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2023.10.24
廢水處理:深入了解混凝絮凝/凝集單元的操作技巧!

 

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。

 

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