混凝沉淀技术全解析

投加化学药剂（混凝剂）使得胶体分散体系脱稳和凝聚的过程称为化学混凝。在混凝过程中，含有微小悬浮微粒和胶体杂质被聚集成较大的固体颗粒，使颗粒性的杂质与水分离的过程，称为混凝澄清处理。

1.混凝澄清处理的机理

（1）胶体的稳定性和ξ电位

胶体在水溶液中能持久地保持其悬浮的分散状态的特性叫做稳定性。水中的胶体物质的自然沉降速度十分缓慢，不易沉降的原因是由于同类胶体带有相同的电荷（天然水和废水中胶体带负电），彼此之间存在着电性斥力，使之不能聚合，保持其原有颗粒的分散状态。

胶体颗粒保持其稳定性的另一个原因是，表面有一层水分子紧紧地包围着，称为水化层，它阻碍了胶体颗粒间的接触，使得胶体颗粒在热运动时不能彼此碰撞而粘合，从而使其颗粒保持悬浮状态。

使胶体失去稳定性的过程就称为脱稳。胶体所带的电荷影响胶体的凝聚。当胶体颗粒和流体之间呈相对运动时，剪切面（滑动面）上的电位，称之为ζ电位，见图1-1。

若ζ电位愈大，则胶体就愈稳定；若ζ电位等于零，胶体不带电荷，这时胶体极不稳定，易于彼此聚合成大块而沉降。

图1-1双电层模型及ζ电位

水中的胶体物质的自然沉降速度十分缓慢，不易沉降的原因是由于同类胶体带有相同的电荷（天然水和废水中胶体带负电），彼此之间存在着电性斥力。另外，胶体表面总是有一层水分子包围着，它妨碍了胶体颗粒之间的接触粘合。溶液主体与双电层滑动界面的电位差称为ξ电位。

（2）胶体的脱稳、凝聚和絮凝

改变胶体颗粒的某些特性，使之失去稳定性称之为胶体的脱稳。在布朗运动的作用下，相互凝聚成细小絮凝物的反应过程称为凝聚。

细小絮凝物在范德华引力的作用下或在絮凝剂的吸附架桥作用下，相互粘合成较大絮状物的过程称为絮凝。

向水中投加混凝剂后，经过混合、凝聚、絮凝等综合作用，可使胶体颗粒和其它微小颗粒聚合成较大的絮状物。细小絮凝物在速度梯度？？的作用下或在絮凝剂的吸附架桥作用下，相互粘合成较大絮状物的过程称为絮凝。

凝聚和絮凝的全过程称为混凝。

a.胶体的脱稳凝聚

向水中投加电解质，可起到压缩双电层使胶体脱稳的作用。其主要机理是向水中加入铝盐或铁盐混凝剂后，水中胶体颗粒的双电层被压缩或电性中和而失去稳定性。

将混凝剂与原水快速均匀混合并产生一系列化学反应而脱稳，这一过程所需时间很短，一般在1min左右。一些阳离子型的高分子聚合物也能对水中胶体起到脱稳凝聚作用，这类高分子聚合物在水中呈长链结构，带有正电荷，它们对水中胶体的脱稳凝聚是由于范德华力吸附和静电引力共同作用的。

b.絮凝和絮凝物（矾花）的形成

水中胶体经脱稳凝聚形成的初始絮凝物的粒径一般在1µm以上，这时布朗运动已不能推动它们碰撞而形成更大的颗粒。为了使初始絮凝物互相碰撞而粘合成大颗粒的絮凝体，需要另外向水中输入能量，产生速度梯度。

有时需向水中加入有机高分子絮凝剂，利用絮凝剂长链分子的吸附架桥作用提高碰撞产生粘合的几率。絮凝效率通常随絮凝物浓度和絮凝时间的增加而提高。

2.常用的混凝药剂简介

为了提高混凝处理的效果，必须选用性能良好的药剂，创造适宜的化学和水力学条件。常用的混凝剂主要分为铝盐和铁盐两类，铝盐中以硫酸铝和聚合铝为主，铁盐中以三氯化铁和聚合硫酸铁居多。

铁盐与铝盐相比，铁盐生成的絮凝物密度大，沉降速度快， pH适应范围宽；混凝效果受温度的影响比铝盐小；但投加铁盐时要注意，设备运行不正常时，带出的铁离子会使出水带色，并可能污染后续水处理除盐设备，如阴离子交换树脂。（常用混凝剂名称及性质见表1-1）。

表1-1 常用混凝剂名称及性质

当由于原水水质等方面的问题，单独采用混凝剂不