常见污水处理工艺之混凝

常见污水处理工艺之混凝

一、概述

通过向水中加入混凝剂如硫酸铝，可以促使原本难以自然沉降的胶体和微小悬浮物聚集成较大的絮凝体，这些絮凝体随后可以通过沉淀等固液分离技术得以去除，从而实现对水的净化。此过程即为混凝，是水和废水处理中的一个重要步骤。
    混凝是给水处理和废水处理中重要的工艺之一，主要用于去除水中的浊度物质、胶体、磷及部分有机物等杂质。其过程包括原水的混凝、沉淀、过滤和消毒，其中混凝是第一步，对于去除浊度物质发挥着重要作用。在城市污水深度处理和特种工业废水中，如印染废水、含油废水等，混凝也被用作预处理步骤，以减轻后续生物处理的负担并提高处理效率。混凝工艺的效果受多种因素影响，包括被处理水样的性质、混凝剂的选择以及胶体杂质与混凝剂之间的相互作用机制。实际中需通过调控混凝条件，以获得最佳的混凝效果。
二、混凝机理
    混凝一词一般包括俩个含义：凝聚（胶体脱稳、发生相互凝聚）；絮凝（脱稳胶体聚集变大），即混凝是凝聚与絮凝过程的总称。
混凝是一种通过投加混凝剂使水中的胶体颗粒发生凝聚和絮凝的过程，其核心在于降低胶体的稳定性。目前认为，混凝机理主要包括双电层压缩机理和吸附电性中和作用机理。双电层压缩机理基于电解质对胶体的脱稳作用，通过向水中添加带有正电荷的混凝剂来压缩胶体颗粒的双电层，降低ζ电势，促使胶体凝聚。另一方面，吸附电性中和作用机制则涉及到胶核表面直接吸附带有相反电荷的聚合离子或高分子物质，以降低ζ电势并实现脱稳和凝聚。

在水处理过程中，四种主要的混凝机理包括：吸附架桥作用、网捕和卷扫作用、双电层压缩以及异性电荷引力。吸附架桥作用是由高分子聚合物通过其两端分别吸附不同胶粒实现的，其效果受高分子聚合物投加量的影响。网捕和卷扫作用则是金属盐混凝剂在形成金属氢氧化物沉淀过程中对胶粒的物理作用，其需要量随着水中杂质含量的增加而减少。双电层压缩和异性电荷引力则是通过改变胶粒间的电荷关系促进它们聚沉的过程。
    混凝机理和效果受多种因素影响，其中包括混凝剂的物化特性和处理水的水质特性如浊度、碱度、pH值及杂质等。铝盐在水处理中的混凝机理与其在水中的水解状态密切相关：pH<3时主要通过压缩双电层作用，pH在4.5-6时主要通过吸附电性中和，pH>7时则主要通过吸附架桥和部分电性中和作用。在给水处理中，由于天然水体pH大多在6.5-7.8之间，因此主要采用吸附架桥和电性中和两种机理。混凝过程分为凝聚和絮凝两个阶段，首先通过搅拌使投加的铝盐水解并形成小絮凝体，然后利用高分子聚合物的吸附架桥作用使这些小絮凝体进一步增大成为可沉淀的大絮凝体。
三、混凝聚与助凝剂
    混凝剂是废水处理中常见的化学药剂，主要分为无机和有机类。
无机混凝剂常见的有Al盐跟Fe盐，Al盐常见硫酸铝、聚合氯化铝、聚合硫酸铝等，Fe盐有三氯化铁、聚合硫酸铁等，其中聚铝（PAC）最常见且应用广泛，适应性较强，投加量少。
    有机高分子混凝聚包括天然和人工合成。有机高分子混凝剂可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性型，其中聚丙烯酰胺（PAM）是常用的高分子絮凝剂。
    助凝剂本身可以起混凝作用也可以不起混凝作用，但是与混凝剂一起使用，能促进混凝效果。助凝剂按作用分为三大类，酸碱类（石灰、硫酸等调节废水PH）、絮状体结构改良剂（活化硅酸、骨胶、高分子絮凝剂等加大絮凝体的粒度和结实性）、氧化剂类（氯气、臭氧以破坏干扰混凝的有机物）。
四、混凝效果的主要影响因素
    混凝效果受多种因素影响，包括水温、水的化学特性（如pH值和碱度）、以及水中杂质的性质和浓度。
1.水温：冬季低温会降低混凝效果，因为低温会减缓无机盐混凝剂的水解反应，增大水的粘度，抑制杂质颗粒的碰撞聚集，胶体水化作用增强，妨碍胶体凝聚。改善措施：增加混凝剂投加量、使用高分子助凝剂及采用其他固-液分离方法。
2.pH值：对无机盐类混凝剂的效果有很大影响，而对高分子混凝剂影响较小。对于无机盐混凝剂的水解，由于不断产生氢离子，PH值降低，为了保持PH值在一定的范围，污水中需要有足够的碱性类物质，如氢氧根离子、碳酸氢根离子等。实际中，如果大量投加混凝剂时，可以通过投加石灰中和产生的氢离子。
3.水中杂质：水中含大量有机物会对胶体产生保护作用，混凝效果降低，可以通过加大混凝剂投加量以获得好的混凝效果。低浊度的污水，混凝效果不佳，可以通过投加高分子助凝剂、黏土等提升效果。
五、混凝设备

包括混凝剂的配置与投加设备、混合设备、反应设备。
混凝剂的配置与投加设备：投加分干、湿投加。干投加是将混凝剂制成粉末状，然后投入水中，其投加量不好控制，设备要求高，应用比湿法少；湿法则是将混凝剂配置成一定浓度的溶液后投入水中，目前最常用；
   混凝剂的投加设备包括：计量设备（转子流量计、电磁流量计等）、投药箱、注入设备（计量泵、离心泵、水射器等）、药液提升设备；
混合设备：水泵混合（药剂投加在水泵吸水口，利用水泵叶轮高速转动）、管道混合（静态管道混合器）、机械混合（在混合池安装机械搅拌设备，在电机驱动进行强烈搅拌）；
反应设备：主要功能是使混合后后的原水中的微小颗粒逐渐形成大的絮凝体。常见有水力隔板絮凝池、水力折板絮凝池、机械絮凝池、组合絮凝池。