用最佳pH值为6.0~8.4聚合氯化铝[Aln(OH)mCl3n-m]（通式）简写PAC（1）净化效率高，耗药量少，过滤性能好，对各种工业废水适应性较广（2）温度适应性高，pH适用范围宽（可在pH=5~9的范围内），因而可不投加碱剂（3）使用时操作方便，腐蚀性小，劳动条件好（4）设备简单，操作方便，成本较三氯化铁低（5）是无机高分子化合物（二）常用的有机合成高分子混凝剂及天然絮凝剂常用的有机合成高分子混凝剂（又称絮凝剂）及天然絮凝剂见表4-4。表4-4 常用有机合成高分子混凝剂及天然絮凝剂名 称分子式或代号一 般 介 绍聚丙烯酰胺代号PAM（1）目前被认为是最有效的高分子之一，在废水处理中常被用作助凝剂，与铝盐或铁盐配合使用（2）与常用混凝剂配合使用时，应按一定的顺序先后投加，以发挥两种药剂的最大效果（3）聚丙烯酰胺固体产品不易溶解，宜在有机械搅拌的溶解槽内配制成0.1%~0.2%的溶液再进行投加，稀释后的溶液保存期不宜超过1~2周（4）聚丙烯酰胺有极微弱的毒性，用于生活饮用水净化时，应注意控制投加量（5）是合成有机高分子絮凝剂，为非离子型；通过水解构成阴离子型，也可通过引入基团制成阳离子型；目前市场上已有阳离子型聚丙烯酰胺产品出售脱色絮凝剂代号脱色I号（1）属于聚胺类高度阳离子化的有机高分子混凝剂，液体产品固含量70%，无色或浅黄色透明粘稠液体（2）贮存温度5~45℃，使用pH值7~9，按1：50~1：100稀释后投加，投加量一般为20~100mg/L，也可与其他混凝剂配合使用（3）对于印染厂、染料厂、油墨厂等工业废水处理具有其他混凝剂不能达到的脱色效果天然植物改性高分子絮凝剂（1）由691化学改性制得，取材于野生植物，制备方便，成本较低（2）宜溶于水，适用水质范围广，沉降速度快，处理水澄清度好（3）性能稳定，不易降解变质（4）安全无毒天然絮凝剂F691刨花木、白胶粉F703绒稿（灌木类、皮、根、叶亦可）（三）常用的助凝剂常用的助凝剂见表4-5。表4-5 常用的助凝剂名 称分 子 式一 般 介 绍氯Cl2（1）当处理高色度废水及用作破坏水中有机物或去除臭味时，可在投混凝剂前先投氯，以减少混凝剂用量（2）用硫酸亚铁作混凝剂时，为使二价铁氧化成三价铁可在水中投氯生石灰CaO（1）用于原水碱度不足（2）用于去除水中的CO2，调整pH值（3）对于印染废水等有一定的脱色作用活化硅酸、活化水玻璃、泡花碱Na2O·xSiO2·yH2O（1）适用于硫酸亚铁与铝盐混凝剂，可缩短混凝沉淀时间，节省混凝剂用量（2）原水浑浊度低、悬浮物含量少及水温较低（约在14℃以下）时使用，效果更为显著（3）可提高滤池滤速，必须注意加注点（4）要有适宜的酸化度和活化时间二、影响混凝效果的因素与混凝剂的选择（一）影响混凝效果的主要因素影响混凝效果的因素比较复杂，其中主要由水质本身的复杂变化引起，其次还要受到混凝过程中水力条件等因素的影响。1.水质工业废水中的污染物成分及含量随行业、工厂的不同而千变万化，而且通常情况下同一废水中往往含有多种污染物。废水中的污染物在化学组成、带电性能、亲水性能、吸咐性能等方面都可能不同，因此某一种混凝剂对不同废水的混凝效果可能相关很大。另外有机物对于水中的憎水胶体具有保护作用，因此对于高浓度有机废水采用混凝沉淀方法处理效果往往不好。有些废水中含有表面活性剂或活性染料一类污染物质，通常使用的混凝剂对它们的去除效果也大多不理想。2.pH值pH值也是影响混凝的一个主要因素。在不同的pH值条件下，铝盐与铁盐的水解产物形态不一样，产生的混凝效果也会不同。由于混凝剂水解反应过程中不断产生H+，因此要保持水解反应充分进行，水中必须有碱去中和H+，如碱不足，水的pH值将下降，水解反应不充分，对混凝过程不利。3.水温水温对混凝效果也有影响，无机盐混凝剂的水解反应是吸热反应，水温低时不利于混凝剂水解。水的粘度也与水温有关，环保小蜜蜂水温低时水的粘度大，致使水分子的布朗运动减弱，不利于水中污染物质胶粒的脱稳和聚集，因而絮凝体形成不易。4.水力学条件及混凝反应的时间把一定的混凝剂投加到废水中后，首先要使混凝剂迅速、均匀地扩散到水中。混凝剂充分溶解后，所产生的胶体与水中原有的胶体及悬浮物接触后，会形成许许多多微小的矾花，这个过程又称为混合。混合过程要求水流产生激烈的湍流，在较快的时间内使药剂与水充分混合，混合时间一般要求几十秒至2分钟。混合作用一般靠水力或机械方法来完成。在完成混合后，水中胶体等微小颗粒已经产生初步凝聚现象，生成了细小的矾花，其尺寸可达5μm以上，但还不能达到靠重力可以下沉的尺寸（通常需要0.6～1.0mm以上）。因此还要靠絮凝过程使矾花逐渐长大。在絮凝阶段，要求水流有适当的紊流程度，为细小矾花提供相碰接触和互相吸附的机会，并且随着矾花的长大这种紊流应该逐渐减弱下来。
反应时间（T）一般控制在10～30mim。反应中平均速度梯度（G）一般取30～60s-1，并应控制GT值在104～10 5范围内。（二）混凝剂的选择针对处理某种特定的废水选择适应的混凝剂时，通常由综合以下几方面的考虑来确定。（1）处理效果好，对希望去除的污染物有较高的去除率，能满足设计要求。为了达到这一目标，有时需要两种或多种混凝剂及助凝剂同时配合使用。（2）混凝剂及助凝剂的价格应适当便宜，需要的投加量应当适中，以防止由于价格昂贵造成处理运行费用过高。（3）混凝剂的来源应当可靠，产品性能比较稳定，并应宜于储存和投加方便。（4）所有的混凝剂都不应对处理出水产生二次污染。当处理出水有回用要求时，要适当考虑出水中混凝残余量所造成的轻微色度等影响（例如采用铁盐作混凝剂时）。结合以上因素的考虑，通常采用实际废水水样由实验室烧杯试验，对宜于采用的混凝剂及投加量来进行初步筛选确定。在有条件的情况下，一般还应对初步确定的结果进行扩大的动态连续试验，以求取得可靠的设计数据。