什么是絮凝劑、助凝劑、調(diào)理劑？三者有什么關(guān)系？

一、什么是絮凝劑、助凝劑、調(diào)理劑？

污泥壓濾處理中根據(jù)用途的不同，可以將這些藥劑分為以下幾種：

1、絮凝劑：有時(shí)又稱為混凝劑，可作為強(qiáng)化固液分離的手段，用于初沉池、二沉池、浮選池及三級(jí)處理或深度處理工藝環(huán)節(jié)。

2、助凝劑：輔助絮凝劑發(fā)揮作用，加強(qiáng)混凝效果。

3、調(diào)理劑：又稱為脫水劑，用于對(duì)脫水前剩余污泥的調(diào)理，其品種包括上述的部分絮凝劑和助凝劑。

二、絮凝劑

絮凝劑是能夠降低或消除水中分散微粒的沉淀穩(wěn)定性和聚合穩(wěn)定性，使分散微粒凝聚、絮凝成聚集體而除去的一類物質(zhì)。

按照化學(xué)成分，絮凝劑可分為無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)絮凝劑。

1、無(wú)機(jī)絮凝劑

傳統(tǒng)應(yīng)用的無(wú)機(jī)絮凝劑為低分子的鋁鹽和鐵鹽，鋁鹽主要有硫酸鋁(AL₂(SO₄)₃?18H₂O)、明礬(AL₂(SO₄)₃?K₂SO₄?24H₂O)、鋁酸鈉(NaALO₃)，鐵鹽主要有三氯化鐵(FeCL₃?6H₂0)、硫酸亞鐵(FeSO₄?6H₂0)和硫酸鐵(Fe₂(SO₄)₃?2H₂0)。

一般來(lái)講，無(wú)機(jī)絮凝劑具有原料易得，制備簡(jiǎn)便、價(jià)格便宜、處理效果適中等特點(diǎn)，因而在水處理中應(yīng)用較多。

1）硫酸鋁

市售硫酸鋁有固、液兩種形態(tài)，固態(tài)的又按其中不溶物的含量分為精制和粗制兩種，我國(guó)民間常用于飲用水凈化的固態(tài)產(chǎn)品明礬，就是硫酸鋁與硫酸鉀的復(fù)鹽，但在工業(yè)水及廢水處理中應(yīng)用不多。

硫酸鋁適用的pH值范圍與原水的硬度有關(guān)，處理軟水時(shí)，適宜pH值為5～6.6，處理中硬水時(shí)，適宜pH值為6.6～7.2，處理高硬水，適宜pH值為7.2～7.8。硫酸鋁適用的水溫范圍是20oC～40oC，低于10oC時(shí)混凝效果很差。硫酸鋁的腐蝕性較小、使用方便，但水解反應(yīng)慢，需要消耗一定的堿量。

2）三氯化鐵

三氯化鐵是另一種常用的無(wú)機(jī)低分子凝聚劑，產(chǎn)品有固體的黑褐色結(jié)晶體，也有較高濃度的液體。其具有易溶于水，礬花大而重，沉淀性能好，對(duì)溫度、水質(zhì)及pH的適應(yīng)范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。

三氯化鐵的適用pH值范圍是9～11，形成的絮體密度大，容易沉淀，低溫或高濁度時(shí)效果仍很好。固體三氯化鐵具有強(qiáng)烈的吸水性，腐蝕性較強(qiáng)，易腐蝕設(shè)備，對(duì)溶解和投加設(shè)備的防腐要求較高，具有刺激性氣味，操作條件較差。

三氯化鐵的作用機(jī)理是利用三價(jià)鐵離子逐級(jí)水解生成的各種羥基鐵離子來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)水中雜質(zhì)顆粒的絮凝，而羥基鐵離子的形成需要利用水中大量的羥基，因此使用過(guò)程中會(huì)消耗大量的堿，當(dāng)原水堿度不夠時(shí)，需要補(bǔ)充石灰等堿源。

硫酸亞鐵俗稱綠礬，形成絮凝體快而穩(wěn)定，沉淀時(shí)間短，適用于堿度高、濁度大的情況，但色度不易除凈，腐蝕性也較強(qiáng)。

2、無(wú)機(jī)高分子絮凝劑

1）無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的特點(diǎn)

Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)的羥基和氧基聚合物都會(huì)進(jìn)一步結(jié)合為聚集體，在一定條件下保持在水溶液中，其粒度大致在納米級(jí)范圍，以此發(fā)揮凝聚—絮凝作用會(huì)得到低投加量高效果的結(jié)果。

若比較它們的反應(yīng)聚合速度，鋁聚合物的反應(yīng)較緩和，形態(tài)較穩(wěn)定，鐵的水解聚合物則反應(yīng)迅速，容易失去穩(wěn)定而發(fā)生沉淀。

無(wú)機(jī)高分子絮凝劑的優(yōu)點(diǎn)反映在它比傳統(tǒng)絮凝劑如硫酸鋁、氯化鐵的效能更優(yōu)異，而比有機(jī)高分子絮凝劑價(jià)格低廉?，F(xiàn)在PAC成功地應(yīng)用在給水、工業(yè)廢水以及城市污水的各種處理流程，包括預(yù)處理、中間處理和深度處理中，逐漸成為主流絮凝劑。但是，在形態(tài)、聚合度及相應(yīng)的凝聚—絮凝效果方面，無(wú)機(jī)高分子絮凝劑仍處于傳統(tǒng)金屬鹽絮凝劑與有機(jī)高分子絮凝劑之間的位置。

2）聚合氯化鋁PAC

聚合氯化鋁，簡(jiǎn)稱PAC，化學(xué)式為ALn(OH)mCL3n-m。PAC是一種多價(jià)電解質(zhì)，能顯著地降低水中粘土類雜質(zhì)(多帶負(fù)電荷)的膠體電荷。由于相對(duì)分子質(zhì)量大，吸附能力強(qiáng)，形成的絮凝體較大，絮凝沉淀性能優(yōu)于其他絮凝劑。

PAC聚合度較高，投加后快速攪拌，可以大大縮短絮凝體形成時(shí)間。PAC受水溫影響較小，低水溫時(shí)使用效果也很好。它對(duì)水的pH值降低較少，適用的pH范圍寬(可在pH=5～9范圍內(nèi)使用)，故可不投加堿劑。PAC的投加量少，產(chǎn)泥量也少，且使用、管理、操作都較方便，對(duì)設(shè)備、管道等腐蝕性也小。因此，PAC在水處理領(lǐng)域有逐步替代硫酸鋁的趨勢(shì)，其缺點(diǎn)是價(jià)格較傳統(tǒng)絮凝劑高。

另外，從溶液化學(xué)的角度看，PAC是鋁鹽水解—聚合—沉淀反應(yīng)過(guò)程的動(dòng)力學(xué)中間產(chǎn)物，熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的，一般液體PAC產(chǎn)品均應(yīng)較短時(shí)間內(nèi)使用，（固體產(chǎn)品性能穩(wěn)定，則可較長(zhǎng)期保存）。添加某些無(wú)機(jī)鹽(如CaCl2、MnCl2等)或高分子(如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等)可提高PAC的穩(wěn)定性，同時(shí)可增加凝聚能力。

從生產(chǎn)工藝講，在PAC的制造過(guò)程中引入一種或幾種不同的陰離子(如SO42-、PO43-等)，利用增聚作用可以在一定程度上改變聚合物的結(jié)構(gòu)和形態(tài)分布，進(jìn)而提高PAC的穩(wěn)定性和功效;如果在PAC的制造過(guò)程中引入其它陽(yáng)離子組分，如Fe3+，使Al3+和Fe3+交錯(cuò)水解聚合，可制得復(fù)合絮凝劑聚合鋁鐵。

3、有機(jī)高分子絮凝劑

1）有機(jī)高分子絮凝劑的特點(diǎn)

人工合成有機(jī)高分子絮凝劑多為聚丙烯、聚乙烯物質(zhì)，如聚丙烯酰胺、聚乙烯亞胺等。這些絮凝劑都是水溶性的線型高分子物質(zhì)，每個(gè)大分子由許多包含帶電基團(tuán)的重復(fù)單元組成，因而也稱為聚電解質(zhì)。包含帶正電基團(tuán)的為陽(yáng)離子型聚電解質(zhì)，包含帶負(fù)電基團(tuán)的為陰離子型聚電解質(zhì)，既不含帶正電基團(tuán)又不含帶負(fù)電基團(tuán)，稱之為非離子型聚電解質(zhì)。

目前使用較多的高分子絮凝劑是陰離子型，它們對(duì)水中負(fù)電膠體雜質(zhì)只能發(fā)揮助凝作用。往往不能單獨(dú)使用，而是配合鋁鹽、鐵鹽使用。陽(yáng)離子型絮凝劑能同時(shí)發(fā)揮凝聚和絮凝作用而單獨(dú)使用，故得到較快發(fā)展。

我國(guó)當(dāng)前使用較多的是聚丙烯酰胺類非離子型高聚物，常與鐵、鋁鹽合用。利用鐵、鋁鹽對(duì)膠體微粒的電性中和作用和高分子絮凝劑優(yōu)異的絮凝功能，從而得到滿意的處理效果。聚丙烯酰胺在使用中具有投量少，凝聚速度快，絮凝體粒大強(qiáng)韌的特點(diǎn)。我國(guó)目前生產(chǎn)的人工合成有機(jī)高分子絮凝劑中80%是這種產(chǎn)品。

2）聚丙烯酰胺類絮凝劑

聚丙烯酰胺PAM是一種目前應(yīng)用最廣泛的人工合成有機(jī)高分子絮凝劑，有時(shí)也被用作助凝劑。聚丙烯酰胺的生產(chǎn)原料是聚丙烯腈CH2=CHCN，在一定條件下，丙烯腈水解生成丙烯酰胺，丙烯酰胺再通過(guò)懸浮聚合得到聚丙烯酰胺。聚丙烯酰胺屬于水溶性樹(shù)脂，產(chǎn)品有粒狀固體和一定濃度的粘稠水溶液兩種。

聚丙烯酰胺在水的實(shí)際存在形態(tài)是無(wú)規(guī)線團(tuán)，由于無(wú)規(guī)線團(tuán)具有一定的粒徑尺寸，其表面又有一些酰胺基團(tuán)，因此能夠起到相應(yīng)的架橋和吸附能力，即具有一定的絮凝能力。

但由于聚丙烯酰胺長(zhǎng)鏈卷曲成線團(tuán)，使其架橋范圍較小，兩個(gè)酰胺基締結(jié)后，相當(dāng)于作用相互抵消而喪失兩個(gè)吸附位，再加上部分酰胺基卷藏在線團(tuán)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，不能與水中的雜質(zhì)顆粒相接觸和吸附，所以其擁有的吸附能力不能充分發(fā)揮。

為了使締結(jié)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，人們?cè)O(shè)法將無(wú)規(guī)線團(tuán)適當(dāng)延伸展開(kāi)，甚至設(shè)法在長(zhǎng)分子鏈上增加一些帶有陽(yáng)離子或陰離子的基團(tuán)，同時(shí)提高吸附架橋能力和電中和壓縮雙電層的作用。這樣一來(lái)，在PAM的基礎(chǔ)上又衍生出一系列性質(zhì)各異的聚丙烯酰胺類絮凝劑或助凝劑。

三、助凝劑

在廢水的混凝處理中，有時(shí)使用單一的絮凝劑不能取得良好的混凝效果，往往需要投加某些輔助藥劑以提高混凝效果，這種輔助藥劑稱為助凝劑。常用助凝劑有氯、石灰、活化硅酸、骨膠和海藻酸鈉、活性炭和各種粘土等。

有的助凝劑本身不起混凝作用，而是通過(guò)調(diào)節(jié)和改善混凝條件、起到輔助絮凝劑產(chǎn)生混凝效果的作用。有的助凝劑則參與絮體的生成，改善絮凝體的結(jié)構(gòu)，可以使無(wú)機(jī)絮凝劑產(chǎn)生的細(xì)小松散的絮凝體變成粗大而緊密的礬花。

1、常用助凝劑的種類

助凝劑種類較多，但按它們?cè)诨炷^(guò)程中所起作用來(lái)說(shuō)大致可分為如下兩類：

1）調(diào)節(jié)或改善混凝條件的藥劑

混凝過(guò)程應(yīng)該在一定的pH值范圍內(nèi)進(jìn)行，如果原水pH值不能滿足此要求，則應(yīng)調(diào)整原水的pH值，這類助凝劑包括酸和堿。原水pH值較低、堿度不足而使絮凝劑水解困難時(shí)，可以投加CaO、Ca(OH)2、Na2CO3、NaHCO3等堿性物質(zhì)(常用的為石灰)；而PH值較高時(shí)，則常用硫酸或CO2來(lái)降低原水的pH值。

對(duì)溶解性有機(jī)物含量較大的廢水，可用Cl2等氧化劑來(lái)破壞有機(jī)物，提高對(duì)溶解性有機(jī)物的去除效果。另外亞鐵鹽作絮凝劑時(shí)，可用氯氣將亞鐵(Fe2+)氧化成高價(jià)鐵(Fe3+)，以提高混凝效果。

以上堿劑、硫酸和CO2、氯氣等本身并不起凝聚作用，只起輔助混凝的作用。

2）加大礬花粒度、密度和結(jié)實(shí)性的助凝劑

混凝的結(jié)果要求生成粒度大、密度大和結(jié)實(shí)的礬花，既有利于沉淀，又不易破碎。為獲得此種結(jié)果，結(jié)合水質(zhì)的特點(diǎn)，有時(shí)必須在水中加入某種物質(zhì)或藥劑。如含有不宜沉降的質(zhì)地較輕雜質(zhì)的低濁廢水中，加入二氧化硅、活性炭、粘土一類較粗顆粒或回流部分沉淀污泥可起到加重、加大礬花的作用；當(dāng)采用鋁鹽、鐵鹽作絮凝劑只能產(chǎn)生細(xì)小而松散的絮凝體時(shí)，可投加聚丙烯酰胺、活化硅酸及骨膠等高分子助凝劑，利用它們的強(qiáng)烈吸附架橋作用，使細(xì)小而松散的絮凝體變得粗大而密實(shí)。

四、調(diào)理劑

調(diào)理劑又稱脫水劑，可分為無(wú)機(jī)調(diào)理劑和有機(jī)調(diào)理劑兩大類。無(wú)機(jī)調(diào)理劑一般適用于污泥的真空過(guò)濾和板框過(guò)濾，而有機(jī)調(diào)理劑則適用于污泥的離心脫水和帶式壓濾脫水。

1、常用污泥調(diào)理劑的種類

1）無(wú)機(jī)調(diào)理劑

最有效、最便宜也是最常用的無(wú)機(jī)調(diào)理劑主要有鐵鹽和鋁鹽兩大類。鐵鹽調(diào)理劑主要包括氯化鐵（FeCl3?6H2O）、硫酸鐵（Fe2(SO4)3?4H2O）、硫酸亞鐵（FeSO4?7H2O）以及聚合硫酸鐵（PFS）（[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m）等，鋁鹽調(diào)理劑主要有硫酸鋁（Al2(SO4)3?18H2O）、三氯化鋁（AlCl3）、堿式氯化鋁（Al(OH)2Cl）、聚合氯化鋁（PAC）（[Al2(OH)n?Cl6-n]m）等。

投加無(wú)機(jī)調(diào)理劑后，可以大大加速污泥的濃縮過(guò)程，改善過(guò)濾脫水效果。而且鐵鹽和石灰聯(lián)用可以進(jìn)一步提高調(diào)理效果。投加無(wú)機(jī)調(diào)理劑的缺點(diǎn)一是用量較大，一般來(lái)說(shuō)，投加量要達(dá)到污泥干固體重量的5%～20%，從而導(dǎo)致濾餅體積增大；二是無(wú)機(jī)調(diào)理劑本身具有腐蝕性（尤其是鐵鹽），投加系統(tǒng)要具有防腐性能。應(yīng)當(dāng)注意的是，采用氯化鐵作為調(diào)理劑時(shí)，會(huì)增加對(duì)脫水污泥處理設(shè)備金屬構(gòu)件的腐蝕性，因此所配備的脫水污泥處理設(shè)備的防腐等級(jí)應(yīng)適當(dāng)提高。

2）有機(jī)調(diào)理劑

有機(jī)合成高分子調(diào)理劑種類很多，按聚合度可分為低聚合度（分子量約為1千～幾萬(wàn)）和高聚合度（分子量約為幾十萬(wàn)～幾百萬(wàn)）兩種；按離子型分為陽(yáng)離子型、陰離子型、非離子型、陰陽(yáng)離子型等。與無(wú)機(jī)調(diào)理劑相比，有機(jī)調(diào)理劑投加量較少，一般為污泥干固體重量的0.1%～0.5%，而且沒(méi)有腐蝕性。

用于污泥調(diào)理的有機(jī)調(diào)理劑主要是高聚合度的聚丙烯酰胺系列的絮凝劑產(chǎn)品，主要有陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺、陰離子型聚丙烯酰胺和非離子型聚丙烯酰胺三類。其中陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺能中和污泥顆粒表面的負(fù)電荷并在顆粒間產(chǎn)生架橋作用而顯示出較強(qiáng)的凝聚力，調(diào)理效果顯著，但費(fèi)用較高。為降低成本，可以使用較便宜的陰離子型聚丙烯酰胺-石灰聯(lián)用法，利用帶有正電荷的Ca(OH)2絮體物將帶負(fù)電的絮凝劑和污泥顆粒吸附在一起，形成一種復(fù)合的凝聚體系。

2、污泥調(diào)理劑的選擇

1）調(diào)理劑的品種特點(diǎn)

就常用的鋁鹽和鐵鹽無(wú)機(jī)調(diào)理劑而言，使用鋁鹽時(shí)的藥劑投加量較大，所形成的絮體密度較小，調(diào)理效果較差，在脫水過(guò)程中會(huì)堵塞濾布。因此，在選用無(wú)機(jī)調(diào)理劑時(shí)，盡可能采用鐵鹽；當(dāng)使用鐵鹽會(huì)帶來(lái)許多問(wèn)題時(shí)，再考慮采用鋁鹽。無(wú)機(jī)調(diào)理劑與有機(jī)調(diào)理劑相比，藥劑投加量較大，形成的絮體顆粒細(xì)小，但絮體強(qiáng)度較高。因此在利用真空過(guò)濾機(jī)和板框壓濾機(jī)使污泥脫水時(shí)，可以考慮采用無(wú)機(jī)調(diào)理劑。與無(wú)機(jī)調(diào)理劑相比，有機(jī)調(diào)理劑藥劑投加量較小，形成的絮體粗大，但絮體強(qiáng)度較低，比無(wú)機(jī)調(diào)理劑形成的絮體更容易破碎。而且一旦絮體被破壞，不論采用無(wú)機(jī)調(diào)理劑還是有機(jī)調(diào)理劑，都不易恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。因此在利用離心脫水機(jī)和帶式壓濾機(jī)使污泥脫水時(shí)，可以考慮采用有機(jī)調(diào)理劑。在采用無(wú)機(jī)調(diào)理劑或有機(jī)調(diào)理劑中的一種難以達(dá)到理想的調(diào)理效果時(shí)，可以考慮將無(wú)機(jī)和有機(jī)調(diào)理劑復(fù)配使用，有時(shí)能取得更好的調(diào)理效果。比如石灰和三氯化鐵聯(lián)合使用，不但能起到調(diào)節(jié)pH值的作用，而且石灰和污水中的重碳酸鈣生成的碳酸鈣顆粒結(jié)構(gòu)還能增加污泥的孔隙率，促進(jìn)泥水分離。

2）污泥性質(zhì)

不同性質(zhì)的污泥，選用調(diào)理劑的種類和投加量也有很大差異。對(duì)有機(jī)物含量高的污泥，較為有效的調(diào)理劑是陽(yáng)離子型有機(jī)高分子調(diào)理劑，而且有機(jī)物含量越高，越適宜選用聚合度越高的陽(yáng)離子型有機(jī)高分子調(diào)理劑。而對(duì)以無(wú)機(jī)物為主的污泥，則可以考慮采用陰離子型有機(jī)高分子調(diào)理劑。污泥性質(zhì)的不同直接影響調(diào)理效果：初沉池污泥較易脫水，而浮渣和剩余活性污泥則較難脫水，混合污泥的脫水性能則介于兩者之間。為達(dá)到一定的調(diào)理效果，所需調(diào)理劑的數(shù)量存在顯著差異。一般來(lái)說(shuō)，越難脫水的污泥其調(diào)理用藥劑量越大，污泥顆粒細(xì)小，會(huì)導(dǎo)致調(diào)理劑消耗量的增加，污泥中的有機(jī)物含量和堿度高，也會(huì)導(dǎo)致調(diào)理劑用量的加大。另外，污泥含固率也影響調(diào)理劑的投加量，一般污泥含固率越高，調(diào)理劑的投加量越大。

五、絮凝劑、助凝劑、調(diào)理劑的關(guān)系

脫水劑是對(duì)污泥進(jìn)行脫水之前投加的藥劑，也就是污泥的調(diào)理劑，因此脫水劑和調(diào)理劑的意義是一樣的。脫水劑或調(diào)理劑的投加量一般都以污泥干固體重量的百分比計(jì)。

絮凝劑應(yīng)用于去除污水中懸浮物，是水處理領(lǐng)域的重要藥劑。絮凝劑的投加量一般以待處理水的單位體積內(nèi)投加的數(shù)量來(lái)表示。

脫水劑（調(diào)理劑）與絮凝劑、助凝劑的投加量都可以稱為加藥量。同一種藥劑既可以在處理污水時(shí)應(yīng)用為絮凝劑，又可以在剩余污泥處理過(guò)程中應(yīng)用為調(diào)理劑或脫水劑。

助凝劑用在水處理領(lǐng)域作為絮凝劑的助劑時(shí)被稱為助凝劑，同一種助凝劑在剩余污泥處理時(shí)一般不稱助凝劑，而是統(tǒng)稱為調(diào)理劑或脫水劑。

使用絮凝劑時(shí)，由于水中的懸浮物數(shù)量畢竟有限，為了實(shí)現(xiàn)絮凝劑與懸浮顆粒的充分接觸，需要配備混合、反應(yīng)設(shè)施，并且都要具有足夠的時(shí)間，比如混合需要幾十秒到數(shù)分鐘、反應(yīng)則需要15～30min。而污泥脫水時(shí)從投加調(diào)理劑到污泥進(jìn)入脫水機(jī)往往只有幾十秒的時(shí)間，即只有相當(dāng)于絮凝劑的混合過(guò)程、沒(méi)有反應(yīng)的時(shí)間，而且經(jīng)驗(yàn)也表明，調(diào)理效果會(huì)隨著逗留時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。