引言：為什么 “礬花” 是混凝工藝的 “核心密碼”？

在污水處理的 “混凝 - 沉淀” 環(huán)節(jié)中，礬花的形態(tài)、粒徑、密度直接決定出水 SS（懸浮物）、COD 去除率、藥劑消耗成本—— 某污水廠數(shù)據(jù)顯示：理想礬花可使出水濁度從 20NTU 降至 1NTU 以下，藥劑成本降低 30%；而不合格礬花（細(xì)小 / 松散 / 上?。?huì)導(dǎo)致處理效率下降 50%，甚至引發(fā)環(huán)保超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。本文從 “微觀反應(yīng)→現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控→特殊工況→智能升級(jí)” 全鏈條，拆解礬花的形成邏輯與實(shí)操技巧。

一、微觀視角：礬花形成的 “分子級(jí)” 機(jī)理

1. 三大核心機(jī)理的 “微觀過(guò)程”

（1）電中和作用：膠體顆粒的 “電荷中和戰(zhàn)”

• 初始狀態(tài)：污水中膠體顆粒（如黏土、細(xì)菌、有機(jī)物）表面帶負(fù)電（Zeta 電位≈-15~-30mV），因 “同性相斥” 穩(wěn)定懸浮，無(wú)法自然沉降（見(jiàn)圖 1：膠體顆粒穩(wěn)定示意圖）。

• 反應(yīng)過(guò)程：投加 PAC 后，水解生成帶正電的聚合離子（如 Al??O?(OH)????、Fe?(OH)?2?），這些離子快速吸附到膠體表面，逐步中和負(fù)電荷，使 Zeta 電位趨近于 “等電點(diǎn)（±5mV）”。

• 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)：當(dāng) Zeta 電位從 - 20mV 降至 - 5mV 時(shí)，膠體顆粒排斥力下降 80%，開(kāi)始發(fā)生 “凝聚”（顆粒粒徑從 1~10μm 聚集成 50~100μm）。

（2）吸附架橋作用：高分子的 “鎖鏈連接術(shù)”

• 水解產(chǎn)物特性：PAC/PFS 進(jìn)一步水解生成線性高分子聚合物（如 Al (OH)?聚合物、Fe (OH)?凝膠），分子鏈長(zhǎng)度可達(dá) 100~1000nm，兩端帶有 “吸附活性位點(diǎn)”。

• 架橋過(guò)程：

1. 高分子鏈一端吸附在 “已中和電荷的膠體顆粒” 表面；

2. 另一端延伸至水中，吸附另一顆膠體顆粒；

3. 多顆顆粒通過(guò) “分子鎖鏈” 連接，形成絮狀結(jié)構(gòu)（粒徑從 100μm 增至 300~500μm）。

• 助凝劑強(qiáng)化：PAM（聚丙烯酰胺）的分子鏈更長(zhǎng)（數(shù)萬(wàn)～數(shù)百萬(wàn)分子量），吸附架橋能力是無(wú)機(jī)混凝劑的 10~20 倍，可使礬花粒徑再提升 50%（見(jiàn)圖 2：吸附架橋機(jī)理示意圖）。

（3）網(wǎng)捕卷掃作用：氫氧化物的 “沉淀大網(wǎng)”

• 當(dāng)混凝劑投加量較高時(shí)，水解生成大量 Al (OH)?、Fe (OH)?沉淀，這些沉淀形成 “三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)”，像漁網(wǎng)一樣 “兜住” 水中的膠體顆粒、微小絮體，強(qiáng)制其隨沉淀下沉。

• 適用場(chǎng)景：高濁度污水（SS＞500mg/L）、低溫低濁水（濁度＜5NTU），網(wǎng)捕作用可提升去除率 20~30%。

2. 礬花成長(zhǎng)的 “四階段” 微觀特征

二、影響礬花形成的 “量化因素”

1. 混凝劑選型與投加量（精準(zhǔn)匹配水質(zhì)）

（1）主流混凝劑的礬花特性對(duì)比

（2）投加量的 “精準(zhǔn)計(jì)算方法”

• 基礎(chǔ)公式：投加量（mg/L）=（原水 SS× 去除率 ×1.2）/ 混凝劑有效含量

• 示例：市政污水原水 SS=200mg/L，目標(biāo)去除率 90%，PAC 有效 Al?O?含量 = 10%，則投加量 =（200×90%×1.2）/10%=2160mg/L？→ 錯(cuò)誤！實(shí)際需除以 “混凝劑純度”（PAC 純度通常為 30%），修正后 = 2160×(10%/30%)=720mg/L？→ 再結(jié)合小試調(diào)整：小試中 100mg/L PAC 對(duì)應(yīng)礬花粒徑 2mm，沉降速度 2cm/min，可按此比例推導(dǎo)實(shí)際投加量。

• 關(guān)鍵原則：“寧少勿多”，過(guò)量投加會(huì)導(dǎo)致 Zeta 電位過(guò)高（＞+5mV），引發(fā) “反絮凝”，礬花重新分散。

2. 水質(zhì)特性的 “臨界影響值”

（1）pH 值：決定混凝劑水解效率

• PAC 水解的 “臨界 pH”：＜5.5 時(shí)，Al3?難以形成聚合離子，礬花細(xì)?。唬?.5 時(shí)，生成 AlO??，無(wú)礬花形成。

• 調(diào)整方法：

• 酸性污水（pH＜5.0）：投加石灰乳（10% 濃度），每降低 1 個(gè) pH 單位，投加量約 50~100mg/L；

• 堿性污水（pH＞9.0）：投加硫酸（5% 濃度），每升高 1 個(gè) pH 單位，投加量約 30~60mg/L。

（2）水溫：影響反應(yīng)速率與礬花結(jié)構(gòu)

（3）濁度與 COD：影響礬花 “附著點(diǎn)”

• 高濁度（SS＞500mg/L）：膠體顆粒多，需增加投加量（+50~100mg/L），搭配陰離子 PAM（0.5~1mg/L）強(qiáng)化架橋；

• 低濁度（SS＜50mg/L）：膠體顆粒少，易 “顆粒不足”，需投加黏土（50~100mg/L）作為 “載體”，或選用有機(jī) - 無(wú)機(jī)復(fù)合混凝劑。

3. 操作條件的 “量化控制指標(biāo)”

（1）攪拌強(qiáng)度與時(shí)間（G 值 + GT 值）

• 快速混合階段（藥劑分散）：

• G 值（速度梯度）：150~300s?1，對(duì)應(yīng)攪拌轉(zhuǎn)速 150~200rpm；

• 時(shí)間：1~3min，GT 值（G×T）=1×10?~3×10?；

• 設(shè)備：機(jī)械攪拌槳（槳葉直徑為池體的 1/3~1/2）。

• 絮凝反應(yīng)階段（礬花成長(zhǎng)）：

• G 值：20~60s?1，對(duì)應(yīng)攪拌轉(zhuǎn)速 30~60rpm；

• 時(shí)間：15~30min，GT 值 = 1×10?~3×10?；

• 禁忌：過(guò)度攪拌（G＞80s?1）會(huì)打碎礬花，需采用 “漸變式攪拌”（從 60rpm 逐步降至 20rpm）。

（2）反應(yīng)池水力條件

• 水流速度：0.1~0.3m/s，避免流速過(guò)快導(dǎo)致礬花沖刷；

• 池體設(shè)計(jì)：采用折板絮凝池（折板間距 5~10cm）或網(wǎng)格絮凝池（網(wǎng)格層數(shù) 3~5 層），提升顆粒碰撞概率。

三、礬花狀態(tài)的 “現(xiàn)場(chǎng)判斷手冊(cè)”

1. 理想礬花的 “6 大判定標(biāo)準(zhǔn)”

2. 常見(jiàn)礬花問(wèn)題的 “深度診斷與解決”

（1）問(wèn)題 1：礬花細(xì)小、松散，沉降速度＜1cm/min

• 核心原因（按優(yōu)先級(jí)排序）：

1. 投加量不足（Zeta 電位＜-10mV）；

2. pH 值偏離最佳范圍（如 PAC 處理 pH=4.5 的污水）；

3. 攪拌強(qiáng)度不足（G＜50s?1），顆粒碰撞不充分；

4. 原水 COD 過(guò)高（＞500mg/L），有機(jī)物質(zhì)包裹膠體。

• 分步解決步驟：

1. 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè) Zeta 電位：若＜-10mV，每次增加 PAC 投加量 50mg/L，直至電位達(dá)到 - 5~0mV；

2. 檢測(cè) pH 值：若＜5.5，投加石灰乳調(diào)整至 6.5~7.5；

3. 優(yōu)化攪拌：將絮凝階段 G 值提升至 80~100s?1，反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)至 25min；

4. 若 COD 過(guò)高：投加氧化劑（如二氧化氯 50~100mg/L）預(yù)處理，破壞有機(jī)物結(jié)構(gòu)后再投加混凝劑。

• 案例：某食品廠污水（COD=600mg/L，pH=5.0），初始 PAC 投加量 100mg/L，礬花細(xì)小；調(diào)整 pH 至 7.0，PAC 增至 200mg/L，補(bǔ)加 PAM 0.8mg/L，礬花粒徑達(dá) 3mm，沉降速度提升至 2.2cm/min。

（2）問(wèn)題 2：礬花上浮，水面形成浮渣

• 核心原因：

1. 沉淀池排泥不及時(shí)（污泥停留時(shí)間＞24h），底部污泥厭氧產(chǎn)氣（甲烷、硫化氫），帶動(dòng)礬花上?。?/span>

2. 藥劑過(guò)量（Zeta 電位＞+5mV），礬花比重＜1；

3. 含油污水破乳不徹底，礬花裹油上浮。

• 分步解決步驟：

1. 檢查排泥系統(tǒng)：若污泥斗積泥厚度＞1m，啟動(dòng)應(yīng)急排泥（排泥時(shí)間 30~60min），將污泥停留時(shí)間控制在 8~12h；

2. 檢測(cè) Zeta 電位：若＞+5mV，減少 PAC 投加量 30%，觀察礬花是否下沉；

3. 含油污水：投加破乳劑（如聚醚類破乳劑 50~100mg/L），再投加 PAC，形成密度較大的礬花。

（3）問(wèn)題 3：礬花易破碎，出水帶懸浮物

• 核心原因：

1. 絮凝階段攪拌強(qiáng)度過(guò)大（G＞100s?1）；

2. 出水堰流速過(guò)快（＞0.5m/s），沖刷礬花；

3. 礬花老化（反應(yīng)時(shí)間＞30min）。

• 分步解決步驟：

1. 調(diào)整攪拌轉(zhuǎn)速：將絮凝階段轉(zhuǎn)速?gòu)?80rpm 降至 40rpm，G 值控制在 50s?1；

2. 優(yōu)化出水堰：增加堰板長(zhǎng)度（每米堰板負(fù)荷＜10m3/h），降低水流速度；

3. 縮短反應(yīng)時(shí)間：將絮凝時(shí)間從 30min 壓縮至 20min，避免礬花老化。

四、特殊工況下的 “礬花調(diào)控專項(xiàng)方案”

1. 低溫低濁水（水溫＜10℃，濁度＜5NTU）

• 痛點(diǎn)：混凝劑水解慢，膠體顆粒少，礬花難以形成；

• 調(diào)控方案：

• 藥劑組合：PFS（主混凝劑）+ 陽(yáng)離子 PAM（助凝劑）+ 污泥回流（晶種）；

• 投加參數(shù)：PFS=200~250mg/L，陽(yáng)離子 PAM=1~1.5mg/L，污泥回流比 = 8~12%；

• 反應(yīng)條件：pH=6.5~7.5，絮凝時(shí)間 = 25~30min，G 值 = 80~100s?1；

• 案例效果：某北方污水廠冬季（水溫 8℃），采用該方案后，出水濁度從 8NTU 降至 1.2NTU，SS 從 30mg/L 降至 8mg/L。

2. 高濁度污水（SS＞1000mg/L，如礦山廢水、暴雨徑流）

• 痛點(diǎn)：膠體顆粒過(guò)多，藥劑消耗大，礬花易 “包裹不全”；

• 調(diào)控方案：

• 藥劑組合：PAC+ 陰離子 PAM（高分子量，1200 萬(wàn)～1800 萬(wàn)）；

• 投加參數(shù)：PAC=300~500mg/L，陰離子 PAM=1.5~2mg/L，分兩次投加（PAC 先投加 70%，攪拌 5min 后投加剩余 30%+PAM）；

• 反應(yīng)條件：快速混合時(shí)間 = 3min（G=300s?1），絮凝時(shí)間 = 30min（G=60s?1）；

• 輔助措施：在反應(yīng)池前增設(shè) “預(yù)沉池”，去除大顆粒懸浮物（SS 去除率 40~50%），降低后續(xù)藥劑負(fù)荷。

3. 含油廢水（含油量＞100mg/L，如化工、餐飲污水）

• 痛點(diǎn)：油滴包裹膠體，礬花易浮起，破乳困難；

• 調(diào)控方案：

• 藥劑組合：PAFC（破乳 + 混凝）+ 非離子 PAM + 石灰（調(diào)節(jié) pH）；

• 投加參數(shù)：PAFC=200~300mg/L，非離子 PAM=1~1.2mg/L，石灰投加量 = 100~150mg/L（pH 調(diào)至 7.5~8.5）；

• 反應(yīng)條件：快速混合時(shí)間 = 2min（G=250s?1），絮凝時(shí)間 = 20min（G=40s?1）；

• 分離工藝：采用 “氣浮 + 沉淀” 組合，氣浮去除浮油和輕質(zhì)礬花，沉淀去除重質(zhì)礬花。

4. 印染廢水（高色度、高 COD，如活性染料廢水）

• 痛點(diǎn)：有機(jī)染料分子小，不易被礬花吸附，色度去除難；

• 調(diào)控方案：

• 藥劑組合：PAC+ 陽(yáng)離子型有機(jī)混凝劑（如聚二甲基二烯丙基氯化銨）+ PAM；

• 投加參數(shù)：PAC=150~200mg/L，有機(jī)混凝劑 = 30~50mg/L，PAM=0.8~1mg/L；

• 預(yù)處理：投加硫酸亞鐵（100~150mg/L），破壞染料分子結(jié)構(gòu)，提升吸附效果；

• 效果：色度去除率從 60% 提升至 85%，COD 去除率從 40% 提升至 65%。

五、實(shí)驗(yàn)室小試與中試：礬花調(diào)控的 “前置關(guān)鍵步驟”

1. 小試操作步驟（所需儀器：燒杯、攪拌器、量筒、Zeta 電位儀）

（1）水樣準(zhǔn)備

• 取原水 1000ml，置于 1000ml 燒杯中，測(cè)量初始 SS、濁度、pH、Zeta 電位。

（2）藥劑配置

• PAC 溶液：配置 10g/L 的 PAC 母液（10g PAC 溶于 1L 水）；

• PAM 溶液：配置 0.1g/L 的 PAM 母液（0.1g PAM 溶于 1L 水，攪拌 30min 至完全溶解）。

（3）梯度實(shí)驗(yàn)

（4）結(jié)果分析

• 繪制 “投加量 - 礬花粒徑”“投加量 - 濁度” 曲線，選擇濁度最低、礬花形態(tài)最佳的實(shí)驗(yàn)組作為基準(zhǔn)參數(shù)；

• 推導(dǎo)實(shí)際投加量：實(shí)際投加量 = 小試最佳投加量 ×（實(shí)際處理水量 / 小試水量）×1.2（安全系數(shù)）。

2. 中試驗(yàn)證（適配污水廠改造前測(cè)試）

• 設(shè)備：中試規(guī)模絮凝池（容積 1~5m3）、沉淀池（停留時(shí)間 2h）、在線監(jiān)測(cè)儀（濁度、SS）；

• 步驟：按小試推導(dǎo)的參數(shù)投加藥劑，連續(xù)運(yùn)行 24h，記錄不同時(shí)段的礬花狀態(tài)、出水水質(zhì)；

• 調(diào)整：若出水濁度＞5NTU，每次增加 PAC 投加量 20mg/L，直至穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

六、智能監(jiān)控技術(shù)：礬花調(diào)控的 “數(shù)字化升級(jí)”

1. 礬花圖像識(shí)別系統(tǒng)（核心設(shè)備）

（1）技術(shù)原理

• 攝像頭安裝在絮凝池出口或沉淀池進(jìn)口，實(shí)時(shí)拍攝礬花圖像，通過(guò) AI 算法分析礬花的 “面積占比、平均粒徑、密度分布”；

• 數(shù)據(jù)傳輸至自動(dòng)投加系統(tǒng)，根據(jù)圖像分析結(jié)果動(dòng)態(tài)調(diào)整混凝劑 / PAM 投加量。

（2）設(shè)備選型與安裝

• 攝像頭：分辨率≥1080P，防護(hù)等級(jí) IP68（防水防塵），鏡頭朝向水流方向（與水流垂直）；

• 安裝位置：絮凝池出口 1m 處（礬花形態(tài)穩(wěn)定），距離水面 50cm；

• 算法參數(shù)：設(shè)定礬花平均粒徑閾值（2~5mm），當(dāng)粒徑＜2mm 時(shí)，自動(dòng)增加投加量；當(dāng)粒徑＞5mm 時(shí)，自動(dòng)減少投加量。

（3）應(yīng)用效果

• 某市政污水廠應(yīng)用案例：藥劑消耗降低 35%，出水濁度波動(dòng)范圍從 ±2NTU 縮小至 ±0.5NTU，人工調(diào)整頻率從每天 3 次降至每周 1 次。

2. 在線監(jiān)測(cè)指標(biāo)聯(lián)動(dòng)

• 監(jiān)測(cè)參數(shù)：Zeta 電位（實(shí)時(shí)）、濁度（實(shí)時(shí)）、SS（每 5min 一次）、pH（實(shí)時(shí)）；

• 聯(lián)動(dòng)邏輯：

• 當(dāng) Zeta 電位＜-10mV 且濁度＞5NTU：增加 PAC 投加量 20%；

• 當(dāng) pH＜5.5 且礬花粒徑＜1mm：?jiǎn)?dòng)堿液投加系統(tǒng)；

• 當(dāng) SS＞10mg/L 且沉降速度＜1cm/min：增加 PAM 投加量 0.3mg/L。

七、工程應(yīng)用案例庫(kù)

案例 1：市政污水廠混凝工藝優(yōu)化（北方某污水廠，處理量 10 萬(wàn) m3/d）

• 原水水質(zhì)：SS=200~300mg/L，濁度 = 15~25NTU，pH=6.5~7.5，水溫：冬季 8~12℃，夏季 25~30℃；

• 原有問(wèn)題：冬季礬花松散，沉降慢，出水濁度＞8NTU；

• 優(yōu)化方案：

• 藥劑調(diào)整：冬季采用 PFS + 陽(yáng)離子 PAM，夏季采用 PAC + 陰離子 PAM；

• 智能投加：安裝礬花圖像識(shí)別系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)調(diào)整投加量；

• 工藝改造：將絮凝池?cái)嚢杵鞲臑?“漸變式轉(zhuǎn)速”（從 200rpm 降至 30rpm）；

• 優(yōu)化效果：冬季出水濁度降至 1.5~2.5NTU，藥劑成本降低 32%，全年 SS 達(dá)標(biāo)率 100%。

案例 2：化工園區(qū)污水廠含油廢水處理（處理量 5 萬(wàn) m3/d）

• 原水水質(zhì)：含油量 = 150~200mg/L，COD=800~1000mg/L，SS=300~400mg/L，pH=7.0~8.0；

• 原有問(wèn)題：礬花裹油上浮，出水含油量＞10mg/L，SS＞20mg/L；

• 優(yōu)化方案：

• 藥劑組合：PAFC（250mg/L）+ 破乳劑（80mg/L）+ 非離子 PAM（1mg/L）；

• 工藝調(diào)整：增設(shè)氣浮池（停留時(shí)間 30min），前置破乳反應(yīng)池（停留時(shí)間 10min）；

• 優(yōu)化效果：出水含油量＜3mg/L，SS＜8mg/L，COD 去除率提升至 70%。

案例 3：低溫低濁水應(yīng)急處理（南方某污水廠，暴雨后水質(zhì)：濁度 = 3NTU，水溫 = 9℃，SS=40mg/L）

• 原有問(wèn)題：常規(guī) PAC 投加 100mg/L，無(wú)明顯礬花，出水濁度＞5NTU；

• 應(yīng)急方案：

• 藥劑組合：PFS（220mg/L）+ 陽(yáng)離子 PAM（1.2mg/L）+ 污泥回流（回流比 10%）；

• 反應(yīng)條件：pH 調(diào)整至 7.0，絮凝時(shí)間延長(zhǎng)至 28min；

• 應(yīng)急效果：1 小時(shí)內(nèi)形成穩(wěn)定礬花，出水濁度降至 1.0NTU，SS 降至 6mg/L，持續(xù)運(yùn)行 48h 無(wú)波動(dòng)。

總結(jié)：礬花調(diào)控的 “核心邏輯”

礬花的形成是 “電中和→吸附架橋→網(wǎng)捕” 的協(xié)同過(guò)程，其狀態(tài)好壞取決于 “藥劑選型 × 水質(zhì)適配 × 操作條件” 的三維匹配。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)中，需遵循 “先小試、再中試、后落地” 的原則，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)變化動(dòng)態(tài)調(diào)整參數(shù)；特殊工況下需針對(duì)性優(yōu)化藥劑組合與工藝條件，借助智能監(jiān)控技術(shù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)控，最終達(dá)到 “礬花密實(shí)、沉降快速、出水達(dá)標(biāo)、成本最優(yōu)” 的目標(biāo)。