混凝剂

用途

　　混凝剂主要用于生活饮用水的净化和工业废水，特殊水质的处理（如含油污水，印染造纸污水、冶炼污水，含放射性特质，含Pb，Cr等毒性重金属和含F污水等）。此外在精密铸造、石油钻探、制革、冶金造纸等方面也有广泛用途。

　　混凝剂就是在水处理过程中可以将水中的胶体微粒子相互粘结和聚集在一起的物质，通常混凝剂分为有机混凝剂和无机混凝剂两大类。混凝的过程就是在水处理的过程中加入药剂，使杂质产生凝聚、絮凝的过程。

　　混凝剂主要用于生活饮用水的净化和工业废水，特殊水质的处理(如含油污水，印染造纸污水、冶炼污水，含放射性特质，含Pb，Cr等毒性重金属和含F污水等)。此外在精密铸造、石油钻探、制革、冶金造纸等方面也有广泛用途。

　　给水处理：

　　以地面水为水源时，去除浊度和细菌。经混凝沉淀后一般浊度小于10度。

　　废水处理

　　工业废水：用于处理一些特殊的废水，脱色、去除悬浮物等

　　印染废水处理：适用于含颜料、分散染料、水溶性分子量较大的等染料废水处理。混凝剂的选择与染料种类有关，需做混凝试验。可以单独用无机混凝剂，也可和有机高分子絮凝剂联用。

　　采用PAC混凝剂，投加量为140mg/L时，TOC去除率为68%。

　　含油废水处理：乳化油颗粒小、表面带电荷，加混凝剂，压缩双电层。

　　通常采用混凝气浮工艺。

　　混凝剂作为水处理药剂的具体用途：

　　1、不需加其它助剂，絮凝体形成快而粗大，活性高，沉性高，沉淀快。因而对高浊度水的净化效果特别明显。

　　2、适应PH值范围宽，降低原水中PH值小，因而对管道设备无腐蚀作用。

　　3、脱色、去污力强。净水效果是AL2(SO4)3的4-6倍，ALCL3的3-5倍。用量小，效力大；成本低，效益高。

选用原则

　　混凝剂种类繁多，如何根据水处理厂工艺条件、原水水质情况和处理后水质目标选用合适的混凝药剂，是十分重要的。混凝剂品种的选择应遵循以下一般原则：

　　（1）混凝效果好。在特定的原水水质、处理后水质要求和特定的处理工艺条件下，可以获得满意的混凝效果。

　　（2）无毒害作用。当用于处理生活饮用水时，所选用混凝剂不得含有对人体健康有害的成分；当用于工业生产时，所选用混凝药剂不得含有对生产有害的成分。

　　（3）货源充足。应对所选用的混凝剂货源和生产厂家进行调研考察，了解货源是否充足、是否能长期稳定供货、产品质量如何等。

　　（4）成本低。当有多种混凝药剂品种可供选时，应综合考虑药剂价格、运输成本与投加量等，进行经济比较分析，在保证处理后水质前提下尽可能降低使用成本。

　　（5）新型药剂的卫生许可。对于未推广应用的新型药剂品种，迎娶的当地卫生部门的许可。

　　（6）借鉴已有经验。查阅相关文献并考察具有相同或类似水质的水处理厂，借鉴其运行经验，为选择混凝剂提供参考。

　　对于各种混凝药剂混凝效果的比较及混凝剂投加量优化，混凝试验是最有效的方法之一。

药剂的投加方式

　　药剂的投加采用重力投加和压力投加，无论哪种投加方式，由溶解池到溶液池，到药液投加点，均应设置药液提升设备，常用的药液提升设备是计量泵和水射器。

　　1.重力投加

　　利用重力将药剂投加在水泵吸水管内或者吸水井的吸水喇叭口处，利用水泵叶轮混合。

　　2.压力投加

　　利用水泵或者水射器将药剂投加到原水管中，适用于将药剂投加到压力水管中，或者需要投加到标高较高、距离较远的净水构筑物内。

　　3.水泵投加

　　水泵投加是在溶液池中提升药液到压力管中，有直接采用计量泵和采用耐酸泵配以转子流量计两种投加方式。

　　4.水射器投加

　　水射器投加是利用高压水（压力>0.25MP）通过喷嘴和喉管时的负压抽吸作用，吸入药液到压力水管中。水射器投加应有计量设备，一般水厂的给水管都有较高压力，故使用方便。

应用

　　混凝剂在污水处理中的应用：颗粒中较大的粗粒悬浮物可以利用自然沉淀去除，但是更微小的悬浮物，甚至是某些有害的化学离子，特别是胶体粒子沉降得很慢，甚至能在水中长期保持分散的悬浮状态而不能自然下沉，难以用自然沉淀的方法从水中分离除去。混凝剂的原理是破坏这些细小颗粒的稳定性，使其互相接触而凝聚在一起，形成絮状物，并下沉分离。

　　利用混凝剂治理污水综合了混合、反应、凝聚、絮凝等九个过程。由于混凝剂投入水中，大多可以提供大量的正离子。正离子能把胶体颗粒表面所带的负电中和掉，使其颗粒间排斥力减小，从而容易靠近并凝聚成絮状细粒，实现了使水中细小胶体颗粒脱稳并凝聚成微小细粒的过程。微小的细粒通过吸附、卷带和架桥形成更大的絮体沉淀下来，达到了可从水中分离出来的目的。

　　污水治理中常用的混凝剂大致可以分为三类：有机混凝剂、无机混凝剂和高分子混凝剂。有机混凝剂有阴阳离子型之分；无机混凝剂有无机类、碱类、固体细粉类等区别；高分子混凝剂根据聚合度的不同可分为高聚合度混凝剂和低聚合度混凝剂，不同聚合度下又有阳离子型、阴离子型和非离子型，高分子混凝剂也有有机与无机类之分。选用混凝剂的品种、数量应根据处理对象，即不同的废水的试验资料和条件而定，必须从价廉、易得、投用量少、处理效率高且生成的絮状物容易沉淀分离等方面考虑。当投加单个混凝剂处理效果不理想时，还可以投加助凝剂或者可以考虑两种混凝剂按比例混合投加。

产品种类

　　混凝剂是混凝过程中不可缺少，在混凝过程中占有十分重要的地位。为了获得理想的混凝效果，应根据不同原水水质选用适当的混凝剂。在选用混凝剂时，可以通过模拟实验的方法进行优选，同时也需要对各类混凝剂的特性有初步的了解。

　　混凝剂的种类繁多，有研究报道的可能多达数百种，但真正得到一定规模应用的仅有数十种。混凝剂的分类方法有多种，按其作用可分为：凝聚剂、絮凝剂、助凝剂；按其化学组成成分可分为：无机混凝剂、有机混凝剂；按其分子量大小可分为低分子混凝剂、高分子混凝剂；按其来源可分为；天然混凝剂、合成混凝剂。其实各种分类方法相互交叉包容，目前通常使用的是前两种分类方法，即按作用分类和按化学组合分类。

　　无机盐类混凝剂

　　无机盐类混凝剂品种较少，但在水处理中应用较普遍，主要是水溶性的两价或三价金属盐，如铁盐和铝盐及其水解聚合物。可以选用的无机盐类混凝剂有硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铝钾（明矾）、铝酸钠和硫酸铁等。

　　1．硫酸铝

　　硫酸铝含有不同数量的结晶水，Al2(SO4)3·18H2O，其中n=6、10、14、16，18和27，常用的是Al2(SO4)3·18H2O其分子量为666.41，比重1.61，外观为白色，光泽结晶。硫酸铝易溶于水，水溶液呈酸性，室温时溶解度大致是50%，pH值在2.5以下。沸水中溶解度提高至90%以上。

　　硫酸铝在我国使用较为普遍，大都使用块状或粒状硫酸铝。根据其不溶解杂质含量，将硫酸铝分为精制和粗制两种。精制硫酸铝的价格较贵，杂质含量不大于0.5%，Al2O3含量不小于15%；粗制硫酸铝的价格较低，杂质含量不大于2.4%，Al2O3含量不小于15%。

　　硫酸铝易溶于水，可干式或湿式投加。湿式投加时一般采用10—20%的浓度(按商品固体重量计算)。硫酸铝使用时水的有效pH值范围较窄，约在5.5—8之间，其有效pH值随原水的硬度含量而异：对于软水，pH值在5.7—6.6；中等硬度的水为6.6—7.2；硬度较高的水则为7.2—7.8。在控制硫酸铝剂量时应考虑上述特性。有时加入过量硫酸铝，会使水的pH值降至铝盐混凝有效pH值以下，既浪费了药剂，又使处理后的水发混。

　　采用硫酸铝作混凝剂时，运输方便，操作简单，混凝效果好，但水温低时，硫酸铝水解困难，形成的絮凝体较松散，混凝效果变差。粗制硫酸铝由于不溶性杂质含量高，使用时废渣较多，带来排除废渣方面的操作麻烦，而且因酸度较高而腐蚀性较强，溶解与投加设备需考虑防腐。

　　2．三氯化铁

　　三氯化铁(FeCl3·6H2O)是一种常用的混凝剂，是黑褐色的结晶体，有强烈吸水性，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。我国供应的三氯化铁有无水物、结晶水物和液体。市售无水三氯化铁产品中FeCl3含量可达92%以上，不溶性杂质小于4%。三氯化铁适合于干投或浓溶液投加，液体、晶体物或受潮的无水物腐蚀性极大，调制和加药设备必须考虑用耐腐蚀器材(不锈钢的泵轴运转几星期也即腐蚀，用钛制泵轴有较好的耐腐性能)。三氯化铁加入水后与天然水中碱度起反应，当被处理水的碱度低或其投加量较大时，在水中应先加适量的石灰。水处理中配制的三氯化铁溶液浓度宜高，可达46%。

　　采用三氯化铁做混凝剂时，其优点是易溶解，形成的絮凝体比铝盐絮凝体密实，沉降速度快，处理低温、低浊水时效果优于硫酸铝，适用的pH值范围较宽，投加量比硫酸铝小。其缺点是三氯化铁固体产品极易吸水潮解，不易保管，腐蚀性较强，对金属、混凝土、塑料等均有腐蚀性，处理后色度比铝盐处理水高，最佳投加范围较窄，不易控制等。

　　3．硫酸亚铁

　　硫酸亚铁（FeS04·7H20）是半透明绿色结晶体，俗称绿矾，易于溶水，在水温20℃时溶解度为21%。

　　硫酸亚铁通常是生产其他化工产品的副产品，价格低廉，但应检测其重金属含量，保证其在最大投量时处理后水中重金属含量不超过国家有关水质标准的限量。

　　固体硫酸亚铁需溶解投加，一般配置成10%左右的重量百分比浓度使用。

　　当硫酸亚铁投加到水中时，离解出的二价铁离子只能生成简单的单核络合物，因此，不如三价铁盐那样有良好的混凝效果。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，将生成颜色更深的不易沉淀的物质(但可用三价铁盐除色)。根据以上所述，使用硫酸亚铁时应将二价铁先氧化为三价铁，然后再起混凝作用。通常情况下，可采用调节pH值、加入氯、曝气等方法使二价铁快速氧化。

　　当水的pH值在8.0以上时，加入的亚铁盐的Fe2+易被水中溶解氧氧化成Fe3+，当原水的pH值较低时，可将硫酸亚铁与石灰、碱性条件下活化的活化硅酸等碱性药剂一起使用，可以促进二价铁离子氧化。当原水pH值较低而且溶解氧不足时，可通过加氯来氧化二价铁：

　　6FeSO4+3Cl2=2Fe(SO4)3+2FeCl3

　　根据以上反应式，理论上硫酸亚铁与氯生物的投量之比约为8：1，但实际生产中，为使亚铁氧化迅速充分氧化，可根据实际情况略增加氯的投加量。
　　当水的pH值<8.0时，则可加入石灰去除水中CO2，石灰用量可按下式估算：

　　[CaO]=0.37a+1.27CO2(1.18)

　　式中a——FeSO4的投加量(毫克/升)；CO2——水中CO2的含量(毫克/升)。

　　当水中没有足够溶解氧时，则可加氯或漂白粉予以氧化，理论上1毫克/升FeSO4需加氯0.234毫克/升。

　　铁盐使用时，水的pH值的适用范围较宽，在5.0—11间。

　　4．碳酸镁

　　铝盐与铁盐作为混凝剂加入水中形成絮体随水中杂质一起沉淀于池底，作为污泥要进行适当处理以免造成污染。大水厂产生的污泥量甚大，因此不少人曾尝试用硫酸回收污泥中的有效铝、铁，但回收物中常有大量铁、锰和有机色度，以致不适宜再作混凝剂。

　　碳酸镁在水中产生Mg(0H)2胶体和铝盐、铁盐产生的A1(OH)3与Fe(OH)3胶体类似，可以起到澄清水的作用。石灰苏打法软化水站的污泥中除碳酸钙外，尚有氢氧化镁，利用二氧化碳气可以溶解污泥中的氢氧化镁，从而回收碳酸镁。

　　5.氯化亚铁

　　直接用于污、废水处理，作为还原剂和媒染剂，广泛用于织物印染，颜料印染，制造等行业，同时还用于超高压润滑油组份，也用于医药，冶金和照相。

　　1．生产三氯化铁：

　　用氯化亚铁固体、盐酸和氯气为主要原料生产三氯化铁，首先是把氯化亚铁配比成溶液，加温通入氯气，可得到三氯化铁溶液，若三氯化铁溶液经过滤、加热、氯气或硝酸氧化、浓缩、冷却，可得到固体六水三氯化铁。二氯化铁完全反应转化成三氯化铁。产品质量符合国家标准GB1621—79的指标。

　　2．生产固体聚合氯化铁：

　　（1）在反应釜中投入氯化亚铁晶体，加水后缓加热到45－65℃时，开动反应釜搅拌器，并在反应釜底部通压缩空气，温度至85－95℃时停止加热；

　　（2）在反应釜上部加入碱性水溶液反应，在反应物液面下加盐酸水溶液反应，控制温度在90～95℃进行，至检测反应物中Fe↑[2+]≤0．15%时停止加入碱液，在盐基度达5～10%时停止加入盐酸水溶液，搅拌，通入压缩空气将物料趁热压入造片机中冷却成固体，粉碎后成为高含量固体聚合氯化铁，应用本发明生产的固体聚合氯化铁，质量稳定、成本低、产品稳定性好、生产过程无三废产生，产品无二次污染的隐患。

　　3．生产聚合氯化铝铁絮凝剂（PAFC）：

　　用铝盐和铁盐絮凝剂的基础上生产的一种无机高分子絮凝剂。

　　4．用氯化亚铁废液优质处理印染废水的方法：

　　用氯化亚铁优质处理印染废水的方法。通过在印染废水中添加极性介质和改变电离度后，用FeCl2。处理后的印染废水处理液还能与1-2倍量未经处理的印染废水相混配，再调pH值中和，凝聚沉淀，固液分离后排放，废水的COD去除率≥50%，色度去除率70～90%，出水不泛红色，节省废水处理成本30%左右。FeCl2广泛应用于印染废水处理创造了条件，能产生良好的环境效益和经济效益。

　　对各类污水、电镀、皮革废水有明显的处理效果，对废水、污水中各类重金属离子的去除率接近100%；独有的脱色能力，适用于染料、染料中间体及印染行业的污水处理。能简化水处理工艺，缩短水处理周期，降低水处理成本。

　　5．生产可擦墨水：

　　是将无机盐加入色染料混合而成，其配方为聚丙烯酸钠、氯化亚铁、硫酸钴、硫酸钠、色染料和水，所说的色染料可分别为黑色、蓝色、绿色、红色等颜料。这种墨水写的字用普通的橡皮擦很容易擦去，字迹干后，不易变色，而且能长期保存。

　　6．粉土砂土质边坡快速固化剂：

　　氯化亚铁+氢氧化钙，具有较大的抗压度：40-50kpa（28天）强4-5倍。

　　7．氯化亚铁添加剂细水雾灭火剂：

　　为了提高常规细水雾的灭火有效性，拓展其应用范围，本文采用小尺度实验的方法，研究了含氯化亚铁添加剂细水雾在不同燃料种类、添加剂浓度、压力下扑灭池火的有效性。实验结果表明：向细水雾中添加氯化亚铁，显著地影响了它的灭火性能；细水雾的灭火时间随着加入的氯化亚铁的质量浓度变化而发生改变，而且存在一个最短灭火时间浓度；细水雾喷头的工作压力和燃料的类型也对细水雾的灭火性能有影响，喷头工作压力越大，细水雾的平均灭火时间越短；在相同的实验条件下，细水雾灭煤油火的时间要短于灭乙醇火的时间。

　　其他无机盐混凝剂如硫酸铝钾（明矾）、铝酸钾和硫酸铁等应用范围较小，在此不作详细介绍。

　　高分子混凝剂

　　1．聚合氯化铝

　　聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂。六十年代，日本在制造与应用方面做了大量工作，有逐步取代硫酸铝的趋势。我国在1973年曾在成都召开全国新型混凝剂技术经验交流会，会上对聚合氯化铝的产品质量提出了要求，其中要求含氧化铝(Al2O8)10%以上，碱化度为50—80%，不溶物1%以下等。

　　我国某些地区仍将聚合氯化铝称为碱式氯化铝[A1n(OH)mCl3n-m]，这是由于对它的基本化学式的不同理解而造成的。聚合氯化铝的化学式应表示为[Al2(OH)nC18-n]m，其中n可取1到5中间的任何整数，m为≤10的整数。这个化学式实际指m个A12(OH)nCl6-n(称羟基氯化铝)单体的聚合物。

　　聚合氯化铝中OH-与Al的比值对混凝效果有很大关系，一般可用碱化度B表示：，例如n=4时，碱化度。一般要求B为40～60%。

　　聚合氯化铝作为混凝剂处理水时，有下列优点：

　　(1)对污染严重或低浊度、高浊度、高色度的原水都可达到好的混凝效果。

　　(2)水温低时，仍可保持稳定的混凝效果，因此在我国北方地区更适用。

　　(3)矾花形成快；颗粒大而重，沉淀性能好，投药量—般比硫酸铝低。

　　(4)适宜的pH值范围较宽，在5—9间，当过量投加时也不会像硫酸铝那样造成水浑浊的反效果。

　　(5)其碱化度比其他铝盐、铁盐为高，因此药液对设备的侵蚀作用小，且处理后水的pH值和碱度下降较小。

　　聚合氯化铝的性能

　　a、聚合氯化铝作为水处理剂对各种水质适应性强，对于高浊度水混凝沉淀效果尤为显著。

　　b、净化后的水质优于硫酸铝等无机混凝剂，净水成本与之相比低15-30%。絮凝体形成快，沉降速度快。

　　c、含氧化铝高、投加量小，可降低制成水成本。

　　d、源水PH值在5.0-9.0范围均可凝聚。

　　e、腐蚀性小，操作条件好，溶解性优于硫酸铝。

　　f、处理水中盐分较少，有利于离子交换处理和纯水制备。

　　g、对源水温度的适应性优于硫酸铝等无机混凝剂，对低温水的处理效果也较好，最低析出温度为-18℃。

　　产品用途：a、城市给水净化：河流水、水库水、地下水b、工业水净化。c、城市水处理。d、工业废水和废渣中有用物质的回收，促进洗煤废水中煤粉的沉降，淀粉制造中淀粉的回收。e、各种工业废水处理：印染废水、皮革废水、含氟废水、重金属废水、含油废水、洗煤废水、矿山废水、酿造废水、冶金废水、肉类加工废水。f、污水处理。g、造纸施胶。h、糖液精制。i、铸造成型。j、布匹防皱。k、催化剂载体。l、医药精制。m、水泥速凝。n、化妆品原料。
　　使用方法：

　　a、投加量视被处理水而不同，一般给水净化投加量约为：液体产品5-100克/吨，固体2-30克/吨，若通过小试投加，则效果更佳。

　　b、配制：可直接加入被处理水中，也可用水稀释后加入水中，加水量可按投加量和处理水量决定，加水后应搅拌均匀。

　　注意事项：

　　a、每次配制的水溶液不可放置时间过长，以免降低使用效果。

　　b、产品有效贮存期：液体半年，固体一年。固体产吕受潮后仍然可使用。

　　c、不同厂家或不同牌号的水处理药剂不能混合使用，并且不得与其它化学药品混存，应防水防潮。

　　聚合氯化铝的混凝机理与硫酸铝相同，硫酸铝的混凝机理包括了开始的铝离子，最后的氢氧化铝胶体和其中间产物(各种形态的水解聚合物)的作用。对于水中负电荷不高的粘土胶体，最好利用正电荷较低而聚合度大的水解产物，而对于形成颜色的有机物，则以正电荷较高的水解产物发挥作用为宜。但硫酸铝的化学反应甚为复杂，不可能根据不同水质人为地来控制水解聚合物的形态。至于聚合氯化铝则可根据原水水质的特点来控制制造过程中的反应条件，从而制取所需要的最适宜的聚合物，当投入水中，水解后即可直接提供高价聚合离子，达到优异的混凝效果。目前我国聚合氯化铝应用中存在的问题主要是各地土法综合利用制得的产品，因受原料、工艺条件等限制、质量受到影响，而各地区又缺乏具有完善工艺的专门厂家。

　　2.喷雾干燥聚合氯化铝

　　该产品能除菌、除臭、除氟、铝、铬、除油、除浊、除重金属盐、除放射性污染物、在净化各种水源过程中具有广泛的用途。

　　在聚合氯化铝的生产基础上改进生产工艺，在反应釜沉淀后所形成的的液体聚合氯化铝，经过板框过滤，敝除水不溶物，最后经由喷雾干燥塔制备三氧化二铝含量更高的聚合氯化铝产品，而是用此种方法生产的产品应用领域相比较传统的滚筒干燥聚合氯化铝也更为宽泛。

　　a、净化生活饮用水，生活污水。

　　b、净化工业用水、工业废水、矿山、油田回注水、净化造纸水、冶金、洗煤、皮革及各种化工污水处理等。

　　c、工业生产应用；造纸施胶、印染漂染、水泥速凝剂、精密铸造硬化剂、耐火材料粘结剂、甘油精制、布匹防皱、医药、化妆品等其它行业，废水可循环使用。

　　d、在炼油工业中，用于油水分离，效果甚佳。

　　3．液体聚合氯化铝

　　液体聚合氯化铝是一种无机高分子絮凝剂。经过氢氧基离子官能团和多价阴离子聚合官能团的作用，产生出拥有大分子量和高电荷的无机高分子。可适应PH值范围为5.0-9.0，最佳PH值为6.5-7.6.

　　液体聚合氯化铝主要用途-城市给排水净化：河流水、水库水、地下水，工业给水净化，城市污水处理，工业废水和废渣中有用物质的回收、促进洗煤废水中煤粉的沉降、淀粉制造业中淀粉的回收，各种工业废水处理：印染废水、皮革废水、含氟废水、重金属废水、含油废水、造纸废水、洗煤废水、矿山废水、酿造废水、冶金废水、肉类加工废水，污水处理，造纸助剂，布匹增强，催化剂载体，医药精制，水泥速凝，化妆品原料等。

　　液体聚合氯化铝的应用领域：

　　（1）净水处理：生活用水、工业用水；

　　（2）城市污水处理；

　　（3）工业废水、污水、污泥的处理及污水中某些渣质回收等；

　　（4）对某些处理难度大的工业污水，以PAC为母体，掺入其他药剂，调配成复合PAC，处理污水能得到惊喜的效果。

　　液体聚合氯化铝性能特点：

　　（1）聚合氯化铝分子结构大，吸附能力强，用量少，处理成本低。

　　（2）溶解性好，活性高，在水体中凝聚形成的矾花大，沉降快，比其他无机絮凝剂净化能力大2-3倍。

　　（3）适应性强，受水体PH值和温度影响小，原水净化后达到国家引用水标准，处理后水质，中阳、阴离子含量低，有利于离子交换处理和高纯水的制备。

　　（4）腐蚀性小，操作简便，能改善投药工序的劳动强度和劳动条件。

　　由于液体聚合氯化铝运输成本太大，所以固体聚合氯化铝还是比较受欢迎的（固体聚合氯化铝可以化成液体使用）

　　PFS聚合硫酸铁

　　聚合硫酸铁形态性状是淡黄色无定型粉状固体，极易溶于水，10%（重量）的水溶液为红棕色透明溶液，吸湿性。聚合硫酸铁广泛应用于饮用水、工业用水、各种工业废水、城市污水、污泥脱水等的净化处理。