混凝槽：水與廢水處理中的快速混合工程

創建於 2025.04.18

混凝槽：在水及廢水處理中設計快速混合

在市政飲用水淨化、工業廢水處理及海水淡化前處理中，去除懸浮固體、膠體顆粒、有機色度及濁度是一項基本要求。由於微觀懸浮顆粒帶有負電荷，導致它們相互排斥並無限期保持懸浮狀態，因此僅靠物理沉澱是無效的。

為克服此問題，處理設施利用混凝槽（通常稱為快速混合或瞬間混合池）作為混凝-膠凝-沉澱程序中至關重要的第一步。

混凝槽是一種專業的工業容納槽體，在其中將化學混凝劑快速且劇烈地混合到原水或廢水中。這種高強度混合會破壞膠體懸浮液的穩定性，使微粒能夠結合在一起，並在下游程序中形成較大的聚集體。

混凝槽內部發生的物理和化學過程，是為了達到最大速度和湍流而設計的：

● 快速閃混： 混凝依賴於即時、高強度的分散。機械式高速葉輪、渦輪混合器或專門的管線式靜態混合器，可在數秒內將化學混凝劑均勻分散到整個水體基質中。

● 電荷中和：化學混凝劑（如硫酸鋁（明礬）、氯化鐵或聚合氯化鋁（PAC））溶解後會釋放出帶正電荷的金屬離子。這些離子會中和膠體顆粒（濁度、淤泥、有機物及細菌）周圍具排斥性的負電荷。

● 微絮體形成：一旦電性排斥作用被中和，凡得瓦力便會將不穩定的顆粒拉近，形成微小的團塊（微絮體），為後續的二次凝聚做好準備。

● 短停留時間：由於主要目標是快速化學反應而非沉降，混凝槽的水力停留時間較短，通常介於10至60秒之間。

工程師常將混凝和絮凝歸為一類，但它們發生在截然不同的結構池中：

● 混凝池（快速混合）：特點是劇烈湍流、高速度梯度（G值超過每秒700至1000）以及化學藥劑注入。其唯一目的是快速分散和電荷中和。

● 絮凝池（慢速混合）：位於其下游，此池利用溫和、慢速的槳式攪拌器促進微絮體之間的碰撞，逐步將其形成大型、沉重且易沉澱的絮體。

設計可靠的混凝槽需應對嚴重的機械與化學應力：

● 強烈剪切應力：高速攪拌會產生連續的渦流擾動與結構振動，要求堅固的槽壁加固。

● 侵蝕性化學相容性：許多初級混凝劑（如氯化鐵和濃縮硫酸鋁）具有高度腐蝕性與酸性，需要優異的內襯保護，以防止金屬快速氧化或混凝土劣化。

雖然傳統的快速混合池是以澆築混凝土建造，但現代工業及市政廠房日益採用玻璃熔接鋼（GFS）螺栓槽：

● 優異的化學惰性：熔融玻璃搪瓷塗層在廣泛的pH值範圍（1至14）內能抵抗侵蝕性酸性混凝劑，杜絕化學點蝕與結構腐蝕。

● 超平滑壁面介面： 無孔玻璃表面可防止化學結垢、殘留物堆積及顆粒附著，確保穩定的水力流動。

● 快速模組化安裝： GFS 儲罐可在數週內於現場組裝完成，大幅縮短工廠調試時間，相較於混凝土模板及養護延遲更具優勢。

問：水處理中混凝槽的主要用途是什麼？

答：混凝槽提供快速、高強度的瞬間混合，將化學混凝劑注入原水中，以中和懸浮膠體顆粒的電荷，使其準備好凝聚並沉降。

問：混凝池中通常添加哪些化學藥劑？

答：常見的化學混凝劑包括硫酸鋁（明礬）、氯化鐵、硫酸鐵，以及各種聚合氯化鋁（PAC）聚合物，選擇依據水溫、pH值及原水濁度而定。

問：混凝槽和絮凝槽之間有什麼區別？

答：混凝槽使用劇烈、快速的混合（瞬間混合）在數秒內進行化學電荷中和。絮凝槽則使用緩慢、溫和的攪拌，持續15至30分鐘，將已中和的顆粒聚集形成大型、可沉降的絮體。

問：為什麼GFS儲罐是工業混凝和水處理廠的理想選擇？

答：GFS儲罐對腐蝕性混凝化學品具有卓越的抵抗力，消除混凝土開裂問題，具備無孔玻璃表面以防止化學結垢，且與澆築混凝土池相比可快速安裝。