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水中悬浮的颗粒在粒径小到一定程度时,其布朗运动的能量足以阻止重力的作用,而使颗粒不发生沉降。这种悬浮液可以长时间保持稳定状态。而且,悬浮颗粒表面往往带电(常常是负电),颗粒间同种电荷的斥力使颗粒不易合并变大,从而增加了悬浮液的稳定性。
混凝过程就是加入带正电的混凝剂去中和颗粒表面的负电,使颗粒“脱稳”。于是,颗粒间通过碰撞、表面吸附、范德华引力等作用,互相结合变大,以利于从水中分离。
混凝剂是分子量低而阳电荷密度高的水溶性聚合物,多数为液态。它们分为无机和有机两大类。无机混凝剂主要是铝、铁盐及其聚合物。
絮凝是聚合物的高分子链在悬浮的颗粒与颗粒之间发生架桥的过程。“架桥”就是聚合物分子上不同链段吸附在不同颗粒上,促进颗粒与颗粒聚集。
絮凝剂为有机聚合物,多数分子量较高,并有特定的电性(离子性)和电荷密度(离子度)。
实际过程要比上述理论复杂得多。由于混凝剂/絮凝剂都是高分子物质,同一产品中大大小小的分子都有,所谓“分子量”只是一个平均概念。所以,在用某一混凝剂或絮凝剂处理污水是,“电中和”和“架桥”作用会交织在一起同时发生。絮凝过程是多种因素综合作用的结果,目前仍有一些没有认清和解决的问题。就我们所知,絮凝过程与絮凝剂分子结构、电荷密度、分子量有关;与悬浮颗粒表面性质、颗粒浓度、比表面积有关;与介质(水)的pH值、电导、水中其他物质的存在、水温、搅动情况等因素有关。因此尽管有理论和经验可循,用实验来选择絮凝剂仍然是不可缺少的。
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)常用的无机盐类混凝剂
常用的无机盐类混凝剂见下表。
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)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)及天然絮凝剂见下表。
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
常用的助凝剂见下表。
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 |
(1)PAM和无机铝盐混凝剂联用比单独用无机铝盐混凝剂,可以使去浊效果明显改善,而对去除CODMn和UV254改善很少;
(2)PAM和无机铝盐混凝剂联用比单独用无机铝盐混凝剂,可使污泥湿基重量减少40%左右;
(3)PAM和无机铝盐混凝剂联用比单独用无机铝盐混凝剂,可降低污泥处理费和净水加药费用,从而能降低总的净水成本;
(4)用于饮用水处理的PAM,其单体AM含量均应小于0.05%,PAM投加率一般均少于1mg/l,足以保证饮用水的安全性。我国许多以地面水为水源的净水厂(特别是原水浊度较高的净水厂)在用混凝剂的同时,适量投加PAM,将具有很大的经济效益和社会效益。
(5)阳离子型PAM的价格较高(一般为阴离子价格的两倍左右),而非离子型PAM溶解性较差,对这两种类型PAM和无机混凝剂联用时的净水效果,有待进一步探讨。
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