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

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)。