絮凝是水处理中的基础工艺，对于去除导致浊度和色度的悬浮固体、胶体及其他颗粒物至关重要。它涉及将较小颗粒可控地聚集为更大、更易沉降或过滤的絮体。该过程通常分为两个不同的连续阶段：混凝和絮凝。
两个关键阶段：混凝与絮凝
虽然常被一起讨论，但混凝和絮凝服务于不同的目的，并依赖不同的物理和化学机制来实现有效的颗粒去除。
混凝
混凝是使水中胶体和细分散悬浮颗粒快速脱稳的过程。这些颗粒通常带有负表面电荷，导致它们相互排斥并保持分散状态。混凝剂中和这些电荷，使颗粒能够聚集在一起。
混凝的关键方面：
- 目的： 使带负电的颗粒脱稳，使其能够克服静电排斥力。
- 机理：
- 电荷中和： 来自混凝剂的阳离子（例如 Al³⁺、Fe³⁺）吸附到颗粒表面，降低 Zeta 电位，使颗粒能够相互靠近。
- 网捕卷扫： 在较高的混凝剂投加量下，金属氢氧化物沉淀，将颗粒裹挟在形成的絮体基质中。
- 药剂（混凝剂）：
- 无机金属盐： 硫酸铝（明矾）、氯化铁、聚合氯化铝（PAC）、硫酸铁。
- 有机聚合物： 阳离子聚合物，有时用作主混凝剂或助凝剂。
- 运行参数：
- 快速混合： 对于混凝剂在水中立即、均匀分散至关重要，以确保与颗粒有效接触。
- pH 值： 最佳 pH 值范围对于混凝剂水解以及有效的电荷中和/网捕卷扫絮体形成至关重要。例如，明矾通常在 5.5 至 7.5 的 pH 值范围内有效。
- 投加量： 通过烧杯试验确定，过量投加可能导致颗粒重新稳定或产生过多污泥。
絮凝
在成功进行混凝之后，絮凝是通过温和搅拌水来促进脱稳颗粒和微絮体之间碰撞的过程，促使它们成长为更大、更结实的絮体。
絮凝的关键方面：
- 目的： 增加脱稳颗粒的尺寸和密度，以增强其可沉降性或可过滤性。
- 机理：
- 颗粒碰撞： 温和、持续的搅拌促进脱稳颗粒之间的接触。
- 架桥： 长链聚合物絮凝剂可以吸附到多个颗粒上，将它们桥接在一起形成更大的絮体。
- 药剂（絮凝剂）：
- 聚合物： 阴离子、非离子或阳离子合成有机聚合物，根据水质特性和所需絮体特性进行选择。
- 运行参数：
- 温和搅拌： 机械搅拌器或折板产生速度梯度，促进碰撞而不剪切脆弱的絮体。搅拌强度通常通过一系列隔室逐渐降低。
- 停留时间： 需要足够的时间（例如 20-40 分钟）使絮体生长到最佳尺寸。
- 渐减絮凝： 在絮凝池中逐步降低搅拌速度，使絮体得以生长而不被打破。
药剂（混凝剂和絮凝剂）的选择
选择特定的混凝剂和絮凝剂对于优化絮凝过程至关重要。此选择取决于几个因素：
- 原水水质： 浊度、碱度、pH 值、温度和悬浮固体的性质都会影响药剂的效能。
- 目标污染物： 不同的药剂可能对去除特定类型的胶体、有机物或病原体更有效。
- 所需絮体特性： 絮体的尺寸、密度和强度决定了后续分离效率（沉淀、气浮、过滤）。
- 成本效益： 化学品成本、储存、处理和污泥处置费用是重要的考虑因素。
- 法规要求： 当地排放限值和饮用水标准影响化学品的选择和残留物。
AquaChain 工程提示
始终定期进行烧杯试验或中试研究，特别是在原水水质发生变化时（例如季节性变化、强降雨）。这样可以动态优化混凝剂/絮凝剂的投加量和 pH 值，防止投加不足（处理效果不佳）或投加过量（化学品成本增加、污泥量增大以及可能重新稳定）。
常见问题解答
问：混凝和絮凝的主要区别是什么？ 答：混凝是使颗粒电荷快速脱稳的化学过程，而絮凝是温和搅拌这些脱稳颗粒以促使它们碰撞并成长为更大絮体的较慢的物理过程。
问：为什么快速混合在混凝过程中很重要？ 答：快速混合确保混凝剂化学品在水中快速、均匀地分散，使其能够在水解并失效之前接触并脱稳尽可能多的颗粒。
问：pH 值如何影响混凝过程？ 答：pH 值显著影响无机混凝剂的效果，因为它决定了其水解反应以及负责电荷中和或网捕卷扫絮体形成的活性物种的生成。每种混凝剂都有其最佳 pH 值范围以达到最佳性能。