浅述水处理的混凝法

PaulMoller

摘要：混凝法，是一种最常用的水处理物化方法。这种方法用于处理含油废水、染色废水、洗毛废水等，该法可以独立使用，也可以和其他方法配合使用，一般作为预处理、中间处理和深度处理等。以下将对这一方法进行简单的介绍。
关键词：水处理；混凝法；强化混凝
0 引言
混凝法在工业废水和生活废水处理中，是一种很重要的物化处理方法。这种水处理方法应用广泛，各种污染指标去除率高。为了取得更好的去除效果，可以调节温度、PH值、水力条件、絮凝剂投加量和性质等，因此产生了强化混凝的方法。
1 混凝法的概念和原理
混凝是水处理工艺过程中的一个基本单元，传统意义上，在混凝阶段主要去除的污染物是颗粒物，主要的评价指标是浊度。混凝是混凝剂、水体颗粒物和其他污染物及水体基质在一定的水力条件下快速反应的过程，其中包括混凝剂水解、聚合，与污染物电中和、粘结架桥形成絮体，污染物的包裹、吸附、沉降等过程，对几乎所有的污染物都有一定的去除作用。正因为如此，混凝成为传统工艺和现代工艺中几乎是不可替代的一个环节，在全面降低水体污染物水平、控制水污染、实现水质净化、再生等方面发挥着重要的作用。在全面降低水体污染物水平、控制水污染、实现水质净化、再生等方面发挥着重要的作用。
2 凝聚的作用
向水中投加药剂，使胶体失去稳定性而形成微小颗粒，而后这些均匀分散的微小颗粒再进一步形成较大的颗粒，从液体中沉淀下来，这个过程称为凝聚。凝聚有以下几方面的作用：
1） 压缩双电层与电荷的中和作用。加入电解质，使固体微粒表面形成的双电层有效厚度减小，从而范德华力占优势而达到彼此吸引形成凝聚；或者加入电不同电荷的固体微粒，使不同电荷的粒子由于静电吸引而彼此吸引，最后达到凝聚。
2） 高分子絮凝剂的吸附架桥作用。高分子絮凝剂的碳碳单键一般情况下是可以旋转的，再加上聚合度较大，即主链较长，在水介质中主链是弯曲的。在主链的各个部位吸附了很多固体颗粒，就象是为固体颗粒架了许多桥梁，让这些固体颗粒相对地聚集起来形成大的颗粒。
3） 絮体的网捕作用。有些混凝剂（如铝盐或铁盐）有水中形成高聚合度的多羟基化合物的絮体，在沉淀过程中可以吸附卷带水中胶体颗粒共同沉淀，此过程称为絮凝剂的网捕作用。
3 强化混凝与优化混凝
强化混凝是指在混凝处理中投加过量的混凝剂、新型混凝剂或助凝剂、或者是其他的药剂，通过加强混凝与絮凝作用，使常规处理工艺尽可能多地去除水中的有机物和消毒副产物的前体（主要指腐殖酸、富里酸等有机物）。混凝强化主要通过对混凝剂的筛选优化、混凝剂剂量与混凝反应过程以及反应pH条件的控制来现。
近年来，随着饮用水污染的加剧，有机污染物的去除己成为当前国内外饮用水处理中突出的问题。天然水体中有机物（（NOM）广泛存在，不仅造成色、嗅、味、管网生物繁殖、促进或复杂化水体中污染物的迁移等问题；而且在水处理工艺中还将增大药剂的消耗。更重要的是这些有机物的毒性及在氯消毒过程中与氯形成三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）及氯代烃类等致癌物或致突变物。有效去除水体中的有机物是饮用水安全的基础。去除水中有机物的研究己成为近年混凝处理的重要研究课题。实现有机污染物的去除代表着一个新的水处理时代的到来。对有机物污染的关注标志着人类对水质的判断己经从单纯的感观指标（色、形、味、嗅等）和急性、水源传染病防治的阶段上升到对水的本质属性的恢复、水功能的高层次恢复、长期潜在性危害的预防和控制的层面上来。
强化混凝侧重于在现有水处理工艺设施上的改进与提高，可以并需要通过对混凝剂的筛选优化、混凝剂剂量与混凝反应过程以及反应pH条件的控制强化来实现。
而有机物去除不仅仅利用强化混凝作为手段，己经有化学氧化、生物处理、过滤、吸附等众多方法。各种方法各有所长，目前集中在如何有效地、合理地配合使用这些手段，则属于优化混凝的范畴。优化混凝是一个总体综合、系统化的过程。然而从水处理的实际过程来看，两者并不能截然区分。往往是“强化中的优化，优化中的强化”。
4 强化混凝的影响因素
混凝去除有机物的机理主要有两种：1）在低pH值时，带负电性的有机物通过电中和作用同正电性的金属盐混凝剂水解产物形成不溶性化合物而沉降；2）在高pH值时，投加高剂量混凝剂，混凝剂水解产物对NOM吸附、网捕去除。强化混凝过程影响有机物去除的因素有混凝剂剂量、pH值、混凝剂种类、温度、水力条件、水体有机物分布情况、颗粒物性质和分布情况等。
5 研究发展方向
5.1 混凝剂及其形态组成的重要性
随着混凝剂作用机理的深入研究，尤其是混凝剂投加后的形态转化规律得到逐步明确，对于既定水系和水质条件（包括如预氧化、预加酸碱等前处理过程所引起的水质变化） ，如何明确不同形态、粒度大小、荷电特性所相对应的混凝作用机制，进行混凝剂的优化与选择显得十分重要. 根据水体颗粒物、有机污染物等不同的水质目标，优化筛选高效混凝剂，确立最佳工艺去除目标。
5.2 反应器与反应条件的重要性
基于混凝过程中水质参数的变化，絮体结构的形成与物化特性而相继开发了多种形式的自动监控与投药控制技术如传统的混凝烧杯试验以明确水质- 药剂计量关系，基于颗粒物荷电特性的流动电流检测器、胶体滴定法与Zeta电位测定，基于絮体形成和结构特性的单因子投药控制和CCD技术的应用以及多类颗粒计数仪等。 对于这些技术的选择使用和优化可以进一步强化水处理过程的控制，达到工艺操作的最优化。
5.3 原水水体颗粒物与有机物的影响作用对于我国不同水体中水体颗粒物、有机物的分布与转化规律需要开展深入系统的研究，重点对深圳、广州、北京、天津、上海的水源及水处理过程进行对比研究，建立完整系统的数据库，揭示水源水质的特征与相应的变化规律。 进一步针对模拟体系，如腐殖酸，富里酸，溶解性有机物，蛋白质，多糖类，以及降解有机物如草酸，典型工农业污染物等的强化或优化混凝过程加以研究。明确有机物的去除与转化特征，探索其强化去除工艺条件，探求不同有机物的消毒副产物的形成特征与控制条件。建立相应的有机物的强化去除模式。传统的工艺着重于粘土颗粒物、天然腐殖酸等浊度、色度特征，而随着环境污染的日益严重和技术研究的深入，对于水质的影响逐渐得到重视。不断变化的水质，以及水体中存在的和人工合成的纳米污染物成为水处理研究中的重要对象。在建立水源水质数据库基础上，根据水质变化的主体特征如有机物（ TOC） ，低温低浊、高温高藻，微污染特征，碱度高低，溶解性物质等不同的水质条件与变化特征来决定后续工艺的选择。同时表现在不同处理目标的确立与工艺协同优化选择。
5.4 优化混凝集成技术
对于一既定的水质体系，在水质特征与变化规律研究基础上，如何进行混凝过程的优化以及各单元技术之间系统性的优化集成，形成优化混凝集成技术系统，成为现代混凝技术研究中的前沿热点问题。
参考文献
[1]上海环境保护局.废水物化处理.同济大学出版社.2000
[2]康健，洪军.强化混凝技术现状及展望. 《中国新技术新产品》.2009年05期
[3]陆柱等.水处理药剂.化学工业出版社.2003
[4]郑怀礼.生物絮凝剂与絮凝技术.化学工业出版社.2004
[5]范瑾初.混凝技术（第一版）.中国环境科学出版社.1992
[6]汤鸿霄.对21世纪水资源问题的思考.科学世界.1999