水污染治理技术——混凝剂与助凝剂

凝聚、絮凝和混凝这三个词常引起混淆。

凝聚：是指胶体被压缩双电层而脱稳的过程；

絮凝：则指胶体由于高分子聚合物的吸附架桥作用聚结成大粒絮体的过程；

混凝：则包括凝聚与絮凝两种过程。

凝聚是瞬时的，所需的时间是将化学药剂扩散到全部水中的时间。

絮凝则与凝聚作用不同，它需要一定的时间让絮体长大，但在一般情况下两者难以截然分开。

混凝剂：一般把能起凝聚与絮凝作用的药剂统称为混凝剂。

助凝剂：当单用混凝剂不能取得良好效果时，可投加某类辅助药剂以提高混凝效果，这种辅助药剂称为助凝剂。

1.混凝剂

水处理对混凝剂的要求：

①混凝效果好；

②对人类健康无害；

③价廉易得；

④使用方便。

目前常用的混凝剂按化学组成可分为无机盐类和有机高分子类。

(1)无机盐类

1）三氯化铁(ferric chloride)

无水物、结晶水物和液体，其中常用的是FeCl3·6H2O，极易溶于水。

优点：形成的矾花沉降性好，处理低温水或低浊度水效果比铝盐好，适宜的pH值范围较宽；

缺点：处理后的水的色度比铝盐的高，腐蚀性大。

2）

FeSO4·7H2O是半透明绿色晶体，易溶于水，在水温2O℃时溶解度为21％。

硫酸亚铁离解出的Fe2＋只能生成最简单的单核络合物，因此，不如三价铁盐混凝效果好。

残留在水中的Fe2＋会使处理后的水带色，Fe2＋与水中的某些有色物质作用后，会生成颜色更深的溶解物

使用硫酸亚铁时应将二价铁先氧化为三价铁，然后再起混凝作用。

3）硫酸铝

工业产品有精制和粗制两种。精制硫酸铝是白色结晶体。粗制硫酸铝的Al203含量不少于14.5％～16.5％，不溶杂质含量不大于24％～30％。

优点：价格较低，使用方便，混凝效果好。

缺点：当水温低时硫酸铝水解困难，形成的絮体较松散。由于杂质含量高，所以渣量大。

4）聚合氯化铝

聚合氯化铝：PAC、化学式 [Al2(OH)nCl6-n]m，m≤10。

聚合氯化铝中OH与Al的比值，一般可用碱化度B表示：B=[0H]×100％/3[Al]，

例如n＝4时，碱化度B=[4/（3×2）]×100％=66.7％。

一般要求B为40％－60％。

聚合氯化铝优点：

(a)应用范围广，对各种废水都可以获得较好的混凝效果。

(b)易快速形成大的矾花，沉降性能好，投药量一般比硫酸铝低，过量投加时也不会象硫酸铝那样造成水浑浊。

(c)适宜的pH值范围较宽(在5～9间)，且处理后水的pH值和碱度下降较小。

(d)水温低时，仍可保持稳定的混凝效果。

(e)其碱化度比其它铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小。

5）活化硅酸(activated silicate)

活化硅酸实质上是硅酸钠在加酸条件下水解聚合反应进行到一定程度的中间产物。

对胶体的混凝是通过吸附架桥使粒子粘连而完成的。

优点：絮凝体形成快且粗大、密实，在低水温、低碱度条件下也能良好絮凝，适用pH值范围宽。与其它的混凝剂配合使用，特别是与铝盐和铁盐混合使用，可缩短沉降时间，节省混凝剂用量。

6）聚合硫酸铁(poly-ferric sulfate, PFS)

化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m

优点：投加剂量小，絮体生成快，对水质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少。

它与聚合铝盐都是具有一定碱化度的无机高分子聚合物，且作用机理也颇为相似。

(2)有机高分子类混凝剂

分类：高分子混凝剂分为天然和人工两种，其中天然高分子混凝剂的应用远不如人工的广泛，主要原因是电荷密度小，分子量较低，且容易发生降解而失去活性。

根据高分子聚合物所带基团能否离解及离解后所带离子的电性，有机高分子混凝剂可分为阴离子型(anionic)、阳离子型(cationic)和非离子型(nonionic)。

在一般情况下，不论混凝剂为何种离子型，对不同电性的胶体和细微悬浮物都是有效的。但如为离子型，且电性与胶粒电性相反，就能起降低电位和吸附架桥双重作用，可明显提高絮凝效果。

特点：高分子混凝剂一般为链状结构，各单体间以共价键结合。

单体的总数称为聚合度，高分子混凝剂的聚合度约从1000－5000，甚至更高。高分子混凝剂溶于水中，将生成大量的线形高分子。

作用机理：

（a）由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用对胶粒的吸附结合；

（b）线型高分子在溶液中的吸附架桥作用。

1.聚丙烯酰胺简介

分子式：

当废水浊度低时，宜先投加其他混凝剂，再投加聚丙烯酰胺；

当废水浊度高时，应先投加聚丙烯酰胺，再投加其它混凝剂。

产量占高分子混凝剂总产量的80％，按性状，聚丙烯酰胺产品有胶状(含量5％－10％)、片状 (含量20％－30％)和粉状(含量90％－95％)三种。其聚合度可达2×104－9×104。相应的相对分子质量高达1.5×106－6.0×106。

聚丙烯酰胺也常作为助凝剂与其他混凝剂一起使用，可产生较好的混凝效果。聚丙烯酰胺的投加次序与废水水质有关。

2.助凝剂

（1）pH调整剂

常用的pH调整剂包括石灰、硫酸、氢氧化钠、碳酸钠等。

（2）絮体结构改良剂

如活性硅酸、粘土等。

（3）氧化剂

可投加氯气、次氯酸钠、臭氧等氧化剂来破坏有机物，以提高混凝效果。