混凝沉淀技術全解析

投加化學藥劑（混凝劑）使得膠體分散體系脫穩和凝聚的過程稱為化學混凝。在混凝過程中，含有微小懸浮微粒和膠體雜質被聚集成較大的固體顆粒，使顆粒性的雜質與水分離的過程，稱為混凝澄清處理。

1.混凝澄清處理的機理

（1）膠體的穩定性和ξ電位

膠體在水溶液中能持久地保持其懸浮的分散狀態的特性叫做穩定性。水中的膠體物質的自然沉降速度十分緩慢，不易沉降的原因是由于同類膠體帶有相同的電荷（天然水和廢水中膠體帶負電），彼此之間存在著電性斥力，使之不能聚合，保持其原有顆粒的分散狀態。

膠體顆粒保持其穩定性的另一個原因是，表面有一層水分子緊緊地包圍著，稱為水化層，它阻礙了膠體顆粒間的接觸，使得膠體顆粒在熱運動時不能彼此碰撞而粘合，從而使其顆粒保持懸浮狀態。

使膠體失去穩定性的過程就稱為脫穩。膠體所帶的電荷影響膠體的凝聚。當膠體顆粒和流體之間呈相對運動時，剪切面（滑動面）上的電位，稱之為ζ電位，見圖1-1。

若ζ電位愈大，則膠體就愈穩定；若ζ電位等于零，膠體不帶電荷，這時膠體極不穩定，易于彼此聚合成大塊而沉降。

圖1-1雙電層模型及ζ電位

水中的膠體物質的自然沉降速度十分緩慢，不易沉降的原因是由于同類膠體帶有相同的電荷（天然水和廢水中膠體帶負電），彼此之間存在著電性斥力。另外，膠體表面總是有一層水分子包圍著，它妨礙了膠體顆粒之間的接觸粘合。溶液主體與雙電層滑動界面的電位差稱為ξ電位。

（2）膠體的脫穩、凝聚和絮凝

改變膠體顆粒的某些特性，使之失去穩定性稱之為膠體的脫穩。在布朗運動的作用下，相互凝聚成細小絮凝物的反應過程稱為凝聚。

細小絮凝物在范德華引力的作用下或在絮凝劑的吸附架橋作用下，相互粘合成較大絮狀物的過程稱為絮凝。

向水中投加混凝劑后，經過混合、凝聚、絮凝等綜合作用，可使膠體顆粒和其它微小顆粒聚合成較大的絮狀物。細小絮凝物在速度梯度？？的作用下或在絮凝劑的吸附架橋作用下，相互粘合成較大絮狀物的過程稱為絮凝。

凝聚和絮凝的全過程稱為混凝。

a.膠體的脫穩凝聚

向水中投加電解質，可起到壓縮雙電層使膠體脫穩的作用。其主要機理是向水中加入鋁鹽或鐵鹽混凝劑后，水中膠體顆粒的雙電層被壓縮或電性中和而失去穩定性。

將混凝劑與原水快速均勻混合并產生一系列化學反應而脫穩，這一過程所需時間很短，一般在1min左右。一些陽離子型的高分子聚合物也能對水中膠體起到脫穩凝聚作用，這類高分子聚合物在水中呈長鏈結構，帶有正電荷，它們對水中膠體的脫穩凝聚是由于范德華力吸附和靜電引力共同作用的。

b.絮凝和絮凝物（礬花）的形成

水中膠體經脫穩凝聚形成的初始絮凝物的粒徑一般在1μm以上，這時布朗運動已不能推動它們碰撞而形成更大的顆粒。為了使初始絮凝物互相碰撞而粘合成大顆粒的絮凝體，需要另外向水中輸入能量，產生速度梯度。

有時需向水中加入有機高分子絮凝劑，利用絮凝劑長鏈分子的吸附架橋作用提高碰撞產生粘合的幾率。絮凝效率通常隨絮凝物濃度和絮凝時間的增加而提高。

2.常用的混凝藥劑簡介

為了提高混凝處理的效果，必須選用性能良好的藥劑，創造適宜的化學和水力學條件。常用的混凝劑主要分為鋁鹽和鐵鹽兩類，鋁鹽中以硫酸鋁和聚合鋁為主，鐵鹽中以三氯化鐵和聚合硫酸鐵居多。

鐵鹽與鋁鹽相比，鐵鹽生成的絮凝物密度大，沉降速度快， pH適應范圍寬；混凝效果受溫度的影響比鋁鹽小；但投加鐵鹽時要注意，設備運行不正常時，帶出的鐵離子會使出水帶色，并可能污染后續水處理除鹽設備，如陰離子交換樹脂。（常用混凝劑名稱及性質見表1-1）。

表1-1 常用混凝劑名稱及性質

當由于原水水質等方面的問題，單獨采用混凝劑不