絮凝劑的作(zuò)用機理(lǐ)：水(shuǐ)中膠體(tǐ)顆粒微小(xiǎo)、表面水(shuǐ)化和(hé)帶電(diàn)使其具有(yǒu)穩定性，絮凝劑投加到水(shuǐ)中後水(shuǐ)解成帶電(diàn)膠體(tǐ)與其周圍的離子組成雙電(diàn)層結構的膠團。

采用投藥後快速攪拌的方式，促進水(shuǐ)中膠體(tǐ)雜質顆粒與絮凝劑水(shuǐ)解成的膠團的碰撞機會(huì)和(hé)次數(shù)。水(shuǐ)中的雜質顆粒在絮凝劑的作(zuò)用下首先失去穩定性，然後相互凝聚成尺寸較大(dà)的顆粒，再在分離設施中沉澱下去或漂浮上(shàng)來(lái)。

攪拌産生(shēng)的速度梯度G和(hé)攪拌時(shí)間(jiān)T的乘積GT可(kě)以間(jiān)接表示在整個(gè)反應時(shí)間(jiān)內(nèi)顆粒碰撞的總次數(shù)，通(tōng)過改變GT值可(kě)以控制(zhì)混凝反應效果。一般控制(zhì)GT值在104～105之間(jiān)，考慮到雜質顆粒濃度對碰撞的影(yǐng)響，可(kě)以用GTC值作(zuò)為(wèi)表征混凝效果的控制(zhì)參數(shù)，其中C表示污水(shuǐ)中雜質顆粒的質量濃度，而且建議GTC值在100左右。

促使絮凝劑迅速向水(shuǐ)中擴散，并與全部廢水(shuǐ)混合均勻的過程就是混合。水(shuǐ)中的雜質顆粒與絮凝劑作(zuò)用，通(tōng)過壓縮雙電(diàn)層和(hé)電(diàn)中和(hé)等機理(lǐ)，失去或降低(dī)穩定性，生(shēng)成微絮粒的過程稱為(wèi)凝聚。凝聚生(shēng)成微絮粒在架橋物質和(hé)水(shuǐ)流的攪動下，通(tōng)過吸附架橋和(hé)沉澱物網捕等機理(lǐ)成長為(wèi)大(dà)絮體(tǐ)的過程稱為(wèi)絮凝。混合、凝聚和(hé)絮凝合起來(lái)稱為(wèi)混凝，混合過程一般在混合池中完成，凝聚和(hé)絮凝在反應池中進行(xíng)。

絮凝劑是能夠降低(dī)或消除水(shuǐ)中分散微粒的沉澱穩定性和(hé)聚合穩定性，使分散微粒凝聚、絮凝成聚集體(tǐ)而除去的一類物質。按照化學成分，絮凝劑可(kě)分為(wèi)無機絮凝劑、有(yǒu)機絮凝劑以及微生(shēng)物絮凝劑三大(dà)類。

下面主要介紹一下最常用的無機、有(yǒu)機絮凝劑：

無機絮凝劑包括鋁鹽、鐵(tiě)鹽及其聚合物。

有(yǒu)機絮凝劑按照聚合單體(tǐ)帶電(diàn)集團的電(diàn)荷性質，可(kě)分為(wèi)陰離子型、陽離子型、非離子型、兩性型等幾種，按其來(lái)源又可(kě)分為(wèi)人(rén)工合成和(hé)天然高(gāo)分子絮凝劑兩大(dà)類。

傳統應用的無機絮凝劑為(wèi)低(dī)分子的鋁鹽和(hé)鐵(tiě)鹽，鋁鹽主要有(yǒu)硫酸鋁(AL2(SO4)3∙18H2O)、明(míng)礬(AL2(SO4)3∙K2SO4∙24H2O)、鋁酸鈉(NaALO3)，鐵(tiě)鹽主要有(yǒu)三氯化鐵(tiě)(FeCL3∙6H20)、硫酸亞鐵(tiě)(FeSO4∙6H20)和(hé)硫酸鐵(tiě)(Fe2(SO4)3∙2H20)。

一般來(lái)講，無機絮凝劑具有(yǒu)原料易得(de)，制(zhì)備簡便、價格便宜、處理(lǐ)效果适中等特點，因而在水(shuǐ)處理(lǐ)中應用較多(duō)。

自19世紀末美國最先将硫酸鋁用于給水(shuǐ)處理(lǐ)并取得(de)專利以來(lái)，硫酸鋁就以卓越的凝聚沉降性能而被廣泛應用。硫酸鋁是目前世界上(shàng)使用最多(duō)的絮凝劑，全世界年産硫酸鋁約500萬噸，其中将近一半用于水(shuǐ)處理(lǐ)領域。

市售硫酸鋁有(yǒu)固、液兩種形态，固态的又按其中不溶物的含量分為(wèi)精制(zhì)和(hé)粗制(zhì)兩種，我國民間(jiān)常用于飲用水(shuǐ)淨化的固态産品明(míng)礬，就是硫酸鋁與硫酸鉀的複鹽，但(dàn)在工業水(shuǐ)及廢水(shuǐ)處理(lǐ)中應用不多(duō)。

硫酸鋁适用的pH值範圍與原水(shuǐ)的硬度有(yǒu)關，處理(lǐ)軟水(shuǐ)時(shí)，适宜pH值為(wèi)5～6.6，處理(lǐ)中硬水(shuǐ)時(shí)，适宜pH值為(wèi)6.6～7.2，處理(lǐ)高(gāo)硬水(shuǐ)，适宜pH值為(wèi)7.2～7.8。硫酸鋁适用的水(shuǐ)溫範圍是20oC～40oC，低(dī)于10oC時(shí)混凝效果很(hěn)差。硫酸鋁的腐蝕性較小(xiǎo)、使用方便，但(dàn)水(shuǐ)解反應慢，需要消耗一定的堿量。

三氯化鐵(tiě)是另一種常用的無機低(dī)分子凝聚劑，産品有(yǒu)固體(tǐ)的黑(hēi)褐色結晶體(tǐ)，也有(yǒu)較高(gāo)濃度的液體(tǐ)。其具有(yǒu)易溶于水(shuǐ)，礬花(huā)大(dà)而重，沉澱性能好，對溫度、水(shuǐ)質及pH的适應範圍寬等優點。

三氯化鐵(tiě)的适用pH值範圍是9～11，形成的絮體(tǐ)密度大(dà)，容易沉澱，低(dī)溫或高(gāo)濁度時(shí)效果仍很(hěn)好。固體(tǐ)三氯化鐵(tiě)具有(yǒu)強烈的吸水(shuǐ)性，腐蝕性較強，易腐蝕設備，對溶解和(hé)投加設備的防腐要求較高(gāo)，具有(yǒu)刺激性氣味，操作(zuò)條件較差。

三氯化鐵(tiě)的作(zuò)用機理(lǐ)是利用三價鐵(tiě)離子逐級水(shuǐ)解生(shēng)成的各種羟基鐵(tiě)離子來(lái)實現對水(shuǐ)中雜質顆粒的絮凝，而羟基鐵(tiě)離子的形成需要利用水(shuǐ)中大(dà)量的羟基，因此使用過程中會(huì)消耗大(dà)量的堿，當原水(shuǐ)堿度不夠時(shí)，需要補充石灰等堿源。

硫酸亞鐵(tiě)俗稱綠礬，形成絮凝體(tǐ)快而穩定，沉澱時(shí)間(jiān)短(duǎn)，适用于堿度高(gāo)、濁度大(dà)的情況，但(dàn)色度不易除淨，腐蝕性也較強。

無機高(gāo)分子絮凝劑是從60年代起世界上(shàng)發展起來(lái)的新型絮凝劑，目前，其生(shēng)産和(hé)應用在全世界都取得(de)了迅速進展。

鋁、鐵(tiě)和(hé)矽類的無機高(gāo)分子絮凝劑實際上(shàng)分别是它們由水(shuǐ)解、溶膠到沉澱過程的中間(jiān)産物，即Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Si(Ⅳ)的羟基和(hé)氧基聚合物。鋁和(hé)鐵(tiě)是陽離子型荷正電(diàn)，矽是陰離子型荷負電(diàn)，它們在水(shuǐ)溶态的單元分子量約為(wèi)數(shù)百到數(shù)千，可(kě)以相互結合成為(wèi)具有(yǒu)分形結構的集聚體(tǐ)。

它們的凝聚—絮凝過程是對水(shuǐ)中顆粒物的電(diàn)中和(hé)與粘附架橋兩種作(zuò)用的綜合體(tǐ)現。水(shuǐ)中懸浮顆粒的粒度在納米到微米級，大(dà)多(duō)帶負電(diàn)荷，因此絮凝劑及其形态的電(diàn)荷正負、電(diàn)性強弱和(hé)分子量、聚集體(tǐ)的粒度大(dà)小(xiǎo)是決定其絮凝效果的主要因素。目前無機高(gāo)分子絮凝劑的種類已有(yǒu)幾十種，産量也達到絮凝劑總産量的30%～60%，其中最常用及廣泛使用的為(wèi)聚合氯化鋁，即PAC。

Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)的羟基和(hé)氧基聚合物都會(huì)進一步結合為(wèi)聚集體(tǐ)，在一定條件下保持在水(shuǐ)溶液中，其粒度大(dà)緻在納米級範圍，以此發揮凝聚—絮凝作(zuò)用會(huì)得(de)到低(dī)投加量高(gāo)效果的結果。

若比較它們的反應聚合速度，鋁聚合物的反應較緩和(hé)，形态較穩定，鐵(tiě)的水(shuǐ)解聚合物則反應迅速，容易失去穩定而發生(shēng)沉澱。

無機高(gāo)分子絮凝劑的優點反映在它比傳統絮凝劑如硫酸鋁、氯化鐵(tiě)的效能更優異，而比有(yǒu)機高(gāo)分子絮凝劑價格低(dī)廉。現在PAC成功地應用在給水(shuǐ)、工業廢水(shuǐ)以及城市污水(shuǐ)的各種處理(lǐ)流程，包括預處理(lǐ)、中間(jiān)處理(lǐ)和(hé)深度處理(lǐ)中，逐漸成為(wèi)主流絮凝劑。但(dàn)是，在形态、聚合度及相應的凝聚—絮凝效果方面，無機高(gāo)分子絮凝劑仍處于傳統金屬鹽絮凝劑與有(yǒu)機高(gāo)分子絮凝劑之間(jiān)的位置。

聚合氯化鋁，簡稱PAC，化學式為(wèi)ALn(OH)mCL3n-m。PAC是一種多(duō)價電(diàn)解質，能顯著地降低(dī)水(shuǐ)中粘土類雜質(多(duō)帶負電(diàn)荷)的膠體(tǐ)電(diàn)荷。由于相對分子質量大(dà)，吸附能力強，形成的絮凝體(tǐ)較大(dà)，絮凝沉澱性能優于其他絮凝劑。

PAC聚合度較高(gāo)，投加後快速攪拌，可(kě)以大(dà)大(dà)縮短(duǎn)絮凝體(tǐ)形成時(shí)間(jiān)。PAC受水(shuǐ)溫影(yǐng)響較小(xiǎo)，低(dī)水(shuǐ)溫時(shí)使用效果也很(hěn)好。它對水(shuǐ)的pH值降低(dī)較少(shǎo)，适用的pH範圍寬(可(kě)在pH=5～9範圍內(nèi)使用)，故可(kě)不投加堿劑。PAC的投加量少(shǎo)，産泥量也少(shǎo)，且使用、管理(lǐ)、操作(zuò)都較方便，對設備、管道(dào)等腐蝕性也小(xiǎo)。因此，PAC在水(shuǐ)處理(lǐ)領域有(yǒu)逐步替代硫酸鋁的趨勢，其缺點是價格較傳統絮凝劑高(gāo)。

另外，從溶液化學的角度看，PAC是鋁鹽水(shuǐ)解—聚合—沉澱反應過程的動力學中間(jiān)産物，熱力學上(shàng)是不穩定的，一般液體(tǐ)PAC産品均應較短(duǎn)時(shí)間(jiān)內(nèi)使用，(固體(tǐ)産品性能穩定，則可(kě)較長期保存)。添加某些(xiē)無機鹽(如CaCl2、MnCl2等)或高(gāo)分子(如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等)可(kě)提高(gāo)PAC的穩定性，同時(shí)可(kě)增加凝聚能力。

從生(shēng)産工藝講，在PAC的制(zhì)造過程中引入一種或幾種不同的陰離子(如SO42-、PO43-等)，利用增聚作(zuò)用可(kě)以在一定程度上(shàng)改變聚合物的結構和(hé)形态分布，進而提高(gāo)PAC的穩定性和(hé)功效;如果在PAC的制(zhì)造過程中引入其它陽離子組分，如Fe3+，使Al3+和(hé)Fe3+交錯水(shuǐ)解聚合，可(kě)制(zhì)得(de)複合絮凝劑聚合鋁鐵(tiě)。

人(rén)工合成有(yǒu)機高(gāo)分子絮凝劑多(duō)為(wèi)聚丙烯、聚乙烯物質，如聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺等。這些(xiē)絮凝劑都是水(shuǐ)溶性的線型高(gāo)分子物質，每個(gè)大(dà)分子由許多(duō)包含帶電(diàn)基團的重複單元組成，因而也稱為(wèi)聚電(diàn)解質。包含帶正電(diàn)基團的為(wèi)陽離子型聚電(diàn)解質，包含帶負電(diàn)基團的為(wèi)陰離子型聚電(diàn)解質，既包含帶正電(diàn)基團又包含帶負電(diàn)基團，稱之為(wèi)非離子型聚電(diàn)解質。

目前使用較多(duō)的高(gāo)分子絮凝劑是陰離子型，它們對水(shuǐ)中負電(diàn)膠體(tǐ)雜質隻能發揮助凝作(zuò)用。往往不能單獨使用，而是配合鋁鹽、鐵(tiě)鹽使用。陽離子型絮凝劑能同時(shí)發揮凝聚和(hé)絮凝作(zuò)用而單獨使用，故得(de)到較快發展。

我國當前使用較多(duō)的是聚丙烯酰胺類非離子型高(gāo)聚物，常與鐵(tiě)、鋁鹽合用。利用鐵(tiě)、鋁鹽對膠體(tǐ)微粒的電(diàn)性中和(hé)作(zuò)用和(hé)高(gāo)分子絮凝劑優異的絮凝功能，從而得(de)到滿意的處理(lǐ)效果。聚丙烯酰胺在使用中具有(yǒu)投量少(shǎo)，凝聚速度快，絮凝體(tǐ)粒大(dà)強韌的特點。我國目前生(shēng)産的人(rén)工合成有(yǒu)機高(gāo)分子絮凝劑中80%是這種産品。

聚丙烯酰胺PAM是一種目前應用最廣泛的人(rén)工合成有(yǒu)機高(gāo)分子絮凝劑，有(yǒu)時(shí)也被用作(zuò)助凝劑。聚丙烯酰胺的生(shēng)産原料是聚丙烯腈CH2=CHCN，在一定條件下，丙烯腈水(shuǐ)解生(shēng)成丙烯酰胺，丙烯酰胺再通(tōng)過懸浮聚合得(de)到聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺屬于水(shuǐ)溶性樹(shù)脂，産品有(yǒu)粒狀固體(tǐ)和(hé)一定濃度的粘稠水(shuǐ)溶液兩種。

聚丙烯酰胺在水(shuǐ)的實際存在形态是無規線團，由于無規線團具有(yǒu)一定的粒徑尺寸，其表面又有(yǒu)一些(xiē)酰胺基團，因此能夠起到相應的架橋和(hé)吸附能力，即具有(yǒu)一定的絮凝能力。

但(dàn)由于聚丙烯酰胺長鏈卷曲成線團，使其架橋範圍較小(xiǎo)，兩個(gè)酰胺基締結後，相當于作(zuò)用相互抵消而喪失兩個(gè)吸附位，再加上(shàng)部分酰胺基卷藏在線團結構的內(nèi)部，不能與水(shuǐ)中的雜質顆粒相接觸和(hé)吸附，所以其擁有(yǒu)的吸附能力不能充分發揮。

為(wèi)了使締結在一起的酰胺基再次分開(kāi)、內(nèi)藏的酰胺基也能暴露在外表，人(rén)們設法将無規線團适當延伸展開(kāi)，甚至設法在長分子鏈上(shàng)增加一些(xiē)帶有(yǒu)陽離子或陰離子的基團，同時(shí)提高(gāo)吸附架橋能力和(hé)電(diàn)中和(hé)壓縮雙電(diàn)層的作(zuò)用。這樣一來(lái)，在PAM的基礎上(shàng)又衍生(shēng)出一系列性質各異的聚丙烯酰胺類絮凝劑或助凝劑。

比如說在聚丙烯酰胺溶液中加堿，使部分鏈節上(shàng)的酰胺基轉化為(wèi)羧酸鈉，而羧酸鈉在水(shuǐ)中容易離解出鈉離子，使COO-基保留在支鏈上(shàng)，因此生(shēng)成部分水(shuǐ)解的陰離子型聚丙烯酰胺。

陰離子型聚丙烯酰胺分子結構上(shàng)的COO-基使分子鏈帶有(yǒu)負電(diàn)荷，彼此相斥将原來(lái)締結在一起的酰胺基拉開(kāi)，促使分子鏈由線團狀逐漸伸展成長鏈狀，從而使架橋範圍擴大(dà)、提高(gāo)絮凝能力，作(zuò)為(wèi)助凝劑其優勢表現得(de)更為(wèi)出色。

陰離子型聚丙烯酰胺的使用效果與其“水(shuǐ)解度”有(yǒu)關，“水(shuǐ)解度”過小(xiǎo)會(huì)導緻混凝或助凝效果較差，“水(shuǐ)解度”過大(dà)會(huì)增加制(zhì)作(zuò)成本。

(1)水(shuǐ)的pH值

水(shuǐ)的pH值對無機絮凝劑的使用效果影(yǐng)響很(hěn)大(dà)，pH值的大(dà)小(xiǎo)關系到選用絮凝劑的種類、投加量和(hé)混凝沉澱效果。水(shuǐ)中的H+和(hé)OH-參與絮凝劑的水(shuǐ)解反應，因此，pH值強烈影(yǐng)響絮凝劑的水(shuǐ)解速度、水(shuǐ)解産物的存在形态和(hé)性能。

以通(tōng)過生(shēng)成Al(OH)3帶電(diàn)膠體(tǐ)實現混凝作(zuò)用的鋁鹽為(wèi)例，當pH值﹤4時(shí)，Al3+不能大(dà)量水(shuǐ)解成Al(OH)3，主要以Al3+離子的形式存在，混凝效果極差。pH值在6.5～7.5之間(jiān)時(shí)，Al3+水(shuǐ)解聚合成聚合度很(hěn)大(dà)的Al(OH)3中性膠體(tǐ)，混凝效果較好。pH值﹥8後，Al3+水(shuǐ)解成AlO2-，混凝效果又變得(de)很(hěn)差。

水(shuǐ)的堿度對pH值有(yǒu)緩沖作(zuò)用，當堿度不夠時(shí)，應添加石灰等藥劑予以補充。當水(shuǐ)的pH值偏高(gāo)時(shí)，則需要加酸調整pH值到中性。相比之下，高(gāo)分子絮凝劑受pH值的影(yǐng)響較小(xiǎo)。

(2)水(shuǐ)溫

水(shuǐ)溫影(yǐng)響絮凝劑的水(shuǐ)解速度和(hé)礬花(huā)形成的速度及結構。混凝的水(shuǐ)解多(duō)是吸熱反應，水(shuǐ)溫較低(dī)時(shí)，水(shuǐ)解速度慢且不完全。

低(dī)溫情況下，水(shuǐ)的粘度大(dà)，布朗運動減弱，絮凝劑膠體(tǐ)顆粒與水(shuǐ)中雜質顆粒的碰撞次數(shù)減少(shǎo)，同時(shí)水(shuǐ)的剪切力增大(dà)，阻礙混凝絮體(tǐ)的相互粘合;因此，盡管增加了絮凝劑的投加量，絮體(tǐ)的形成還(hái)是很(hěn)緩慢，而且結構松散、顆粒細小(xiǎo)，難以去除。

低(dī)溫對高(gāo)分子絮凝劑的影(yǐng)響較小(xiǎo)。但(dàn)要注意的是，使用有(yǒu)機高(gāo)分子絮凝劑時(shí)，水(shuǐ)溫不能過高(gāo)，高(gāo)溫容易使有(yǒu)機高(gāo)分子絮凝劑老化甚至分解生(shēng)成不溶性物質，從而降低(dī)混凝效果。

(3)水(shuǐ)中雜質成分

水(shuǐ)中雜質顆粒大(dà)小(xiǎo)參差不齊對混凝有(yǒu)利，細小(xiǎo)而均勻會(huì)導緻混凝效果很(hěn)差。雜質顆粒濃度過低(dī)往往對混凝不利，此時(shí)回流沉澱物或投加助凝劑可(kě)提高(gāo)混凝效果。水(shuǐ)中雜質顆粒含有(yǒu)大(dà)量有(yǒu)機物時(shí)，混凝效果會(huì)變差，需要增加投藥量或投加氧化劑等起助凝作(zuò)用的藥劑。水(shuǐ)中的鈣鎂離子、硫化物、磷化物一般對混凝有(yǒu)利，而某些(xiē)陰離子、表面活性物質對混凝有(yǒu)不利影(yǐng)響。

(4)絮凝劑種類

絮凝劑的選擇主要取決于水(shuǐ)中膠體(tǐ)和(hé)懸浮物的性質及濃度。如果水(shuǐ)中污染物主要呈膠體(tǐ)狀态，則應首選無機絮凝劑使其脫穩凝聚，如果絮體(tǐ)細小(xiǎo)，則需要投加高(gāo)分子絮凝劑或配合使用活化矽膠等助凝劑。

很(hěn)多(duō)情況下，将無機絮凝劑與高(gāo)分子絮凝劑聯合使用，可(kě)明(míng)顯提高(gāo)混凝效果，擴大(dà)應用範圍。對于高(gāo)分子而言，鏈狀分子上(shàng)所帶電(diàn)荷量越大(dà)，電(diàn)荷密度越高(gāo)，鏈越能充分伸展，吸附架橋的作(zuò)用範圍也就越大(dà)，混凝效果會(huì)越好。

(5)絮凝劑投加量

使用混凝法處理(lǐ)任何廢水(shuǐ)，都存在最佳絮凝劑和(hé)最佳投藥量，通(tōng)常都要通(tōng)過試驗确定，投加量過大(dà)可(kě)能造成膠體(tǐ)的再穩定。一般普通(tōng)鐵(tiě)鹽、鋁鹽的投加範圍是10～100mg/L，聚合鹽為(wèi)普通(tōng)鹽投加量的1/2～1/3，有(yǒu)機高(gāo)分子絮凝劑的投加範圍是1～5mg/L。

(6)絮凝劑投加順序

當使用多(duō)種絮凝劑時(shí)，需要通(tōng)過試驗确定最佳投加順序。一般來(lái)說，當無機絮凝劑與有(yǒu)機絮凝劑并用時(shí)，應先投加無機絮凝劑，再投加有(yǒu)機絮凝劑。

而處理(lǐ)雜質顆粒尺寸在50μm以上(shàng)時(shí)，常先投加有(yǒu)機絮凝劑吸附架橋，再投加無機絮凝劑壓縮雙電(diàn)層使膠體(tǐ)脫穩。

(7)水(shuǐ)力條件

在混合階段，要求絮凝劑與水(shuǐ)迅速均勻地混合，而到了反應階段，既要創造足夠的碰撞機會(huì)和(hé)良好的吸附條件讓絮體(tǐ)有(yǒu)足夠的成長機會(huì)，又要防止已生(shēng)成的小(xiǎo)絮體(tǐ)被打碎，因此攪拌強度要逐步減小(xiǎo)，反應時(shí)間(jiān)要足夠長。