混凝与絮凝

废水中的许多物质在大小上差别很大，从几埃的可溶性固体到几百微米的悬浮物质。考虑直径为1微米的粘土颗粒上的力平衡;在没有静电力的情况下终端沉降速度根据公式3.6，该粒子在水中的速度约为10 - 4cm /s:

d2g (Ps pf)

18ju其中(ps - pf)为颗粒与流体(水)的密度差，^为流体(水)的粘度。这显然太低了，没有任何实际意义沉积过程．为了通过沉淀或过滤从废水中去除大部分这些物质，较小的颗粒需要更容易地聚集成较大的颗粒会沉淀的或者可过滤的粒子。这种由较小颗粒形成聚集体的过程称为凝固。许多不沉淀的小颗粒是胶体，在良好的条件下可以稳定地存在于水中。混凝的目的是利用化学/聚合物剂或水动力使废水中的胶体分散不稳定。胶体颗粒的聚集可以可视化为两步过程:由流体动力和颗粒引起的颗粒接触/碰撞不稳定碰撞时允许粒子附着。

有两个术语描述胶体颗粒的聚集:混凝与絮凝．这取决于雇佣他们的行业单元操作，他们可能意味着不同的东西或他们是同义词。在环境工程中，特别是在污水处理领域，絮凝是指通过添加水溶性聚合物形成胶体聚集体(聚合物桥)来破坏胶体颗粒的稳定;凝固是由于粒子电双重层的压缩使胶体不稳定而引起的。然而，这一评论并没有得到普遍认同。一些专家认为，向废水中添加化学物质(混凝剂或絮凝剂)的第一步是一种有效的处理方法搅拌釜随着混凝作用的进行，随后将失稳的胶体悬浮液缓慢搅拌到另一个罐中，以促进絮凝体的生长作为絮凝剂。

传统的做法是先快速搅拌，然后缓慢搅拌coagulation-flocculation旨在最大限度地形成胶体的聚集体;这并不总是有理想的结果。絮凝后期缓慢搅拌，产生大量大而蓬松的絮凝体，絮凝体间质水高;虽然这些大型絮凝体是可沉淀的，但它们会严重影响污泥脱水操作，最终导致大量污泥被填埋(Liu, 1995)。Glasgow和Liu(1995)提出了一种混凝-絮凝方案，该方案包括缓慢搅拌，中间穿插在絮凝器中短时间的高强度混合，以产生结构更紧凑的絮凝体。

许多食品废水含有大量的有机物质，如蛋白质，在自然界中是胶体;它们往往是带电的，这是羧基和氨基或它们的组成氨基酸电离的结果，因此稳定在流中。在一些废水中也常见的其他有机物质，可能含有油脂和油，并因吸附阴离子(如羟基离子)而带电。含有这些带电胶体的胶体悬浮液的不稳定需要克服胶体分散的zeta(£)势，以形成聚集体。Zeta电位是指离子在胶体粒子表面积聚而产生的静电电位，胶体粒子被组织成由不可移动的Stern层和扩散层组成的双层电。在实际情况下，吹嘘的zeta电位作为工艺参数的有用性是值得怀疑的，因为它随着悬浮液的组成而变化，并且几乎是不可重复的。

胶体的不稳定可以通过添加化学剂来实现，包括带电或非离子水溶性聚合物。根据使用药剂的条件和药剂的特性，水中胶体的失稳可以通过以下四种不同的方法中的一种或多种来实现:(1)压缩双电层的扩散层，(2)吸附药剂以产生电荷中和，(3)在沉淀物中嵌入胶体，以及(4)吸附聚合药剂以实现粒子间桥接。双层电是粒子和水之间动态电荷平衡的结果，导致胶体分散(粒子加水)中的净电荷为零。双层由带电粒子和水中的反离子组成，反离子被粒子上的电荷所吸引。粒子附近的反离子浓度不仅取决于粒子上的电荷，还取决于水中浓度梯度引起的扩散力。结果是在带电粒子附近的反离子浓度分布，在粒子表面附近的反离子浓度最高，随着距离粒子表面的增加而逐渐降低。当反离子浓度较低时，双层电延长(因为为了保持胶体分散的电中性，需要较大的扩散层体积)。通过添加化学剂形式的反离子来实现胶体分散的不稳定，是通过减少所需的扩散层的体积来保持胶体分散的电中性。双层的压缩增强了碰撞粒子之间聚集的可能性，因为粒子之间的吸引力(范德华力)是短距离力，只在碰撞或近距离脱靶时起作用。

颗粒上的反离子吸附以中和表面的电荷，消除了胶体之间的静电排斥，使聚合成为可能。

在碱性条件下，在废水中加入常见的混凝剂FeCl3或AlCl3时，不溶性的Fe(OH)3或Al(OH)3析出了胶体。

当水溶性聚合物被用来破坏胶体分散的稳定性时，破坏的机制不是电荷中和，因为最有效的聚合絮凝剂是阴离子聚合物——即使大多数胶体都带负电荷。桥接理论规定，聚合物链的化学基团结合到胶体颗粒的位置，形成颗粒-聚合物-颗粒聚集体(因此得名桥接机制)。许多用于废水处理的常见聚合物被归类为聚电解质，因为它们含有可电离基团，如羧基、氨基和磺酸基;聚电解质可以是正的，负的，或两性的(有正负基团)，它可以从酸性和碱性乙烯基单体，从磺甜菜碱单体，从离子对共聚单体，或从带电阴离子和阳离子单体以不同比例混合而成。

絮凝作用并不局限于被凝结剂和聚合物破坏稳定的胶体。微生物聚集在污水生物处理厂是常见的现象。很明显，天然聚合物或由微生物排泄或暴露在微生物细胞表面负责使生物絮凝。这些天然聚合物也会破坏废水中的有机胶体的稳定。已经证明，合成聚合物也可以使微生物悬浮液不稳定，使其聚集。

混凝剂的最佳种类和投加量只有在对废水样品进行合理试验后才能确定。许多物质可用作凝结剂。对于含有高蛋白物质的食品废水，有时需要通过添加酸或碱来调节pH值。对于富含蛋白质的废水，可以从变性开始凝固蛋白质。变性是蛋白质在加热、剪切或化学添加作用下改变结构构象的过程。变性作为蛋白质凝固的一种方式的缺点是与能量需求相关的高成本;使用化学药剂作为混凝剂比较便宜。如果将混凝处理后的污泥用于动物饲料，作为混凝剂的化学药剂的毒性是一个非常重要的问题。

由于废水成分和操作政策的复杂性，没有一套操作条件能够满足食品和废水的处理标准农业废水．因此，有必要评估混凝剂，pH值，混凝剂用量，和操作程序，使用实验室测试，模拟全尺寸混凝-絮凝的操作，称为瓶试验。罐子测试是在罐子测试装置中一系列烧杯和搅拌器中进行的脚本实验室测试(图3.9)。Jar试验被用来评价各种方法的有效性混凝剂和絮凝剂在各种操作条件下进行水处理。程序和评估过程已适用于疏浚材料。然而，执行jar测试并解释结果以确定设计参数并不是简单的任务，因为有许多变量会影响测试。只有经验才能帮助应用以下内容罐子测试程序到一个具体的项目。

Jar测试用于在这些过程中提供有关

图3.9。罐体试验装置原理图。

最有效的混凝剂、最佳投加量、最佳投料浓度、投加量对去除率的影响、混悬液浓度对去除率的影响、混合条件的影响、沉降时间的影响:

1.用已知浊度、颜色、碱度和ph值的原液悬浮液(真实样品或与废水成分相似的合成样品)中的样品废水填充罐子测试仪器容器。计算与最大剂量硫酸铝或硫酸铁反应所需的碱度。如有必要，可通过添加0.1 N Na2CO3来增加自然碱度，使碱度至少为0.5 meq/l (CaCO3为25 mg/l)。一个容器将用作对照，而其他容器可以根据正在测试的条件进行调整。例如，可以调整混凝剂的用量、pH值和容器中的沉淀时间，以确定最佳条件。

2.如果是对现有凝血的测试-絮凝过程，该程序应反映具体工厂的实际情况，即快速混合的转速和时间，缓慢混合的转速和时间，最后的沉淀时间。如果没有，则选择一组合适的搅拌速度进行快搅拌和慢搅拌，搅拌次数和沉降时间，使絮凝体完全沉降;在涡流附近的每个烧杯中以高转速添加化学物质(铝或硫酸铁)，并遵循实际或建议的操作条件。接下来，看看烧杯，确定哪一个有最好的结果(如果有的话)。剂量不足的悬浮液将导致样品看起来浑浊，很少或没有絮团。过量的悬浮液将导致蓬松的絮凝体发生，不会很好地沉淀。在烧杯中加入适当剂量的混凝剂后，会有一团漂浮物沉到底部，上面的水是清澈的，可以用肉眼或浊度计来测定。如果没有一个烧杯显示有良好的结果，程序应重新运行，使用不同的剂量，直到确定正确的剂量。

所描述的罐子测试程序遵循传统的经验实验设计，其中变量一次探索一个因素，保持其他因素不变。这并不总是有效或实际的，因为如果存在因素之间的相互作用，传统方法确定的最佳条件可能不是真正的最佳条件。pH值、混合和搅拌速度等变量可能是重要因素，应包括在实验设计中;因子设计方法可得到较好的试验结果。

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