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2018.10.29
如何做好廢水處理中的混凝與絮凝/凝集單元!? (混凝絮凝/凝集篇)

如何做好廢水處理中的混凝與絮凝/凝集單元!?

混凝劑與絮凝劑的選擇,關乎混凝絮凝單元之成敗~

 

混凝與絮凝/凝集兩單元是一般廢水處理系統中所不可或缺的重要步驟,幾乎各家廢水皆需要經過此兩物理處理單元。原因是這混凝與絮凝/凝集技術相對純熟、設計簡單、操作容易,比較之下操作成本相對較低。但由於這樣平易特性,在實際運作上常容易忽略混凝與絮凝/凝集的本質與系統的設計理念,造成廢水處理效果不佳、放流水質異常、汙泥上浮、水質混濁、汙泥過多等衍生問題。因此,要將廢水處理適當,當中的第一項基本功即是做好混凝與絮凝/凝集兩單元,以獲得穩定的放流水質,或提供穩定的前處理水質以進入第二段處理。

 

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,是否參雜其他可能幹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

 

綜合目前各種混凝劑與絮凝劑/凝集劑在實務案例上使用之經驗,廢水處理之好壞,混凝劑的選擇與使用扮演了關鍵性的角色。藥劑之挑選與最適操作條件,需藉由各藥劑供應商提供專業的判斷與服務,以發揮最佳的混凝效果,使廢水中顆粒有效聚集,再藉由絮凝劑/凝集劑的配合,將顆粒增大,增加沉降性,達到相輔相成之效果。

 

以下影片為金屬前處理廢水使用一劑型粉體絮凝劑 (左: PAC/PAM, 右: 粉體絮凝劑)。使用粉體絮凝劑能得到更好的絮凝效果,較快的沉澱速度,汙泥量也較少於一般混凝劑(在達到同樣效果的前提下)。

 

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