混凝絮凝單元之成敗,混凝劑與絮凝劑的選擇非常重要

 

混凝和絮凝/凝集是廢水處理不可或缺的關鍵步驟，幾乎所有廢水處理系統都需要經歷這兩個階段。這是因為混凝和絮凝/凝集技術已經相當成熟，設計簡單，操作容易，且相對較低成本。然而，由於這些優勢，我們在實際操作中往往容易忽視混凝和絮凝/凝集的核心原理以及整個系統的設計理念，這可能導致廢水處理效果不佳，放流水質異常，汙泥上浮，水質變得混濁，以及其他相關問題。因此，為了實現適當的廢水處理，我們首先需要確保混凝和絮凝/凝集兩個階段的基本工作得到良好執行，以確保穩定的放流水質或提供穩定的前處理水質，以進入後續的處理階段。

 

混凝的原理

 

混凝是通過添加混凝劑改變水中雜質的物理狀態，使其凝聚成較大的顆粒，便於後續處理。混凝劑通常是帶有正電荷的物質，如鋁鹽或鐵鹽，與水中帶電雜質形成沉澱，形成凝絮體。

 

絮凝的原理

 

絮凝進一步將小顆粒結合成更大的絮凝體，提高沉降速度。這是通過添加絮凝劑，通常是帶有負電荷的高分子聚合物，使小顆粒受到吸引形成絮凝體。這些絮凝體更容易沉降，有助於從水中去除雜質。

 

混凝劑功能與種類

 

一般可以假設水中大部分的懸浮顆粒表面帶負電荷，負負相斥的結果造成了顆粒間彼此分散，無法聚集，這就是我們看到水質混濁的原因。而混凝單元主要是透過投入帶正電荷的混凝劑，藉由正負電中和使得相斥的穩定分散顆粒開始發生不穩定的狀態，逐漸因顆粒與顆粒間的碰撞機會增加，促使顆粒聚集並增大。

 

無機型混凝劑

 

投加的混凝劑一般可分為兩大類，主要有無機混凝劑與有機混凝劑，而無機混凝劑又可分為單體與聚合兩種。市面上常見的有硫酸鋁(明礬)、氯化鋁、硫酸鐵、氯化鐵、聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵。不論是單體或聚合物，在使用時須留意該來源品質是否可靠，在實務上由於這些混凝劑多由其他產業所產生之副產物，除了需確認單位有效成分外，是否參雜其他可能干擾廢水處理系統的成分也是需要去注意的。無機混凝劑主要有以下類型:

 

分類	化學名稱	優點	缺點
傳統混凝劑Metal Salt	氯化鐵 Ferric Chloride	典型有效的混凝藥劑。	pH 5.5至8.5之間使用，通常需要補充液鹼以達到最佳pH值。 通常需要較大劑量。需要反應時間較久。
	硫酸鐵 Ferric Sulphate
	明礬/硫酸鋁Aluminum Sulphate, Alum		pH 5.5和7.5之間使用，通常需要補充液鹼以達到最佳pH。 性能在較低溫度下會顯著降低。 需要反應時間較久。
聚合混凝劑Polymerization Metal Salt	聚合氯化鐵Polyferric Chloride, PFC	對pH值的敏感度要小，反應pH值為4.5  -  9.5。 混合時間較短。 形成之汙泥更堅韌，量更少。	價格上較傳統混凝劑高。
	聚合硫酸鋁Polyaluminum Sulfate, PAS
	聚合氯化鋁Polyaluminum Chloride, PAC
	聚合硫酸鋁鐵Poly Aluminum Ferric Sulfate, PAFS
	聚合氯化鋁鐵Poly Aluminum Ferric Chloride, PAFC

 

有機型混凝劑

 

另一類型的混凝劑為有機混凝劑。有機混凝劑特色在於可提供高濃度的正電荷，僅需要少量添加即可達到電性中和狀態。因此針對無機混凝劑添加量高、染料、塗料等狀態下的廢水，可考慮使用有機混凝劑來處理。在適當操作條件下，具有脫色、水質澄清、降低汙泥量等優點。目前市面上已推出複配型的混凝劑，將兩類型功能綜合搭配使用，減少同時操作數支藥劑的複雜度，並達到最佳混凝效果。

 

絮凝劑/凝集劑功能與種類

 

高分子絮凝劑/凝集劑

 

當混凝劑造成顆粒聚集，此時顆粒大小仍需要相當長的時間才足以沉澱下來，而此時可透過添加高分子絮凝劑/凝集劑，以增加顆粒大小與沉澱速度。絮凝劑/凝集劑種類繁多，依照帶電電荷可分為陽離子絮凝劑/凝集劑、陰離子絮凝劑/凝集劑、兩性離子絮凝劑/凝集劑以及非離子絮凝劑/凝集劑。通常在使用正電混凝劑之後會考慮使用陰離子帶負電的絮凝劑/凝集劑，有助於電性中和，在使用上最廣泛。而在某些狀況下，使用陽離子或非離子絮凝劑/凝集劑之效果反而優於陰離子絮凝劑/凝集劑。因此，在絮凝劑/凝集劑的挑選上，除了陰陽離子的因素之外，該絮凝劑/凝集劑的黏性、分子量以及瓶杯測試的結果都可做為選擇的依據。以下為常見之絮凝劑/凝集劑:

 

分類	化學名稱	優點	缺點
有機陽離子 Organic Cationic polymer	聚氯化己二烯二甲基胺PolyDiallydimethyl Am monium Chloride, PolyDADMAC	產生更密集的抗剪切污泥。 一般與無機混凝劑搭配使用。	增加混凝/絮凝階段的複雜性，但是正確使用可提高工藝性能和降低成本。
	氯甲基一氧三環二甲基胺Epichlorohydrin Dimethylamine Polymer, Epi-DMA
	氯化-α-乙烯基-N,N,N-三甲基苯甲胺 Trimethylammonium Chloride
	聚季胺鹽 Quaternary Ammonium Salt
	聚二甲基胺甲基/聚丙烯醯胺共聚物 Polydimethyl Aminomethyl Polyacrylamide
有機非離子 Nonionic organic polymer	聚丙烯醯胺 Polyacrylamides
	聚乙二醇 Polyethylene Oxide
有機陰離子 Anionic organic polymer	聚丙烯醯胺 Polyacrylamides	藉由架橋作用形成較大型態的汙泥。
	聚丙烯酸 Polyacrylic Acid
	聚丙烯酸鈉 Polyacrylates

 

一劑型粉體絮凝劑

 

目前亦有綜合混凝劑與絮凝劑/凝集劑的一劑型粉體絮凝劑。主要藉由複配型的產品配方設計，將混凝與絮凝/凝集功能集合於一劑。對於現場操作人員而言，只需要調整一支藥劑劑量即可達成電性中和與顆粒增大之物理作用，在操作上相對容易與方便。除此之外，粉體絮凝劑因具有改質礦粉配方，有助於增加在汙泥脫水時之剪力，提高汙泥脫水性。不過此類粉體絮凝劑也有數種選擇，需經過瓶杯測試才可做最佳的選擇。目前市面推出粉體產品有以下幾種類型:

 

通用性一劑型粉體絮凝劑- 處理含有微量油脂與界面活性劑之廢水類型

破乳性一劑型粉體絮凝劑- 處理含有中度油脂或界面活性劑之廢水類型

速效性一劑型粉體絮凝劑- 加速反應與汙泥沉降

回收性一劑型粉體絮凝劑- 低導電度不堵膜

 

結論

 

透過綜合各種混凝劑和絮凝劑/凝集劑在實際應用中的經驗，我們可以清楚地看到它們在廢水處理中的重要性。混凝劑的選擇和使用方式直接影響著廢水處理的成效。在挑選適當的藥劑和確定最適合的操作條件方面，我們需要倚賴各種藥劑供應商提供的專業判斷和服務。這有助於實現最佳的混凝效果，使廢水中的顆粒能夠有效地聚集。隨後，通過與絮凝劑/凝集劑的協同作用，我們可以進一步增大這些顆粒，提高它們的沉降性，實現一種相輔相成的效果。