為了使廢水處理后達標排放或進行回用，在處理過程需要使用多種化學藥劑。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，加強混凝效果。⑶調理劑：又稱為脫水劑，用于對脫水前剩余污泥的調理，其品種包括上述的部分絮凝劑和助凝劑。⑷破乳劑：有時也稱脫穩(wěn)劑，主要用于對含有乳化油的含油廢水氣浮前的預處理，其品種包括上述的部分絮凝劑和助凝劑。⑸消泡劑：主要用于消除曝氣或攪拌過程中出現(xiàn)的大量泡沫。⑹pH調整劑：用于將酸性廢水和堿性廢水的pH值調整為中性。⑺氧化還原劑：用于含有氧化性物質或還原性物質的工業(yè)廢水的處理。⑻消毒劑：用于在廢水處理后排放或回用前的消毒處理。
以上藥劑的種類雖然很多，但一種藥劑在不同的場合使用，起到的作用不同，也就會擁有不同的稱呼。比如說Cl2，應用在加強污水的混凝處理效果時被稱為助凝劑，用于氧化廢水中的氰化物或有機物時被稱為氧化劑，用于消毒處理自然就被稱為消毒劑。
2．什么是絮凝劑？其作用是什么？
絮凝劑在污水處理領域作為強化固液分離的手段，可用于強化污水的初次沉淀、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。當用于剩余污泥脫水前的調理時，絮凝劑和助凝劑就變成了污泥調理劑或脫水劑。
在應用傳統(tǒng)的絮凝劑時，可以使用投加助凝劑的方法來加強絮凝效果。例如把活化硅酸作為硫酸亞鐵、硫酸鋁等無機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，無機高分子絮凝劑IPF其實就是把助凝劑與絮凝劑結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施前，與分離設施組合起來、有效地去除原水中的粒度為1nm～100μm的懸浮物和膠體物質，降低出水濁度和CODCr，可用在污水處理流程的預處理、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90～95%，是最便宜而又高效的除磷方法。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構的膠團。采用投藥后快速攪拌的方式，促進水中膠體雜質顆粒與絮凝劑水解成的膠團的碰撞機會和次數(shù)。水中的雜質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時間內顆粒碰撞的總次數(shù)，通過改變GT值可以控制混凝反應效果。一般控制GT值在104～105之間，考慮到雜質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表示污水中雜質顆粒的質量濃度，而且建議GTC值在100左右。
促使絮凝劑迅速向水中擴散，并與全部廢水混合均勻的過程就是混合。水中的雜質顆粒與絮凝劑作用，通過壓縮雙電層和電中和等機理，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和水流的攪動下，通過吸附架橋和沉淀物網(wǎng)捕等機理成長為大絮體的過程稱為絮凝。混合、凝聚和絮凝合起來稱為混凝，混合過程一般在混合池中完成，凝聚和絮凝在反應池中進行。
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。按照化學成分，絮凝劑可分為無機絮凝劑、有機絮凝劑以及微生物絮凝劑三大類。
無機絮凝劑包括鋁鹽、鐵鹽及其聚合物。有機絮凝劑按照聚合單體帶電集團的電荷性質，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。在實際應用中，往往根據(jù)無機絮凝劑和有機絮凝劑性質的不同，把它們加以復合，制成無機有機復合型絮凝劑。微生物絮凝劑則是現(xiàn)代生物學與水處理技術相結合的產(chǎn)物，是當前絮凝劑研究發(fā)展和應用的一個重要方向。
傳統(tǒng)應用的無機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，因而在水處理中應用較多。自19世紀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鹽，但在工業(yè)水及廢水處理中應用不多。
硫酸鋁適用的pH值范圍與原水的硬度有關，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，但水解反應慢，需要消耗一定的堿量。三氯化鐵是另一種常用的無機低分子凝聚劑，產(chǎn)品有固體的黑褐色結晶體，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、水質及pH的適應范圍寬等優(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烈的吸水性，腐蝕性較強，易腐蝕設備，對溶解和投加設備的防腐要求較高，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，當原水堿度不夠時，需要補充石灰等堿源。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。無機高分子絮凝劑（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)和應用在全世界都取得了迅速進展。鋁、鐵和硅類的無機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，可以相互結合成為具有分形結構的集聚體。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，大多帶負電荷，因此絮凝劑及其形態(tài)的電荷正負、電性強弱和分子量、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)量也達到絮凝劑總產(chǎn)量的30%～60%，其中廣泛使用的為聚合氯化鋁。
| 聚合氯化鋁(PAC、PACL)，聚合硫酸鋁(PAS)，聚合氯化鐵(PFC)，聚合硫酸鐵(PFS)，聚合磷酸鋁(PAP)，聚合磷酸鐵(PEP) |
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| 聚合氯化鋁鐵(PAFC)，聚合硫酸鋁鐵(PAFS)，聚合硅酸鋁(PASiC，PASiS)，聚合硅酸鐵(PFSiC，PFSiS)，聚合硅酸鋁鐵(PAFSi)，聚合磷酸鋁鐵(PAFP)，聚合磷酸氯化鋁(PAPCL)，聚合氯化硫酸鋁(PASCL)，聚合氯化硫酸鋁鐵(PAFSCL)，聚合復合型鋁酸鈣，聚合硅酸硫酸鋁(PSiAS) |
| 聚合鋁-聚丙烯酰胺(PACM)，聚合鐵-聚丙烯酰胺(PFCM)，聚合鋁-陽離子有機高分子(PCAT)，聚合鐵-陽離子有機高分子(PCFT)，聚合鋁-甲殼素(PAPCh) |
| 聚合氯化鋁(PAC、PACL)，聚合硫酸鋁(PAS)，聚合氯化鐵(PFC)，聚合硫酸鐵(PFS)，聚合磷酸鋁(PAP)，聚合磷酸鐵(PEP) |
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| 聚合氯化鋁鐵(PAFC)，聚合硫酸鋁鐵(PAFS)，聚合硅酸鋁(PASiC，PASiS)，聚合硅酸鐵(PFSiC，PFSiS)，聚合硅酸鋁鐵(PAFSi)，聚合磷酸鋁鐵(PAFP)，聚合磷酸氯化鋁(PAPCL)，聚合氯化硫酸鋁(PASCL)，聚合氯化硫酸鋁鐵(PAFSCL)，聚合復合型鋁酸鈣，聚合硅酸硫酸鋁(PSiAS) |
| 聚合鋁-聚丙烯酰胺(PACM)，聚合鐵-聚丙烯酰胺(PFCM)，聚合鋁-陽離子有機高分子(PCAT)，聚合鐵-陽離子有機高分子(PCFT)，聚合鋁-甲殼素(PAPCh) |
Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Si(Ⅳ)的羥基和氧基聚合物都會進一步結合為聚集體，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果。若比較它們的反應聚合速度，由Al→Fe→Si是趨于強烈的，同時由羥基橋聯(lián)轉為氧基橋聯(lián)的趨勢也按此順序。因此，鋁聚合物的反應較緩和，形態(tài)較穩(wěn)定，鐵的水解聚合物則反應迅速，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，而比有機高分子絮凝劑（OPF）價格低廉?，F(xiàn)在它成功地應用在給水、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)、聚合度及相應的凝聚—絮凝效果方面，無機高分子絮凝劑仍處于傳統(tǒng)金屬鹽絮凝劑與有機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絮凝劑差很多，而且還存在對進一步水解反應的不穩(wěn)定性問題。IPF的這些弱點促進了各種復合型無機高分子絮凝劑的研究和開發(fā)。聚合氯化鋁(PAC)，又稱堿式氯化鋁，化學式為ALn(OH)mCL3n-m。PAC是一種多價電解質，能顯著地降低水中粘土類雜質(多帶負電荷)的膠體電荷。由于相對分子質量大，吸附能力強，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，對設備、管道等腐蝕性也小。因此，PAC在水處理領域有逐步替代硫酸鋁的趨勢，其缺點是價格較高。
另外，從溶液化學的角度看，PAC是鋁鹽水解—聚合—沉淀反應過程的動力學中間產(chǎn)物，熱力學上是不穩(wěn)定的，一般液體PAC產(chǎn)品均應在半年內使用。添加某些無機鹽（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構和形態(tài)分布，進而提高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，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。由于聚合氯化鋁可以看作是AlCl3逐步水解轉化為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量與鋁的當量之比。
實踐表明，堿化度是聚合氯化鋁的最重要指標之一，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系。常用聚合氯化鋁的堿化度多為50%～80%。復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高分子形態(tài)，才能達到優(yōu)異的絮凝效果。復合劑中每種組分在總體結構和凝聚—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，也可能有負效應。
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，因而需要加入粒度較大的硅聚合物來增強絮凝性能。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，目前的復合絮凝劑即使制造質量優(yōu)良，與聚合鋁相比，其效果只能提高10～30%。作為使用IPF的廢水處理技術人員，必須了解不同種類復合絮凝劑的特性、適應性、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)廢水水質特點，仔細分析和判斷，才能獲得最佳的處理效果。人工合成有機高分子絮凝劑多為聚丙烯、聚乙烯物質，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，每個大分子由許多包含帶電基團的重復單元組成，因而也稱為聚電解質。包含帶正電基團的為陽離子型聚電解質，包含帶負電基團的為陰離子型聚電解質，既包含帶正電基團又包含帶負電基團，稱之為非離子型聚電解質。
目前使用較多的高分子絮凝劑是陰離子型，它們對水中負電膠體雜質只能發(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，絮凝體粒大強韌的特點。我國目前生產(chǎn)的人工合成有機高分子絮凝劑中80%是這種產(chǎn)品。聚丙烯酰胺PAM是一種目前應用最廣泛的人工合成有機高分子絮凝劑，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，由于無規(guī)線團具有一定的粒徑尺寸，其表面又有一些酰胺基團，因此能夠起到相應的架橋和吸附能力，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，使其架橋范圍較小，兩個酰胺基締結后，相當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結構的內部，不能與水中的雜質顆粒相接觸和吸附，所以其擁有的吸附能力不能充分發(fā)揮。為了使締結在一起的酰胺基再次分開、內藏的酰胺基也能暴露在外表，人們設法將無規(guī)線團適當延伸展開，甚至設法在長分子鏈上增加一些帶有陽離子或陰離子的基團，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的基礎上又衍生出一系列性質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構上的COO-基使分子鏈帶有負電荷，彼此相斥將原來締結在一起的酰胺基拉開，促使分子鏈由線團狀逐漸伸展成長鏈狀，從而使架橋范圍擴大、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，“水解度”過小會導致混凝或助凝效果較差，“水解度”過大會增加制作成本。陰離子型聚丙烯酰胺“水解度”是水解時PAM分子中酰胺基轉化成羧基的百分比，但由于羧基數(shù)測定很困難，實際應用中常用“水解比”即水解時氫氧化鈉用量與PAM用量的重量比來衡量。
水解比過大，加堿費用較高，水解比過小，又會使反應不足、陰離子型聚丙烯酰胺的混凝或助凝效果較差。一般將水解比控制在20%左右，水解時間控制在2～4h。水的pH值對無機絮凝劑的使用效果影響很大，pH值的大小關系到選用絮凝劑的種類、投加量和混凝沉淀效果。水中的H+和OH-參與絮凝劑的水解反應，因此，pH值強烈影響絮凝劑的水解速度、水解產(chǎn)物的存在形態(tài)和性能。以通過生成Al(OH)3帶電膠體實現(xiàn)混凝作用的鋁鹽為例，當pH值﹤4時，Al3+不能大量水解成Al(OH)3，主要以Al3+離子的形式存在，混凝效果極差。pH值在6.5～7.5之間時，Al3+水解聚合成聚合度很大的Al(OH)3中性膠體，混凝效果較好。pH值﹥8后，Al3+水解成AlO2-，混凝效果又變得很差。
水的堿度對pH值有緩沖作用，當堿度不夠時，應添加石灰等藥劑予以補充。當水的pH值偏高時，則需要加酸調整pH值到中性。相比之下，高分子絮凝劑受pH值的影響較小。水溫影響絮凝劑的水解速度和礬花形成的速度及結構?；炷乃舛嗍俏鼰岱磻?，水溫較低時，水解速度慢且不完全。低溫情況下，水的粘度大，布朗運動減弱，絮凝劑膠體顆粒與水中雜質顆粒的碰撞次數(shù)減少，同時水的剪切力增大，阻礙混凝絮體的相互粘合；因此，盡管增加了絮凝劑的投加量，絮體的形成還是很緩慢，而且結構松散、顆粒細小，難以去除。低溫對高分子絮凝劑的影響較小。但要注意的是，使用有機高分子絮凝劑時，水溫不能過高，高溫容易使有機高分子絮凝劑老化甚至分解生成不溶性物質，從而降低混凝效果。
水中雜質顆粒大小參差不齊對混凝有利，細小而均勻會導致混凝效果很差。雜質顆粒濃度過低往往對混凝不利，此時回流沉淀物或投加助凝劑可提高混凝效果。水中雜質顆粒含有大量有機物時，混凝效果會變差，需要增加投藥量或投加氧化劑等起助凝作用的藥劑。水中的鈣鎂離子、硫化物、磷化物一般對混凝有利，而某些陰離子、表面活性物質對混凝有不利影響。
絮凝劑的選擇主要取決于水中膠體和懸浮物的性質及濃度。如果水中污染物主要呈膠體狀態(tài)，則應首選無機絮凝劑使其脫穩(wěn)凝聚，如果絮體細小，則需要投加高分子絮凝劑或配合使用活化硅膠等助凝劑。很多情況下，將無機絮凝劑與高分子絮凝劑聯(lián)合使用，可明顯提高混凝效果，擴大應用范圍。對于高分子而言，鏈狀分子上所帶電荷量越大，電荷密度越高，鏈越能充分伸展，吸附架橋的作用范圍也就越大，混凝效果會越好。
使用混凝法處理任何廢水，都存在最佳絮凝劑和最佳投藥量，通常都要通過試驗確定，投加量過大可能造成膠體的再穩(wěn)定。一般普通鐵鹽、鋁鹽的投加范圍是10～100mg/L，聚合鹽為普通鹽投加量的1/2～1/3，有機高分子絮凝劑的投加范圍是1～5mg/L。
當使用多種絮凝劑時，需要通過試驗確定最佳投加順序。一般來說，當無機絮凝劑與有機絮凝劑并用時，應先投加無機絮凝劑，再投加有機絮凝劑。而處理雜質顆粒尺寸在50μm以上時，常先投加有機絮凝劑吸附架橋，再投加無機絮凝劑壓縮雙電層使膠體脫穩(wěn)。
在混合階段，要求絮凝劑與水迅速均勻地混合，而到了反應階段，既要創(chuàng)造足夠的碰撞機會和良好的吸附條件讓絮體有足夠的成長機會，又要防止已生成的小絮體被打碎，因此攪拌強度要逐步減小，反應時間要足夠長。天然有機高分子絮凝劑在水處理中應用具有悠久的歷史，直到今天，天然高分子化合物仍是一類重要的絮凝劑，只是使用量遠低于人工合成高分子絮凝劑，原因是天然高分子絮凝劑電荷密度較小，分子量較低，且易發(fā)生生物降解而失去絮凝活性。
與人工合成的絮凝劑相比，天然有機高分子絮凝劑的毒性小，提取工藝簡單，無論是化學成分還是生產(chǎn)工藝，都能很好地與自然和諧一致，因此研究、利用這些自然資源用作水處理藥劑成為當前的熱點，這與全球重視合理利用資源，保護和改善環(huán)境的形勢密不可分。目前天然高分子絮凝劑的種類很多，按照其主要天然成分(包括改性所用的基質成分)，可以分為：殼聚糖類絮凝劑、改性淀粉絮凝劑、改性纖維素絮凝劑、木質素類絮凝劑、樹膠類絮凝劑、褐藻膠絮凝劑、動物膠和明膠絮凝劑等。這些天然高分子多數(shù)具有多糖結構，其中淀粉主鏈中僅含有一種單糖結構，屬于同多糖；殼聚糖、樹膠、褐藻膠等含有多種單糖結構，屬于雜多糖；木質素是一種特殊的芳香型天然高聚物；動物膠和明膠屬于蛋白質類物質。有機高分子絮凝劑屬于線團結構的長鏈大分子，在水中必然經(jīng)歷一個溶漲過程，固體產(chǎn)品或高濃度液體產(chǎn)品在使用之前必須配制成水溶液再投加到待處理水中。配制水溶液的溶藥池必須安裝機械攪拌設備，溶藥連續(xù)攪拌時間要控制在30min以上。水溶液的濃度一般為0.1%左右，再高，溶液的粘度增大，投加困難，再低，需要的溶液池體積又會過大。溶藥使用的水中應盡量避免含有大量的懸浮物，以避免有機高分子絮凝劑與這些懸浮物進行絮凝反應形成礬花，影響投加后的使用效果。
對固體有機高分子絮凝劑進行溶解時，固體顆粒的投加點一定要在水流紊動最強烈的地方，同時一定要以最小投加量向溶藥池中緩慢投入，使固體顆粒分散進入水中，以防固體投加量太快在水中分散不及而相互粘結形成團塊，團塊的結構是內部有固體顆粒、外部包圍部分水解物，這樣的團塊一旦形成，往往要花費很長時間才能再均勻地溶入水中，在連續(xù)溶藥池中甚至可以存在長達數(shù)天。固體顆粒的投加點一定要遠離機械攪拌器的攪拌軸，因為攪拌軸通常是溶藥池中水流紊動性最差的地方，溶解不充分的有機高分子絮凝劑經(jīng)常會附著在軸上，日益積累，有時可以形成相當大的粘團，如果不及時認真地予以清理，粘團會越變越大，影響范圍也就越來越大。作為助凝劑時，一般要先在處理水中投加無機絮凝劑進行壓縮雙電層脫穩(wěn)后，再投加有機高分子絮凝劑實現(xiàn)架橋作用。在無機絮凝劑投加充足的條件下，有機高分子絮凝劑的助凝效果不會因投加量的差異而有較大差別。因此，作為助凝劑時，有機高分子絮凝劑的投加量一般為0.1mg/L。固體有機高分子絮凝劑容易吸水潮解成塊，必須使用防水包裝，保存地點也必須干燥，避免露天存放。微生物絮凝劑與傳統(tǒng)無機或有機絮凝劑有顯著不同，它們或是直接利用微生物細胞，或是利用微生物細胞壁提取物、代謝產(chǎn)物等。前者是微生物絮凝劑研究的主要方面，至今發(fā)現(xiàn)的具有絮凝性能微生物有17種以上，包括霉菌、細菌、放線菌和酵母，后者與有機絮凝劑為同類物質。微生物絮凝劑具有傳統(tǒng)無機或有機絮凝劑所不能比擬的許多優(yōu)點，如不產(chǎn)生二次污染、生產(chǎn)成本低等。
微生物絮凝劑的絮凝性能受諸多因素影響，內在因素包括絮凝基因的遺傳和表達，外在因素則有微生物培養(yǎng)基的組成、細胞表面疏水性的變化、環(huán)境中二價金屬離子的存在等。目前，國外已有性能良好的微生物絮凝劑商品，如日本生產(chǎn)的NOC--1。微生物絮凝劑從研究到生產(chǎn)的關鍵問題是發(fā)展成熟的微生物育種技術，同時努力降低生產(chǎn)成本。我國的微生物絮凝劑研制正朝著這一方向邁進，但是離工業(yè)化生產(chǎn)還有一定距離。絮凝劑的選擇和用量應根據(jù)相似條件下的水廠運行經(jīng)驗或原水混凝沉淀試驗結果，結合當?shù)厮巹┕闆r，通過技術經(jīng)濟比較后確定。選用的原則是價格便宜、易得，凈水效果好，使用方便，生成的絮凝體密實、沉淀快、容易與水分離等。
混凝的目的在于生成較大的絮凝體，由于影響因素較多，一般通過混凝燒杯攪拌試驗來取得相應數(shù)據(jù)?；炷囼炘跓羞M行，包括快速攪拌、慢速攪拌和靜止沉降三個步驟。投入的絮凝劑經(jīng)過快速攪拌迅速分散并與水樣中的膠粒相接觸，膠粒開始凝聚并產(chǎn)生微絮體；通過慢速攪拌，微絮體進一步互相接觸長成較大的顆粒；停止攪拌后，形成的膠粒聚集體依靠重力自然沉降至燒杯底部。通過對混凝效果的綜合評價，如絮凝體沉降性、上清液濁度、色度、pH值、耗氧量等，確定合適的絮凝劑品種及其最佳用量。試驗用六聯(lián)攪拌機，它有六個可垂直移動的轉軸，其底部位置處帶有攪拌葉片，葉片尺寸6cm×2cm。轉軸的旋轉速度和旋轉時間可以預先設定，能自動工作。一般試驗按快速攪動2min，n=300r/min；慢速攪動3min，n=60r/min。試驗時在6個1000mL大燒杯中加入1L原水后，分別放在六個轉軸的正下方，將轉軸下移到底；再在連接在一水平轉軸上的6個小玻璃燒杯內，依次加入不同數(shù)量的藥液，轉動水平軸，則小管內的藥液同時倒入相應的原水中。然后啟動攪拌器使其自動工作。攪動自動停止后，將葉片從燒杯中緩慢拉起，靜置20min，用移液管自水面下約10cm處，吸取水樣25ml，用濁度計測量上清液的濁度。以投藥量為橫坐標，上清液的剩余濁度為縱坐標，繪制成曲線將不同絮凝劑的效果進行對比，根據(jù)除濁效果和綜合技術經(jīng)濟多方面因素，選擇確定處理這種廢水的絮凝劑。燒杯攪拌試驗方法可分單因素試驗和多因素試驗兩種。試驗時要做到所用原水與實際水質完全相同，同時在根據(jù)水的pH值、雜質性質等因素考慮確定絮凝劑的種類、投加量、投加順序，而且試驗應該是實際過程的模擬，兩者的水力條件（主要是GT值）必須相同或接近。在廢水的混凝處理中，有時使用單一的絮凝劑不能取得良好的混凝效果，往往需要投加某些輔助藥劑以提高混凝效果，這種輔助藥劑稱為助凝劑。常用助凝劑有氯、石灰、活化硅酸、骨膠和海藻酸鈉、活性炭和各種粘土等。
有的助凝劑本身不起混凝作用，而是通過調節(jié)和改善混凝條件、起到輔助絮凝劑產(chǎn)生混凝效果的作用。有的助凝劑則參與絮體的生成，改善絮凝體的結構，可以使無機絮凝劑產(chǎn)生的細小松散的絮凝體變成粗大而緊密的礬花。助凝劑種類較多，但按它們在混凝過程中所起作用來說大致可分為如下兩類：
混凝過程應該在一定的pH值范圍內進行，如果原水pH值不能滿足此要求，則應調整原水的pH值，這類助凝劑包括酸和堿。原水pH值較低、堿度不足而使絮凝劑水解困難時，可以投加CaO、Ca(OH)2、Na2CO3、NaHCO3等堿性物質(常用的為石灰)；而PH值較高時，則常用硫酸或CO2來降低原水的pH值。對溶解性有機物含量較大的廢水，可用Cl2等氧化劑來破壞有機物，提高對溶解性有機物的去除效果。另外亞鐵鹽作絮凝劑時，可用氯氣將亞鐵(Fe2+)氧化成高價鐵(Fe3+)，以提高混凝效果。以上堿劑、硫酸和CO2、氯氣等本身并不起凝聚作用，只起輔助混凝的作用。混凝的結果要求生成粒度大、密度大和結實的礬花，既有利于沉淀，又不易破碎。為獲得此種結果，結合水質的特點，有時必須在水中加入某種物質或藥劑。如含有不宜沉降的質地較輕雜質的低濁廢水中，加入二氧化硅、活性炭、粘土一類較粗顆?；蚧亓鞑糠殖恋砦勰嗫善鸬郊又?、加大礬花的作用；當采用鋁鹽、鐵鹽作絮凝劑只能產(chǎn)生細小而松散的絮凝體時，可投加聚丙烯酰胺、活化硅酸及骨膠等高分子助凝劑，利用它們的強烈吸附架橋作用，使細小而松散的絮凝體變得粗大而密實。23．絮凝劑、助凝劑在強化廢水處理中的應用有哪些？廢水處理中投加絮凝劑可加速廢水中固體顆粒物的聚集和沉降，同時也能去除部分溶解性有機物。這種方法具有投資少，操作簡單，靈活等優(yōu)點，特別適合于處理水量小，懸浮雜質含量較大的廢水。采用無機絮凝劑時，因為投藥量大，產(chǎn)生的污泥量也大，所以實際應用中主要采用人工合成有機高分子絮凝劑OPF，或采用無機絮凝劑與OPF相結合的方式。據(jù)有關報道，在初級沉淀池，常使用陰離子型已水解的聚丙烯酰胺去除廢水中的懸浮雜質，而使用非離子型聚丙烯酰胺(PAM)時的效果不好。經(jīng)驗表明，在初級沉淀池中投加1mg/L水解聚丙烯酰胺，可去除進場廢水中50%以上的懸浮粒子及40%以上的BOD5。
在廢水的初級沉淀處理中，將有機高分子聚電解質與無機絮凝劑的混合使用，要比它們各自單獨使用效果更好。由于進場廢水中懸浮粒子的濃度、粒徑分布及種類等隨時會發(fā)生變化，就使得絮凝劑的最佳劑量有時難以控制。這時若過量投加無機絮凝劑，用卷掃機理來沉淀去除懸浮雜質，方法雖然可行，但其缺點也是很突出的，一是作用時間比較長(15～30min)，再是形成的絮體易破碎。如果在投加無機絮凝劑的同時，再加入一定量的有機高分子聚電解質，可使絮凝時間減少到2～5min，而且形成的絮體也比較結實。在用沉淀法去除水中帶色有機膠體雜質時，可使用雙電解質系統(tǒng)。先用帶有高正電荷的陽離子型聚電解質使這些有機膠體脫穩(wěn)，然后再用大分子量非離子型或陰離子型聚電解質使已脫穩(wěn)的有機膠體絮凝成易沉淀的絮體。二次沉淀池中常使用陽離子型聚電解質作絮凝劑，如聚二甲基已二烯氯化銨或聚氨甲基二甲基已二烯氯化銨等，但其投加量要比在初次沉淀池中少一些。原因是初次沉淀池中所添加的陰離子型聚電解質有一部分在進入二次沉淀池后繼續(xù)發(fā)揮作用，而且二次沉淀池中所添加的聚電解質在污泥回流中能反復得到利用。另外，混凝處理還可以去除廢水中的磷酸鹽和重金屬離子。長期以來，人們一直采用投加金屬鹽類無機絮凝劑的方法來去除廢水中的部分磷酸鹽。但實驗證明，在保證磷酸根的去除率沒有降低的前提下，用陽離子聚合物代替無機絮凝劑可以取得同樣的除磷效果，這說明聚合物參與了對陰離子磷酸根的吸附。例如某廢水處理場在混凝處理工藝中，用12mg/L硫酸鐵和3mg/L高電荷密度的陽離子聚合物，以及0.2mg/L高分子量的陰離子聚合物復合，代替原來23mg/L的硫酸鐵，在磷的去除率不變的情況下，使出水BOD5去除率從30%上升到了55%。同時，采用混凝處理后，可以使活性污泥階段產(chǎn)生的污泥中無機物成分減少，提高活性污泥的生物降解功能。廢水處理中使用的過濾、浮選等處理工藝中，通過使用無機絮凝劑和聚電解質助凝劑，可以提高出水水質。結合廢水水質特點，絮凝劑可以單獨使用，也可以多種絮凝劑復合使用或一主一輔復配使用（輔者作為助凝劑）。絮凝劑的選擇可以通過燒杯靜態(tài)試驗初步篩選，再在生產(chǎn)裝置上驗證確定。調理劑又稱脫水劑，可分為無機調理劑和有機調理劑兩大類。無機調理劑一般適用于污泥的真空過濾和板框過濾，而有機調理劑則適用于污泥的離心脫水和帶式壓濾脫水。
最有效、最便宜也是最常用的無機調理劑主要有鐵鹽和鋁鹽兩大類。鐵鹽調理劑主要包括氯化鐵（FeCl3∙6H2O）、硫酸鐵（Fe2(SO4)3∙4H2O）、硫酸亞鐵（FeSO4∙7H2O）以及聚合硫酸鐵（PFS）（[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m）等，鋁鹽調理劑主要有硫酸鋁（Al2(SO4)3∙18H2O）、三氯化鋁（AlCl3）、堿式氯化鋁（Al(OH)2Cl）、聚合氯化鋁（PAC）（[Al2(OH)n∙Cl6-n]m）等。投加無機調理劑后，可以大大加速污泥的濃縮過程，改善過濾脫水效果。而且鐵鹽和石灰聯(lián)用可以進一步提高調理效果。投加無機調理劑的缺點一是用量較大，一般來說，投加量要達到污泥干固體重量的5%～20%，從而導致濾餅體積增大；二是無機調理劑本身具有腐蝕性（尤其是鐵鹽），投加系統(tǒng)要具有防腐性能。應當注意的是，采用氯化鐵作為調理劑時，會增加對脫水污泥處理設備金屬構件的腐蝕性，因此所配備的脫水污泥處理設備的防腐等級應適當提高。有機合成高分子調理劑種類很多，按聚合度可分為低聚合度（分子量約為1千～幾萬）和高聚合度（分子量約為幾十萬～幾百萬）兩種；按離子型分為陽離子型、陰離子型、非離子型、陰陽離子型等。與無機調理劑相比，有機調理劑投加量較少，一般為污泥干固體重量的0.1%～0.5%，而且沒有腐蝕性。用于污泥調理的有機調理劑主要是高聚合度的聚丙烯酰胺系列的絮凝劑產(chǎn)品，主要有陽離子型聚丙烯酰胺、陰離子型聚丙烯酰胺和非離子型聚丙烯酰胺三類。其中陽離子型聚丙烯酰胺能中和污泥顆粒表面的負電荷并在顆粒間產(chǎn)生架橋作用而顯示出較強的凝聚力，調理效果顯著，但費用較高。為降低成本，可以使用較便宜的陰離子型聚丙烯酰胺-石灰聯(lián)用法，利用帶有正電荷的Ca(OH)2絮體物將帶負電的絮凝劑和污泥顆粒吸附在一起，形成一種復合的凝聚體系。
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