1. 污水處理中混凝劑的做作用有哪些？
為了使廢水處理后達(dá)標(biāo)排放或進(jìn)行回用，在處理過程需要使用多種化學(xué)藥劑。根據(jù)用途的不同，可以將這些藥劑分成以下幾類：
⑴絮凝劑：有時又稱為混凝劑，可作為強(qiáng)化固液分離的手段，用于初沉池、二沉池、浮選池及三級處理或深度處理等工藝環(huán)節(jié)。
⑵助凝劑：輔助絮凝劑發(fā)揮作用，加強(qiáng)混凝效果。
⑶調(diào)理劑：又稱為脫水劑，用于對脫水前剩余污泥的調(diào)理，其品種包括上述的部分絮凝劑和助凝劑。
2. 什么是絮凝劑？其作用是什么？
絮凝劑在污水處理領(lǐng)域作為強(qiáng)化固液分離的手段，可用于強(qiáng)化污水的初次沉淀、浮選處理及活性污泥法之后的二次沉淀，還可用于污水三級處理或深度處理。當(dāng)用于剩余污泥脫水前的調(diào)理時，絮凝劑和助凝劑就變成了污泥調(diào)理劑或脫水劑。
在應(yīng)用傳統(tǒng)的絮凝劑時，可以使用投加助凝劑的方法來加強(qiáng)絮凝效果。例如把活化硅酸作為硫酸亞鐵、硫酸鋁等無機(jī)絮凝劑的助凝劑并分前后順序投加，可以取得很好的絮凝作用。因此，通俗地講，無機(jī)高分子絮凝劑IPF其實就是把助凝劑與絮凝劑結(jié)合在一起制備然后合并投加來簡化用戶的操作。
混凝處理通常置于固液分離設(shè)施前，與分離設(shè)施組合起來、有效地去除原水中的粒度為1nm～100μm的懸浮物和膠體物質(zhì)，降低出水濁度和CODCr，可用在污水處理流程的預(yù)處理、深度處理，也可用于剩余污泥處理。混凝處理還可有效地去除水中的微生物、病原菌，并可去除污水中的乳化油、色度、重金屬離子及其他一些污染物，利用混凝沉淀處理污水中含有的磷時去除率可高達(dá)90～95%，是最便宜而又高效的除磷方法。
3. 絮凝劑的作用機(jī)理是什么？
水中膠體顆粒微小、表面水化和帶電使其具有穩(wěn)定性，絮凝劑投加到水中后水解成帶電膠體與其周圍的離子組成雙電層結(jié)構(gòu)的膠團(tuán)。采用投藥后快速攪拌的方式，促進(jìn)水中膠體雜質(zhì)顆粒與絮凝劑水解成的膠團(tuán)的碰撞機(jī)會和次數(shù)。水中的雜質(zhì)顆粒在絮凝劑的作用下首先失去穩(wěn)定性，然后相互凝聚成尺寸較大的顆粒，再在分離設(shè)施中沉淀下去或漂浮上來。
攪拌產(chǎn)生的速度梯度G和攪拌時間T的乘積GT可以間接表示在整個反應(yīng)時間內(nèi)顆粒碰撞的總次數(shù)，通過改變GT值可以控制混凝反應(yīng)效果。一般控制GT值在104～105之間，考慮到雜質(zhì)顆粒濃度對碰撞的影響，可以用GTC值作為表征混凝效果的控制參數(shù)，其中C表示污水中雜質(zhì)顆粒的質(zhì)量濃度，而且建議GTC值在100左右。
促使絮凝劑迅速向水中擴(kuò)散，并與全部廢水混合均勻的過程就是混合。水中的雜質(zhì)顆粒與絮凝劑作用，通過壓縮雙電層和電中和等機(jī)理，失去或降低穩(wěn)定性，生成微絮粒的過程稱為凝聚。凝聚生成微絮粒在架橋物質(zhì)和水流的攪動下，通過吸附架橋和沉淀物網(wǎng)捕等機(jī)理成長為大絮體的過程稱為絮凝?；旌稀⒛酆托跄掀饋矸Q為混凝，混合過程一般在混合池中完成，凝聚和絮凝在反應(yīng)池中進(jìn)行。
4. 絮凝劑的種類有哪些？
絮凝劑是能夠降低或消除水中分散微粒的沉淀穩(wěn)定性和聚合穩(wěn)定性，使分散微粒凝聚、絮凝成聚集體而除去的一類物質(zhì)。按照化學(xué)成分，絮凝劑可分為無機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑以及微生物絮凝劑三大類。
無機(jī)絮凝劑包括鋁鹽、鐵鹽及其聚合物。有機(jī)絮凝劑按照聚合單體帶電集團(tuán)的電荷性質(zhì)，可分為陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性型等幾種，按其來源又可分為人工合成和天然高分子絮凝劑兩大類。在實際應(yīng)用中，往往根據(jù)無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑性質(zhì)的不同，把它們加以復(fù)合，制成無機(jī)有機(jī)復(fù)合型絮凝劑。微生物絮凝劑則是現(xiàn)代生物學(xué)與水處理技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是當(dāng)前絮凝劑研究發(fā)展和應(yīng)用的一個重要方向。
5. 無機(jī)絮凝劑的種類有哪些？
傳統(tǒng)應(yīng)用的無機(jī)絮凝劑為低分子的鋁鹽和鐵鹽，鋁鹽主要有硫酸鋁(AL2(SO4)3?18H2O)、明礬(AL2(SO4)3?K2SO4?24H2O)、鋁酸鈉(NaALO3)，鐵鹽主要有三氯化鐵(FeCL3?6H20)、硫酸亞鐵(FeSO4?6H20)和硫酸鐵(Fe2(SO4)3?2H20)。
一般來講，無機(jī)絮凝劑具有原料易得，制備簡便、價格便宜、處理效果適中等特點，因而在水處理中應(yīng)用較多。
6. 無機(jī)絮凝劑硫酸鋁的特點有哪些？
自19世紀(jì)末美國最先將硫酸鋁用于給水處理并取得專利以來，硫酸鋁就以卓越的凝聚沉降性能而被廣泛應(yīng)用。硫酸鋁是目前世界上使用最多的絮凝劑，全世界年產(chǎn)硫酸鋁約500萬噸，其中將近一半用于水處理領(lǐng)域。市售硫酸鋁有固、液兩種形態(tài)，固態(tài)的又按其中不溶物的含量分為精制和粗制兩種，我國民間常用于飲用水凈化的固態(tài)產(chǎn)品明礬，就是硫酸鋁與硫酸鉀的復(fù)鹽，但在工業(yè)水及廢水處理中應(yīng)用不多。
硫酸鋁適用的pH值范圍與原水的硬度有關(guān)，處理軟水時，適宜pH值為5～6.6，處理中硬水時，適宜pH值為6.6～7.2，處理高硬水，適宜pH值為7.2～7.8。硫酸鋁適用的水溫范圍是20oC～40oC，低于10oC時混凝效果很差。硫酸鋁的腐蝕性較小、使用方便，但水解反應(yīng)慢，需要消耗一定的堿量。
7. 無機(jī)絮凝劑三氯化鐵的特點有哪些？
三氯化鐵是另一種常用的無機(jī)低分子凝聚劑，產(chǎn)品有固體的黑褐色結(jié)晶體，也有較高濃度的液體。其具有易溶于水，礬花大而重，沉淀性能好，對溫度、水質(zhì)及pH的適應(yīng)范圍寬等優(yōu)點。三氯化鐵的適用pH值范圍是9～11，形成的絮體密度大，容易沉淀，低溫或高濁度時效果仍很好。固體三氯化鐵具有強(qiáng)烈的吸水性，腐蝕性較強(qiáng)，易腐蝕設(shè)備，對溶解和投加設(shè)備的防腐要求較高，具有刺激性氣味，操作條件較差。
三氯化鐵的作用機(jī)理是利用三價鐵離子逐級水解生成的各種羥基鐵離子來實現(xiàn)對水中雜質(zhì)顆粒的絮凝，而羥基鐵離子的形成需要利用水中大量的羥基，因此使用過程中會消耗大量的堿，當(dāng)原水堿度不夠時，需要補(bǔ)充石灰等堿源。
硫酸亞鐵俗稱綠礬，形成絮凝體快而穩(wěn)定，沉淀時間短，適用于堿度高、濁度大的情況，但色度不易除凈，腐蝕性也較強(qiáng)。
8. 無機(jī)高分子絮凝劑的種類有哪些？
無機(jī)高分子絮凝劑(IPF)是從60年代起發(fā)展起來的新型絮凝劑，目前，IPF的生產(chǎn)和應(yīng)用在全世界都取得了迅速進(jìn)展。鋁、鐵和硅類的無機(jī)高分子絮凝劑實際上分別是它們由水解、溶膠到沉淀過程的中間產(chǎn)物，即Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Si(Ⅳ)的羥基和氧基聚合物。鋁和鐵是陽離子型荷正電，硅是陰離子型荷負(fù)電，它們在水溶態(tài)的單元分子量約為數(shù)百到數(shù)千，可以相互結(jié)合成為具有分形結(jié)構(gòu)的集聚體。它們的凝聚—絮凝過程是對水中顆粒物的電中和與粘附架橋兩種作用的綜合體現(xiàn)。水中懸浮顆粒的粒度在納米到微米級，大多帶負(fù)電荷，因此絮凝劑及其形態(tài)的電荷正負(fù)、電性強(qiáng)弱和分子量、聚集體的粒度大小是決定其絮凝效果的主要因素。目前無機(jī)高分子絮凝劑的種類已有幾十種(主要品種見表8--1)，產(chǎn)量也達(dá)到絮凝劑總產(chǎn)量的30%～60%，其中廣泛使用的為聚合氯化鋁。
表8--1 常用無機(jī)高分子絮凝劑的類別和品種
9. 無機(jī)高分子絮凝劑的特點有哪些？
Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Si(Ⅳ)的羥基和氧基聚合物都會進(jìn)一步結(jié)合為聚集體，在一定條件下保持在水溶液中，其粒度大致在納米級范圍，以此發(fā)揮凝聚—絮凝作用會得到低投加量高效果的結(jié)果。若比較它們的反應(yīng)聚合速度，由Al→Fe→Si是趨于強(qiáng)烈的，同時由羥基橋聯(lián)轉(zhuǎn)為氧基橋聯(lián)的趨勢也按此順序。因此，鋁聚合物的反應(yīng)較緩和，形態(tài)較穩(wěn)定，鐵的水解聚合物則反應(yīng)迅速，容易失去穩(wěn)定而發(fā)生沉淀，硅聚合物則更趨于生成溶膠及凝膠顆粒。
IPF的優(yōu)點反映在它比傳統(tǒng)絮凝劑如硫酸鋁、氯化鐵的效能更優(yōu)異，而比有機(jī)高分子絮凝劑(OPF)價格低廉?，F(xiàn)在它成功地應(yīng)用在給水、工業(yè)廢水以及城市污水的各種處理流程，包括預(yù)處理、中間處理和深度處理中，逐漸成為主流絮凝劑。但是，在形態(tài)、聚合度及相應(yīng)的凝聚—絮凝效果方面，無機(jī)高分子絮凝劑仍處于傳統(tǒng)金屬鹽絮凝劑與有機(jī)高分子絮凝劑之間的位置。其分子量和粒度大小以及絮凝架橋能力仍比有機(jī)絮凝劑差很多，而且還存在對進(jìn)一步水解反應(yīng)的不穩(wěn)定性問題。IPF的這些弱點促進(jìn)了各種復(fù)合型無機(jī)高分子絮凝劑的研究和開發(fā)。
10. 聚合氯化鋁的特點有哪些？
聚合氯化鋁(PAC)，又稱堿式氯化鋁，化學(xué)式為ALn(OH)mCL3n-m。PAC是一種多價電解質(zhì)，能顯著地降低水中粘土類雜質(zhì)(多帶負(fù)電荷)的膠體電荷。由于相對分子質(zhì)量大，吸附能力強(qiáng)，形成的絮凝體較大，絮凝沉淀性能優(yōu)于其他絮凝劑。PAC聚合度較高，投加后快速攪拌，可以大大縮短絮凝體形成時間。PAC受水溫影響較小，低水溫時使用效果也很好。它對水的pH值降低較少，適用的pH范圍寬(可在pH=5～9范圍內(nèi)使用)，故可不投加堿劑。PAC的投加量少，產(chǎn)泥量也少，且使用、管理、操作都較方便，對設(shè)備、管道等腐蝕性也小。因此，PAC在水處理領(lǐng)域有逐步替代硫酸鋁的趨勢，其缺點是價格較高。
另外，從溶液化學(xué)的角度看，PAC是鋁鹽水解—聚合—沉淀反應(yīng)過程的動力學(xué)中間產(chǎn)物，熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，一般液體PAC產(chǎn)品均應(yīng)在半年內(nèi)使用。添加某些無機(jī)鹽(如CaCl2、MnCl2等)或高分子(如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等)可提高PAC的穩(wěn)定性，同時可增加凝聚能力。從生產(chǎn)工藝講，在PAC的制造過程中引入一種或幾種不同的陰離子(如SO42-、PO43-等)，利用增聚作用可以在一定程度上改變聚合物的結(jié)構(gòu)和形態(tài)分布，進(jìn)而提高PAC的穩(wěn)定性和功效；如果在PAC的制造過程中引入其它陽離子組分，如Fe3+，使Al3+和Fe3+交錯水解聚合，可制得復(fù)合絮凝劑聚合鋁鐵。
三氧化二鋁含量是聚合氯化鋁有效成分的衡量指標(biāo)，一般而言，絮凝劑產(chǎn)品密度越大，三氧化二鋁含量越高。一般來說，堿化度越高的聚合氯化鋁吸附架橋能力越好，但因接近[Al(OH)3]n而易產(chǎn)生沉淀，因此穩(wěn)定性也較差。
11. PAC的堿化度是什么？
由于聚合氯化鋁可以看作是AlCl3逐步水解轉(zhuǎn)化為Al(OH)3過程中的中間產(chǎn)物，也就是Cl-逐步被羥基OH-取代的各種產(chǎn)物。聚合氯化鋁的某種形態(tài)中羥基化程度就是堿化度，堿化度是聚合氯化鋁中羥基當(dāng)量與鋁的當(dāng)量之比。
實踐表明，堿化度是聚合氯化鋁的最重要指標(biāo)之一，聚合氯化鋁的聚合度、電荷量、混凝效果、成品的pH值、使用時的稀釋率和儲存的穩(wěn)定性等都與堿化度有密切關(guān)系。常用聚合氯化鋁的堿化度多為50%～80%。
12. 復(fù)合絮凝劑的特點和使用的注意事項有哪些？
復(fù)合絮凝劑有各種成分，其主要原料是鋁鹽、鐵鹽和硅酸鹽。從制造工藝方面講，它們可以預(yù)先分別羥基化聚合再加以混合，也可以先混合再加以羥基化聚合，但最終總是要形成羥基化的更高聚合度的無機(jī)高分子形態(tài)，才能達(dá)到優(yōu)異的絮凝效果。復(fù)合劑中每種組分在總體結(jié)構(gòu)和凝聚—絮凝過程中都會發(fā)揮一定作用，但在不同的方面，可能有正效應(yīng)，也可能有負(fù)效應(yīng)。
IPF產(chǎn)品通常要綜合考慮穩(wěn)定性、電中和能力和吸附架橋能力三種因素。聚合鋁、聚合鐵類絮凝劑的弱點是分子量和粒度尚不夠高而聚集體的粘附架橋能力不夠強(qiáng)，因而需要加入粒度較大的硅聚合物來增強(qiáng)絮凝性能。但加入陰離子型的硅聚合物后，總體電荷會有所降低，從而減弱了電中和能力。
因此，目前的復(fù)合絮凝劑即使制造質(zhì)量優(yōu)良，與聚合鋁相比，其效果只能提高10～30%。作為使用IPF的廢水處理技術(shù)人員，必須了解不同種類復(fù)合絮凝劑的特性、適應(yīng)性、優(yōu)點及不足是同樣重要的。在選用最合適的絮凝劑和投加工藝操作程序時，只有根據(jù)廢水水質(zhì)特點，仔細(xì)分析和判斷，才能獲得最佳的處理效果。
13. 人工合成有機(jī)高分子絮凝劑的種類有哪些？
人工合成有機(jī)高分子絮凝劑多為聚丙烯、聚乙烯物質(zhì)，如聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺等。這些絮凝劑都是水溶性的線型高分子物質(zhì)，每個大分子由許多包含帶電基團(tuán)的重復(fù)單元組成，因而也稱為聚電解質(zhì)。包含帶正電基團(tuán)的為陽離子型聚電解質(zhì)，包含帶負(fù)電基團(tuán)的為陰離子型聚電解質(zhì)，既包含帶正電基團(tuán)又包含帶負(fù)電基團(tuán)，稱之為非離子型聚電解質(zhì)。
目前使用較多的高分子絮凝劑是陰離子型，它們對水中負(fù)電膠體雜質(zhì)只能發(fā)揮助凝作用。往往不能單獨使用，而是配合鋁鹽、鐵鹽使用。陽離子型絮凝劑能同時發(fā)揮凝聚和絮凝作用而單獨使用，故得到較快發(fā)展。
我國當(dāng)前使用較多的是聚丙烯酰胺類非離子型高聚物，常與鐵、鋁鹽合用。利用鐵、鋁鹽對膠體微粒的電性中和作用和高分子絮凝劑優(yōu)異的絮凝功能，從而得到滿意的處理效果。聚丙烯酰胺在使用中具有投量少，凝聚速度快，絮凝體粒大強(qiáng)韌的特點。我國目前生產(chǎn)的人工合成有機(jī)高分子絮凝劑中80%是這種產(chǎn)品。
14. 聚丙烯酰胺類絮凝劑的特點有哪些？
聚丙烯酰胺PAM是一種目前應(yīng)用最廣泛的人工合成有機(jī)高分子絮凝劑，有時也被用作助凝劑。聚丙烯酰胺的生產(chǎn)原料是聚丙烯腈CH2=CHCN，在一定條件下，丙烯腈水解生成丙烯酰胺，丙烯酰胺再通過懸浮聚合得到聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺屬于水溶性樹脂，產(chǎn)品有粒狀固體和一定濃度的粘稠水溶液兩種。
聚丙烯酰胺在水的實際存在形態(tài)是無規(guī)線團(tuán)，由于無規(guī)線團(tuán)具有一定的粒徑尺寸，其表面又有一些酰胺基團(tuán)，因此能夠起到相應(yīng)的架橋和吸附能力，即具有一定的絮凝能力。但由于聚丙烯酰胺長鏈卷曲成線團(tuán)，使其架橋范圍較小，兩個酰胺基締結(jié)后，相當(dāng)于作用相互抵消而喪失兩個吸附位，再加上部分酰胺基卷藏在線團(tuán)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，不能與水中的雜質(zhì)顆粒相接觸和吸附，所以其擁有的吸附能力不能充分發(fā)揮。
為了使締結(jié)在一起的酰胺基再次分開、內(nèi)藏的酰胺基也能暴露在外表，人們設(shè)法將無規(guī)線團(tuán)適當(dāng)延伸展開，甚至設(shè)法在長分子鏈上增加一些帶有陽離子或陰離子的基團(tuán)，同時提高吸附架橋能力和電中和壓縮雙電層的作用。這樣一來，在PAM的基礎(chǔ)上又衍生出一系列性質(zhì)各異的聚丙烯酰胺類絮凝劑或助凝劑。
比如說在聚丙烯酰胺溶液中加堿，使部分鏈節(jié)上的酰胺基轉(zhuǎn)化為羧酸鈉，而羧酸鈉在水中容易離解出鈉離子，使COO-基保留在支鏈上，因此生成部分水解的陰離子型聚丙烯酰胺。陰離子型聚丙烯酰胺分子結(jié)構(gòu)上的COO-基使分子鏈帶有負(fù)電荷，彼此相斥將原來締結(jié)在一起的酰胺基拉開，促使分子鏈由線團(tuán)狀逐漸伸展成長鏈狀，從而使架橋范圍擴(kuò)大、提高絮凝能力，作為助凝劑其優(yōu)勢表現(xiàn)得更為出色。
陰離子型聚丙烯酰胺的使用效果與其“水解度”有關(guān)，“水解度”過小會導(dǎo)致混凝或助凝效果較差，“水解度”過大會增加制作成本。