第四章 混凝和混凝剂
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*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；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*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*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*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）**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，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104～105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。
