絮凝劑的復合使用在水處理中的應用

于益群，薛 鵬，趙 超，何宇涵

(天津泰達新水源科技開發(fā)有限公司 天津300450)

絮凝劑的復合使用在水處理中的應用

于益群，薛 鵬，趙 超，何宇涵

(天津泰達新水源科技開發(fā)有限公司 天津300450)

PAM 陽、陰離子與三氯化鐵、聚合氯化鋁都是常用的水處理藥劑。PAM 是聚丙稀銑胺的簡稱，在水處理中作為一種常見的助凝劑，而三氯化鐵、聚合氯化鋁則是常見的絮凝劑。其他絮凝劑還包括聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵等。該實驗選擇藥品，綜合考慮了藥品成本、觀察效果和水質情況 3個方面的因素，發(fā)現聚合氯化鋁與 PAM 陽離子聯合投加具有成本低、污水處理效果好的優(yōu)點。因此用聚合氯化鋁作為絮凝劑與 PAM 陽離子搭配，主要了解其對總磷和SS的最佳去除率，并確定最適宜的比例。

水處理 混凝法 總磷 SS

隨著城市化、工業(yè)化進程的加快，城市所產生的污水也越來越多。早期由于環(huán)保意識的淡薄和落后的發(fā)展模式，很多地區(qū)將不經處理的污水排入河流湖泊等自然水體，導致水體富營養(yǎng)化，水生生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞并衰退，經過演替變成陸地生態(tài)系統(tǒng)，使得大量水生資源流失，造成了巨大的經濟損失。環(huán)境的惡化給人們敲響了警鐘，于是環(huán)保事業(yè)也如雨后春筍一般發(fā)展了起來。如今環(huán)境保護行業(yè)發(fā)展最為成熟的就是水處理領域。水處理方法有：活性污泥法、生物膜法、土地處理系統(tǒng)等，具體包括 SBR、OA/2、倒置OA/2等為人們所熟知的傳統(tǒng)工藝和 CANON、IDEA、MBBR等新工藝。它們都能有效降低水中的氮磷和有機物含量。本次實驗對某工業(yè)區(qū)污水廠進水通過混凝燒杯試驗的處理，即在既定溫度、攪拌強度的條件下，討論最佳的混凝劑與投加比，最后對處理后的污水總磷和SS含量進行檢測，并加以總結。

1 混凝概述

1.1 混凝原理

混凝指通過向水中投加藥劑使膠體物質脫穩(wěn)并聚集成較大的顆粒，以使其在后續(xù)的沉淀過程中分離或在過濾過程中被截除。通過向水中投加混凝劑可破壞膠體的穩(wěn)定狀態(tài)，脫穩(wěn)之后的膠體顆粒可借助一定的水力條件通過碰撞而彼此聚集絮凝，形成足以靠重力沉淀的較大的絮體，從而易于從水中分離。其具體機理分為：電性中和、吸附架橋作用、網捕作用等。[2]

1.1.1 電性中和

電性中和又分為壓縮雙電層和吸附電中和兩種。通過投加電解質壓縮擴散層以導致膠粒間相互凝聚的作用機理稱為壓縮雙電層作用機理。利用吸附能力，離子可直接進入滑動面內與膠核上的電位離子發(fā)生吸附中和作用，這種吸附不受電性中和的約束，只要有吸附空位就會發(fā)生。

1.1.2 吸附架橋作用

吸附架橋作用主要用來解釋高分子混凝劑的作用過程。高分子混凝劑多為一種松散的網狀長鏈式結構，分子量高，分子大，具有能與膠粒表面某些部位作用的化學基團，對水中膠粒能產生強烈的吸附作用和粘結橋連作用。通過高分子鏈狀結構吸附膠體，微粒可以構成一定形式的聚集物，從而破壞膠體系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.1.3 網捕作用(沉淀物的卷掃)

當金屬鹽作混凝劑時，如果投加量非常大，足以達到沉析金屬氫氧化物或金屬碳酸鹽時，水中的膠體顆粒可被這些沉析物在形成的過程中卷掃(網捕)，從而隨之一起沉淀。此時膠體顆粒的結構并沒有大的改變，基本上是一種機械作用，只是成為金屬氫氧化物沉淀形成的核心。

上述這 3種混凝機理在水處理過程中不是孤立的現象，而往往是同時存在的。對于水處理中常用的高分子混凝劑來說，主要以吸附架橋機理為主；而對于無機的金屬鹽混凝劑，則電性中和和粘結架橋作用同時存在；當投量很多時，還會有卷掃作用。[3]

1.2 影響混凝的因素

由于膠體的混凝過程比較復雜，原水水質又各異，因此混凝效果的好壞受許多因素的影響，主要有水溫、水的pH值和堿度、原水水質、水力條件及混凝劑種類及投加量等。

1.2.1 水溫的影響

溫度對混凝效果產生影響的主要原因為水溫影響藥劑溶解速度、黏滯性。此外，水溫還對膠體顆粒的水化膜形成有影響：水溫低時，膠體顆粒水化作用增強，水化膜增厚，妨礙膠體凝聚，而且水化膜內的水由于黏度和重度增大，影響了顆粒之間粘附強度。

1.2.2 pH值的影響

對于不同的混凝劑，水的 pH值的影響程度也不相同。對于聚合形態(tài)的混凝劑，如聚合氯化鋁和有機高分子混凝劑，其混凝效果受水體 pH值的影響程度較小。鋁鹽和鐵鹽混凝劑投入水中后的水解反應過程，其水解產物直接受到水體 pH值的影響，會不斷產生 H離子，從而導致水的 pH值降低。因此，要使pH值保持在合適的范圍內，水中應有足夠的堿性物質與H離子中和。

1.2.3 水質的影響

對于處理以濁度為主的污水，主要的水質影響因素是水中的懸浮物含量，水中電解質和有機物的含量對混凝也有一定的影響。水中懸浮物含量很低時，顆粒碰撞機率大大減小，混凝效果差，通常采用投加高分子助凝劑或礬花核心類助凝劑等方法來提高混凝效果。如果原水懸浮物含量很高，一般在水中先投加高分子助凝劑，如聚丙烯酰胺等。

1.2.4 水力條件的影響

混合、絮凝階段的G和GT值不同，是混凝工藝過程中的重要控制參數。在混合階段，以膠體的異向凝聚為主，要使藥劑迅速均勻地分散到水中以利于水解、聚合及脫穩(wěn)。這個階段進行得很快，特別是Al3＋、Fe3＋鹽混凝劑，所以必須對水進行劇烈、快速的攪拌。要求的控制指標為：混合時間 10～30,s，≤2,min；攪拌強度以 G 值表示，控制在 700～1,000(s-1)。在絮凝階段，主要以同向絮凝(以水力或機械攪拌促使顆粒碰撞絮凝)為主。同向絮凝效果與速度梯度 G和絮凝時間 T有關。由于此時絮體已經長大，易破碎，所以 G值比前一階段減小，即攪拌強度或水流速度應逐步降低。主要控制指標為：平均值G值為20～70,s-1，平均GT值為54,101～101。[4-6]

1.2.5 混凝劑投加量的影響

混凝劑的最佳投加量是指能達到水質目標的最小投加量。最佳投藥量具有技術經濟意義，最好通過燒杯試驗確定。

2 實驗部分

2.1 實驗目的

通過燒杯實驗，在既定的溫度、pH值、水質條件下，通過 SS、總磷去除情況確定最佳投藥比(助凝劑與絮凝劑之比)。

2.2 實驗水樣

實驗水樣來源于某工業(yè)區(qū)污水廠進水，主要包含了生活污水和工業(yè)區(qū)的排放廢水，水樣略顯渾濁，有淡淡的刺激性氣味。由于實驗需求，測得原水水質如表1所示：

表1 原水水質表Tab.1 List of raw water quality

2.3 實驗試劑和儀器

2.3.1 試劑和所用儀器

試劑：聚丙烯酰胺陽、陰離子試劑，三氯化鐵，聚合氯化鋁等。

儀器：六聯攪拌機，TA6-2程控混凝實驗攪拌儀。濁度儀，HACH 2100N。紫外分光光度，島津UV-1800。

2.3.2 混凝劑的選取理由

PAM 與三氯化鐵、聚合氯化鋁都是常用的水處理藥劑。本次實驗在藥品上的選擇，在考慮藥品成本、觀察效果和水質情況 3個方面的綜合因素后，發(fā)現聚合氯化鋁與 PAM陽離子聯合投加具有成本低、對于污水處理效果好的優(yōu)點。因此用聚合氯化鋁作為絮凝劑與 PAM陽離子搭配，主要了解其對總磷和SS的最佳去除率，并確定最適宜的比例。

2.4 實驗方案

聚合氯化鋁溶液，配制濃度為 10,mg/L；三氯化鐵溶液，配制濃度為10,mg/L；絮凝劑PAM陽離子溶液，配制濃度為 1,g/L；絮凝劑 PAM 陰離子溶液，配制濃度為1,g/L。

調制六聯攪拌儀參數，模擬污水廠工藝的水力條件。實驗用原水采自絮凝池入口，檢查并記錄水溫、SS、總磷等數值。

2.5 實驗步驟

2.5.1 聚合氯化鋁不同投加量的混凝實驗

投加量分 6個梯度，分別為 50,mg/L、80,mg/L、100,mg/L、120,mg/L、150,mg/L、180,mg/L。

程序 1：設定攪拌轉速 60,rpm，2,min后投加藥劑。

程序2：設定攪拌轉速60,rpm，慢攪30,min。

程序3：靜置10,min，澄清后取樣檢測SS和TP。

2.5.2 三氯化鐵不同投加量的混凝實驗

投加量分 6個梯度，分別為 50,mg/L、80,mg/L、100,mg/L、120,mg/L、150,mg/L、180,mg/L。

程序1：設定攪拌轉速60,rpm，2,min后投加三氯化鐵。

程序2：設定攪拌轉速60,rpm，慢攪30,min。

程序3：靜置10,min，澄清后取樣檢測SS和TP。

2.5.3 聚合氯化鋁和三氯化鐵聯合投加的混凝實驗

投加量分 6個梯度，順序為鐵前鋁后，分別為30,mg/L、30,mg/L；40,mg/L、40,mg/L；50,mg/L、50,mg/L；60,mg/L、60,mg/L；70,mg/L、70,mg/L；80,mg/L、80,mg/L。

程序1：設定攪拌轉速60,rpm，2,min后投加三氯化鐵，1,min后投加聚合氯化鋁。

程序2：設定攪拌轉速60,rpm，慢攪30,min。

程序3：靜置10,min，澄清后取樣檢測SS和TP。

2.5.4 聚合氯化鋁和 PAM 陽離子聯合投加的混凝實驗

投加量分 6個梯度，順序為鋁前 PAM后，分別為 30,mg/L、0.2,mg/L；50,mg/L、0.2,mg/L；80,mg/L、0.2,mg/L；100,mg/L、0.2,mg/L；120,mg/L、0.2,mg/L；150,mg/L、0.2,mg/L。

程序1：設定攪拌轉速60,rpm，2,min后投加聚合氯化鋁，3,min后投加PAM。

程序2：設定攪拌轉速60,rpm，慢攪30,min。

程序3：靜置10,min，澄清后取樣檢測SS和TP。

2.5.5 聚合氯化鋁和 PAM 陰離子聯合投加的混凝實驗

投加量分 6個梯度，順序為鋁前 PAM后，分別為 30,mg/L、0.2,mg/L；50,mg/L、0.2,mg/L；80,mg/L、0.2,mg/L；100,mg/L、0.2,mg/L；120,mg/L、0.2,mg/L；150,mg/L、0.2,mg/L。

2.6 實驗分析法

對5組對比實驗的30個水樣的總磷和SS進行檢測。總磷測定采用國標紫外分光光度計法，SS測定采用國標衡重法。

3 結果與討論

3.1 檢測數據(見表2～6)

表2 聚合氯化鋁不同投加量的混凝實驗數值Tab.2 Flocculation experiment values under different dosing of PAC

表3 三氯化鐵不同投加量的混凝實驗數值Tab.3 Flocculation experiment values under different dosing of ferric trichloride

表4 聚合氯化鋁和三氯化鐵聯合投加的混凝實驗數值Tab.4 Flocculation experiment values under joint dosing of PAC and ferric trichloride

表5 聚合氯化鋁和 PAM陽離子聯合投加的混凝實驗數值Tab.5 Flocculation experiment values under joint dosing of PAC and PAM cation

表6 聚合氯化鋁和 PAM陰離子聯合投加的混凝實驗數值Tab.6 Flocculation experiment values under joint dosing of PAC and PAM anion

3.2 數據分析

通過 5組數據可以證明，混凝藥劑投加量與總磷、SS去除率均成正比，藥劑投加量越大去除率越高，但隨著藥劑量的進一步加大，水體中總磷、SS去除率逐漸趨近于恒定。

實驗1與實驗2、3進行對比：使用相同的原水，投加量等條件都相同，聚合氯化鋁對總磷和 SS的去除率大于三氯化鐵。

實驗1與實驗4、5進行對比：使用相同的原水，投加量等條件都相同，聚合氯化鋁與 PAM陽離子聯合投加對總磷和SS的去除率大于其他聯合投加方法。

實驗4的6個水樣縱向對比：PAM陽離子投加量固定為 0.2,mg/L，增加聚合氯化鋁的投加量，總磷與SS的去除率增加并不明顯。

3.3 實驗中注意事項

水樣：取樣時應該按地表水采樣標準進行采樣，且水樣應注意保存，必要時可以密封，保存時間不超過24,h。

藥品的配制：PAM較難溶于水中，在溶解時應該緩慢且少量加入水中不斷攪拌，水溫控制在 60,℃為最佳溶解溫度。

藥品的投加：為防止在藥品投加時藥品部分殘留在加樣器上的情況，每次投加完藥品后應用少量蒸餾水對加樣器進行沖洗。

4 實驗結論

4.1 實驗結果

由總磷與 SS變化情況可以看出：①針對該污水廠進水的特異性，使用聚合氯化鋁作為絮凝劑比使用三氯化鐵的效果好。②使用 PAM陽離子作為助凝劑比使用 PAM 陰離子的效果好。③對于該污水廠原水，在投加量、水溫、PH值均相同的條件下，使用聚合氯化鋁作為絮凝劑與PAM陽離子作為助凝劑按一定比例混合投加對原水的總磷、SS去除效果最好。④在聚合氯化鋁投加量為30,mg/L時，水體中的絮凝反應已達到平衡，考慮成本因素，此時已達到最佳投加量。⑤由于在聚合氯化鋁投加量為30,mg/L時達到最佳效果，本次實驗沒有對相同條件下小于聚合氯化鋁投加量30,mg/L進行實驗，所以還需繼續(xù)試驗進行探究，力求在保證出廠水水質的條件下節(jié)能環(huán)保，降低成本。■

［1］ 張瑜，黃曦濤. 校園生活污水分質處理及循環(huán)利用的管理對策[J]. 安徽農業(yè)科學，2009，37(23)：11273-11275.

［2］ 鄭先俊. 高校校園污水生物接觸氧化處理與回用的試驗研究[D]. 西安：長安大學，2007.

［3］ 熊仁軍. 城市污水磁種絮凝-高梯度磁分離凈化工藝及其理論機理研究[D]. 武漢：武漢理工大學，2004.

［4］ 徐超. 磁絮凝劑的制備及絮凝性能研究[D]. 鎮(zhèn)江：江蘇大學，2009.

［5］ 黃自力. 無機離子廢水深度處理的工藝與溶液化學研究[D]. 長沙：中南大學，2004.

［6］ 胡文茜，吳純德，傅妍芳，等. 混凝復配劑的制備及其污水處理效果[J]. 生態(tài)科學，2005，24(2)：140-142.

Application of Composite Flocculants in Water Treatment

YU Yiqun，XUE Peng，ZHAO Chao，HE Yuhan
(TEDA New Water Source Technology Development Co.，Ltd.，Tianjin 300450，China)

PAM cation and anion，ferric chloride and aluminum chloride are commonly used water treatment chemicals．Poly acrylamide，abbreviated as PAM，is a common coagulant in water treatment，while ferric chloride and aluminum chloride are common flocculants．Other polymeric flocculants include aluminum sulfate，ferric sulfate and etc．The selection of drugs for the experiment took into account of 3 factors，including cost of drug，observed effect and water quality．It is found that the joint dosing of PAC and PAM cation has advantages of low cost and good sewage treatment effect．Therefore，PAC was used as a flocculant to coordinate with PAM cation to understand the optimum removal of TP and SS and determine the most appropriate ratio.

water treatment；coagulation；TP；SS

TV123

A

：1006-8945(2016)07-0088-04

2016-06-06