混凝剂是指使水溶液中的溶质,胶体或者悬浮物颗粒产生絮状物沉淀的物质。其种类繁多,具有独特性质的新产品也不断涌现。按照理化性质,混凝剂可分为无机类和有机类混凝剂;按照分子大小及结构的复杂程度,可分为无机化学混凝剂和有机高分子混凝剂;按照来源又可分为人工合成混凝剂和天然混凝剂(通常为高分子有机物)等。具体分类及相应的种类如下表:
目前应用最广的无机型混凝剂是铝盐和铁盐。铝盐主要有硫酸铝、明矾等。硫酸铝常含有不同数量的结晶水,分子式为 Al2(SO4)3.nH2O,常用的是Al2(SO4)3·18H2O,外观为白色,有光泽结晶体。硫酸铝易溶于水,水溶液呈酸性,pH在2.5以下,室温下的溶解度约为50%(质量百分比,下同),沸水中溶解度提高至90%以上。硫酸铝使用方便,混凝效果好,不会给处理后的水质带来不良影响。当水温较低时硫酸铝水解困难,形成的絮体较松散。使用时可干式或湿式投加,湿式投加时一般采用10%~20%的浓度(按商品固体质量计算)。
铁盐主要有三氯化铁、硫酸亚铁和硫酸铁等。三氯化铁(FeCl3·6H2O)是一种常用的混凝剂。其为黑褐色结晶体,极易溶于水,其溶解度随温度上升而增加,形成的矾花沉淀性能好,处理低温水或低浊水效果比铝盐好。但其溶液的腐蚀性较强,易吸水潮解,不易保存。硫酸亚铁(FeSO4·7H2O) 是半透明的绿色晶体,易溶于水,离解出的Fe2+不如Fe3+那样有良好的混凝效果,使用时应将Fe2+氧化成 Fe3+。残留于水中的Fe2+会使处理后的水带色,当水中色度较高时,Fe2+与水中有色物质反应,可生成颜色更深的不易沉淀的物质(但可用三价铁盐除色)。
高分子混凝剂有无机盐聚合物和有机高分子两种。无机盐聚合高分子混凝剂中最常用的有聚合氯化铝和聚合硫酸铁。聚合氯化铝(PAC) 又名碱式氯化铝(BAC),其混凝效果为传统低分子铝盐的2~3倍,具有投加量少,对水体pH影响小,矾花形成速度快,适宜的投加范围广(如低温条件)等一系列优点,对水浊度和色度有很好的去除率,对COD、BOD、富营养物质、重金属离子和放射污染物等也有作用,但效果不是很理想。聚合硫酸铁(PFS)又称碱式硫酸铁(BFS),其优点为水解速度快,对印染厂、造纸厂等工业废水的脱色、除重金属的效果较好,适宜水体pH范围宽(4.0~11.0,最佳pH=8.2),矾花形成速度快、密集且质量大。但对于一定浓度的有机废水处理,PFS中的部分铁会形成金属有机物而溶于水中,造成水处理的二次污染,因此不宜用于饮用水处理。
有机高分子混凝剂分天然和人工合成两种,其中以人工合成高分子混凝剂应用最为广泛。人工合成有机高分子混凝剂可分为阴离子型(丙烯酸阴离子型聚丙烯酰胺等)、阳离子型、非离子型(聚丙烯酰胺和聚氧化乙烯)和两性型四种类型,其中非离子型的聚丙烯酰胺应用最广。有机高分子混凝剂虽然混凝效果优异,但制造过程复杂,价格较贵,而且有些有机高分子混凝剂的单体有毒,如聚丙烯酰胺的单体(丙烯酰胺),因此,限制了该类混凝剂的实际应用。
不同的混凝剂有不同的适用范围。阴离子型高分子混凝剂用于去除重金属盐类及其水合氧化物,pH适用范围为中性至碱性;阳离子型可用来去除废水中的有机物,pH适用范围为中性至强酸性;非离子型可去除废水中的无机质颗粒或无机-有机质混合体系,pH适用范围较宽,不受pH和金属离子的影响。
助凝剂:当单用混凝剂不能取得良好效果时,可投加某些辅助药剂以提高混凝效果,这种辅助药剂称为助凝剂。助凝剂可以调节或者改善混凝的条件,例如当原水的碱度不足时可投加石灰或重碳酸钠等;当采用硫酸亚铁做混凝剂时,可加氯气将 Fe2+氧化成Fe3+等。
助凝剂也可用以改善絮凝体的结构,利用高分子助凝剂的强烈吸附架桥作用,使细小松散的絮凝体变得粗大而紧密,常用的有聚丙烯酰胺、活化硅酸、骨胶、海藻酸钠、红花树等。上表列出了几种助凝剂及其功能。
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