絮凝劑是怎麼讓汙泥和水分離的？
現在的水處理中絮（混）凝劑的應用很普遍了，但是很多同行對絮（混）凝劑的作用機理普遍不是太瞭解或者瞭解的比較片面，這篇文章會全面解析絮（混）凝劑的作用機理——混凝是凝聚和絮凝的總稱，這裡介紹一下絮凝劑的作用機理。
01
絮凝劑的作用機理
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凝聚
凝聚：主要是指膠體脫穩並生成微小聚集體的過程。凝聚的作用機理一般有：壓縮雙電子層、吸附—電性中和、吸附架橋作用、網捕—卷掃作用四種解釋。
（1）壓縮雙電層作用
根據DLVO理論，加入含有高價態正電荷離子的電解質時，高價態正離子透過靜電引力進入到膠體顆粒表面，置換出原來的低價正離子，這樣雙電層仍然保持電中性，但正離子的數量卻減少了，也就是雙電層的厚度變薄，膠體顆粒滑動面上的ξ電位降低。
當ξ電位降至0時，稱為等電狀態，此時排斥勢壘完全消失。
ξ電位降至某一數值使膠體顆粒總勢能曲線上的勢壘Emax=0，膠體顆粒即發生聚集作用，此時的ξ電位稱為臨界電位ξk。
（2）吸附—電性中和
膠體顆粒表面吸附異號離子、異號膠體顆粒或帶異號電荷的高分子，從而中和了膠體顆粒本身所帶部分電荷，減少了膠粒間的靜電引力，使膠體顆粒更易於聚沉。
驅動力包括靜電引力、氫鍵、配位鍵和範德華力等。可以解釋水處理中膠體顆粒的再穩定現象。
（3）吸附架橋作用
分散體系中的膠體顆粒透過吸附有機物或無機高分子物質架橋連線，凝集為大的聚集體而脫穩聚沉。
分為長鏈高分子架橋和短距離架橋。
三種類型：
① 膠粒與不帶電荷的高分子物質發生架橋，涉及範德華力、氫鍵、配位鍵等吸附力。
② 膠粒與帶異號電荷的高分子物質發生架橋，除範德華力、氫鍵、配位鍵外，還有電中和作用。
③ 膠粒與帶同號電荷的高分子物質發生架橋，“靜電斑”作用。
（4）網捕—卷掃作用
投加到水中的鋁鹽、鐵鹽等混凝劑水解後形成較大量的具有三維立體結構的水合金屬氧化物沉澱，當這些水合金屬氧化物體積收縮沉降時，象篩網一樣將水中膠體顆粒和懸濁質顆粒捕獲卷掃下來。
網捕—卷掃作用主要是一種機械作用。
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絮凝
絮凝
：絮凝主要是指脫穩的膠體或微小懸浮物聚整合大的絮凝體的過程。
異向絮凝
（Perikinetic flocculation）：由布朗運動所引起的膠體顆粒碰撞聚集。
布朗運動隨著顆粒粒徑增長而逐漸減弱，當粒徑增長到一定尺寸，布朗運動不再起作用。
同向絮凝
（orthokinetic flocculation）：由外力（攪拌）推動所引起的膠體顆粒碰撞聚集。
膠體顆粒在外力作用下向某一方向運動，由於不同膠粒存在速度差，依此完成顆粒的碰撞聚集。
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混凝
混凝
：既有凝聚作用（膠體脫穩）又有絮凝作用（脫穩的膠體或微小懸浮物聚集）的，是凝聚、絮凝兩個過程的總稱。是水中膠體粒子及微小懸浮物的聚集過程。
也就是說：
“混凝”包含了從原水投藥到水混合、藥反應（脫穩、絮凝）再到形成大顆粒的絮凝物的整個過程。
而
“絮凝”是
指膠體顆粒脫穩後，從形成微小絮凝物形成大絮體的階段。
02
常用絮凝劑的分類
絮凝劑是能夠降低或消除水中分散微粒的沉澱穩定性和聚合穩定性，使分散微粒凝聚、絮凝成聚集體而除去的一類物質。
按照化學成分，絮凝劑可分為無機絮凝劑、有機絮凝劑以及微生物絮凝劑三大類。
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無機絮凝劑
無機絮凝劑按金屬鹽可分為鋁鹽系及鐵鹽系兩大類，鋁鹽以硫酸鋁、氯化鋁為主，鐵鹽以硫酸鐵、氯化鐵為主。後來在傳統的鋁鹽和鐵鹽的基礎上發展合成出聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵等新型的水處理劑，它的出現不僅降低了處理成本，而且提高了功效。
最常用的為PAC（聚合氯化鋁）、PFS（聚合硫酸鐵）易容於水，具有一定的腐蝕性。可以以溶液形式投加，也可以以顆粒形式投加。
改性的單陽離子無機絮凝劑：除常用的聚鋁、聚鐵外，還有聚活性矽膠及其改性品，如聚矽鋁(鐵)、聚磷鋁(鐵)。
改性的目的是引入某些高電荷離子以提高電荷的中和能力，引入羥基、磷酸根等以增加配位絡合能力，從而改變絮凝效果，其可能的原因是：某些陰離子或陽離子可以改變聚合物的形態結構及分佈，或者是兩種以上聚合物之間具有協同增效作用。
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有機高分子絮凝劑
一般為天然或人工合成的有機高分子物質。有機高分子絮凝劑為有一定線形長度的高分子有機聚合物，其種類很多，按來源可分為天然和人工合成兩大類。在水處理中，人工合成的日益增多並居主要地位。
天然產物多屬於蛋白質或多糖類化合物，如動物膠、澱粉、藻朊酸鈉等。人工合成的有聚丙烯醯胺、聚丙烯酸鈉、聚乙烯亞胺等，大都可電離。
根據其可離解基團特性，可分為陰離子型、陽離子型、兩性等型別，其鏈狀分子可以發揮架橋作用，分子上的荷電基團則發揮電中和的擴散層壓縮作用。由於價格較高，常用於一些特殊用途，如用於處理含高濃度、高渾濁、高色度、特殊嗅味廢水的絮凝。
其中最常用的PAM（聚丙烯醯胺），可溶於水，但溶解速度很慢，一般先配製成溶液後投加。分為陰離子型和陽離子型。陰離子型一般用於汙水絮凝劑，陽離子型一般用於汙泥脫水。PAM易吸水潮解成塊，儲存地點必須乾燥。
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微生物絮凝劑
微生物絮凝劑是一類由微生物或其分泌物產生的代謝產物，它是利用微生物技術，透過細菌、真菌等微生物發酵、提取、精製而得的，是具有生物分解性和安全性的高效、無毒、無二次汙染的水處理劑。
由於微生物絮凝劑可以克服無機高分子和合成有機高分子絮凝劑本身固有的缺陷，最終實現無汙染排放，因此微生物絮凝劑的研究正成為當今世界絮凝劑方面研究的重要課題。
微生物絮凝劑主要包括利用微生物細胞壁提取物的絮凝劑，利用微生物細胞壁代謝產物的絮凝劑、直接利用微生物細胞的絮凝劑和克隆技術所獲得的絮凝劑。
微生物產生的絮凝劑物質為糖蛋白、粘多糖、蛋白質、纖維素、DNA等高分子化合物，相對分子質量在105以上。
在利用微生物絮凝劑進行汙、廢水的處理過程中，倘若對微生物絮凝劑的淨水機理缺乏正確的認識，則往往會造成許多不必要的損失，例如利用微生物絮凝劑處理相同電荷的汙水，不僅會帶來絮凝劑的過度浪費，還不能取得較為理想的處理效果。
再如忽略了微生物絮凝劑的最佳投加量，造成絮凝劑的過量投加或投加不足，往往也不能取得較好的處理效果。
限於條件及技術的限制，到目前為止，人們對微生物絮凝劑的絮凝機理尚缺少一個較為清楚的解釋。
現今人們對微生物絮凝劑的作用機理存在著多種假說，包括：以生枝動膠菌可積累聚羥基丁酸為依據的PHB聚合學說；以胞外纖維絲可聚合形成絮凝物為基礎的菌外纖絲纖維素學說，此外還有But-terfield提出的粘質假說、Strantford提出的病毒假說以及吸附架橋學說和電性中和學說等。
03
影響絮凝劑使用的因素
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水的pH值
水的pH值對無機絮凝劑的使用效果影響很大，pH值的大小關係到選用絮凝劑的種類、投加量和混凝沉澱效果。水中的H+和OH-參與絮凝劑的水解反應，因此，
pH值強烈影響絮凝劑的水解速度、水解產物的存在形態和效能。
以透過生成Al（OH）3帶電膠體實現混凝作用的鋁鹽為例，當pH值＜4時，Al3+不能大量水解成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之間時，Al3+水解聚合成聚合度很大的Al（OH）3中性膠體，混凝效果較好。pH值＞8後，Al3+水解成AlO2-，混凝效果又變得很差。
水的鹼度對pH值有緩衝作用，當鹼度不夠時，應新增石灰等藥劑予以補充。當水的pH值偏高時，則需要加酸調整pH值到中性。相比之下，高分子絮凝劑受pH值的影響較小。
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水溫
水溫影響絮凝劑的水解速度和礬花形成的速度及結構。
混凝的水解多是吸熱反應，水溫較低時，水解速度慢且不完全。
低溫情況下，水的粘度大，布朗運動減弱，絮凝劑膠體顆粒與水中雜質顆粒的碰撞次數減少，同時水的剪下力增大，阻礙混凝絮體的相互粘合。因此，儘管增加了絮凝劑的投加量，絮體的形成還是很緩慢，而且結構鬆散、顆粒細小，難以去除。
低溫對高分子絮凝劑的影響較小。
但要注意的是，
使用有機高分子絮凝劑時，水溫不能過高
，高溫容易使有機高分子絮凝劑老化甚至分解生成不溶性物質，從而降低混凝效果。
3
水中雜質成分
水中雜質顆粒大小參差不齊對混凝有利，細小而均勻會導致混凝效果很差。
雜質顆粒濃度過低往往對混凝不利，此時迴流沉澱物或投加助凝劑可提高混凝效果。
水中雜質顆粒含有大量有機物時，混凝效果會變差
，需要增加投藥量或投加氧化劑等起助凝作用的藥劑。
水中的鈣鎂離子、硫化物、磷化物一般對混凝有利，而某些陰離子、表面活性物質對混凝有不利影響。
4
絮凝劑選擇
絮凝劑的選擇主要取決於水中膠體和懸浮物的性質及濃度。
如果水中汙染物主要呈膠體狀態，則應首選無機絮凝劑使其脫穩凝聚，如果絮體細小，則需要投加高分子絮凝劑或配合使用活化矽膠等助凝劑。
很多情況下，將無機絮凝劑與高分子絮凝劑聯合使用
，可明顯提高混凝效果，擴大應用範圍。對於高分子而言，鏈狀分子上所帶電荷量越大，電荷密度越高，鏈越能充分伸展，吸附架橋的作用範圍也就越大，混凝效果會越好。
5
絮凝劑投加量
使用混凝法處理任何廢水，都存在最佳絮凝劑和最佳投藥量，通常都要透過試驗確定，投加量過大可能造成膠體的再穩定。
一般普通鐵鹽、鋁鹽的投加範圍是10～100mg/L，聚合鹽為普通鹽投加量的1/2～1/3，有機高分子絮凝劑的投加範圍是1～5mg/L。
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絮凝劑投加順序
當使用多種絮凝劑時，需要透過試驗確定最佳投加順序。一般來說，當無機絮凝劑與有機絮凝劑並用時，
應先投加無機絮凝劑，再投加有機絮凝劑。
而處理雜質顆粒尺寸在50μm以上時，常先投加有機絮凝劑吸附架橋，再投加無機絮凝劑壓縮雙電層使膠體脫穩。
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水力條件
在混合階段，要求絮凝劑與水迅速均勻地混合，而到了反應階段，既要創造足夠的碰撞機會和良好的吸附條件讓絮體有足夠的成長機會，又要防止已生成的小絮體被打碎，因此攪拌強度要逐步減小，反應時間要足夠長。