絮凝沉降技术在水处理中的应用研究

Posted 2023-01-14 絮凝

篇首语：金鞍玉勒寻芳客，未信我庐别有春。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了絮凝沉降技术在水处理中的应用研究相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

前言

天然水体中常含有泥砂、粘土、腐殖质等悬浮物和胶体杂质及细菌、真菌、藻类、病毒等微生物，它们在水中具有－定的稳定性，是造成水体混浊、颜色和异味的主要原因。混凝处理就是以除去这些杂质为主要目的，使水中悬浮物的含量降至5mg /l 以下，即得到澄清水，习惯上称它们为水的预处理。经过预处理后的水，根据不同的用途再进行深度处理。如作为锅炉用水，还必须用离子交换的方法除去水中溶解件的盐类及用加热或抽真空和鼓风的方法除去水中溶解性的气体。如不首先除去这些杂质．后续处理(如除盐等) 将无法进行。因此，水的混凝处理是水处理工艺流程中的一个重要环节。

絮凝沉降技术在水处理工艺中是一项广泛应用的技术。它不仅可用于给水处理，还可用于工业废水处理。许多工业废水经絮凝澄清后可返回工艺过程使用。这样不仅充分利用了水资源，而且有利于保护环境，因而有明显的经济社会效益。从目前国内的现状看，絮凝沉降技术虽获得了广泛应用，但一般絮凝剂耗量较高，有的还因选型不宜或使用方法不当，絮凝澄清效果不理想，为改善絮凝澄清效果、降低药剂消耗费用［1］，木文将应用研究的体会介绍给大家，供大家参考。

2 絮凝剂类型与适用范围

2．1 无机絮凝剂

无机絮凝剂主要是铁盐和铝盐，例如三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁、聚合硫酸铁、硫酸铝、明矾、碱式氯化铝、聚合氯化铝等。它们的作用机理是通过水解形成胶状氢氧化物，这些氢氧化物与水中的悬浮粒子相碰吸附在一起，形成絮凝团，从而加速沉降过程，此外也具有一定的电性中和作用。这类药剂应用历史悠久，在饮用水与工业给水处理中占主导地位。在工业废水处理中也还有一定的市场，特别是对于某些含有机质的工业废水，通过混凝作用，经澄清后不仅可获得较清的水质，而且还能除去一部分有机物(COD) 。但这类药剂耗量较大、形成的絮团小、沉降速度慢并具有一定的腐蚀性，操作工人的劳动强度也较大。对于一般工业废水的固液分离，采用合成有机高分子絮凝剂日益增多。

2．2 天然高分子絮凝剂

天然高分子絮凝剂主要有田箐胶(其组成与性能与国外的加尔胶相似) 、淀粉、麸皮、猪屎豆粉、大叶楠木叶、仙人掌汁、F691 等，以及这些物质的改性产物。这类絮凝剂在矿物加工中主要用作矿浆过滤的助滤剂，在工业水处理中也有使用的。这类絮凝剂单耗也较高、形成的絮团小，单独用于絮凝澄清，效果也不理想，但将它与少量适宜的合成有机高分子絮凝剂联合使用，不仅絮凝澄清效果好，而且药剂消耗费用一般也较低。

2．3 合成有机高分子絮凝剂－聚丙烯酰胺

首先发明于美国，并于1955 年在铀矿加工中获得成功应用。60 年代初开始研制，于60 年代中期首先在国内铀水冶工艺中应用用，随后再扩展应用到其它行业。目前的合成有机高分子絮凝剂可分为阴离子、阳离子和非离子型三大类及其系列产品。

非离子型聚丙烯酸胺是用丙烯酞胺单体在一定条件下进行聚合制备的。

阴离子型絮凝剂既可用丙烯酰胺单体通过聚合水解反应来制备，也可用丙烯酰胺单体与丙烯酸钠按一定比例进行共聚来制备。通过改变两者的配比可制备不同阴离子强度的系列产品，当丙烯酰胺含量为零时，即为强阴离子型聚丙烯酸钠。

阳离子型絮凝剂一般用丙烯酰胺与季铵盐单体进行共聚来制备，通过改变两者的配比，可制得不同阳离子强度的系列产品。

非离子型聚内烯酰胺适用于固体微粒表面净电荷低的体系，一般可用于酸性或近中性的体系。阳离子型絮凝剂适用于固体微粒表面带负电荷的体系，一般适用于某些含有机质的体系。阴离子型絮凝剂适用于固体微粒表面带正电荷的体系，一般为碱性或近中性的体系。例如一般的选矿废水、高炉煤气洗涤水、转炉炼钢除尘水、烧结厂废水及某些含石灰质及两价或三价金属化合物的废水等。阴离子型絮凝剂应用范围较广，目前市场上出售的聚丙烯酞胺干粉，绝大部分都是弱阴离子型，水解度为25-30%。从表面看，合成有机高分子絮凝剂价格较贵，但分子量高，只要选型适宜，一般用量很少，且形成的絮团大、沉降速度快、出水清，其药剂消耗总费用一般比用无机絮凝剂低。

3 应用研究实例

混凝处理包括药剂、水的混合及反应(包括脱稳、凝聚、絮凝) 两个阶段。为了提高混凝处理的效果，必须选用性能良好的药剂，创造适宜的化学和水力学条件。

在目前的水处理设计中，各种混凝剂的加药量可参考以下数据: 硫酸亚铁40-100mg/l; 三氯化铁25-60mg/l; 硫酸铝35-80mg/l; 聚合铝5-10mg/l。本实验采用明矾(硫酸铝钾KAl(SO4)2·12H2O) 。

3．1 实验仪器

(1) ZR4-6 型混凝试验搅拌器

(2) wzs-180 低浊度仪

3．2 实验方法［3］

(1) 用1000ml 量筒取6 个水样(云龙湖水) 至6 个1000ml烧杯中。所取水样要搅拌均匀，要一次量取，以尽量减少取样浓度上的误差。

(2) 投药量: 本实验采用明矾(硫酸铝钾KAl (SO4)2·12H2O) 30-230mg /l。

(3) 将第一组水样置于ZR4-6 型混凝试验搅拌器下。(搅拌时间和程序已按说明书预先设定好) 与此同时，按计算好的投药量，用移液管分别移取不同量的药液至加药管中。

(4) 开动机器，在第一次自动加药后，用蒸馏水冲洗加药试管2 次。

(5) 混凝实验搅拌器以500r /min 的速度搅拌30s，150r /min 的速度搅拌5min， 80r /min 的速度搅10min。

(6) 搅拌过程中，注意观察并记录“矾花”形成的过程，“矾花”外观、大小度等。

(7) 搅拌过程完成后，停机，静沉15min，观察并记录“矾花”沉淀的过程。

(8) 第一组6 个水样，静止15min 后．用医用针筒取出约100ml 的上清液，置于6 个洗净的125ml 烧杯中，并分别用浊度仪测出剩余浊度，记录。

(9) 比较第一组实验结果，根据6 个水样所测得的剩余浊度值，以及水样混凝沉淀时现象观察记录的分析，对最佳投药量所在区间作出判断，缩小实验范围(加药量范围) ，重新设定(第二组) 实验的最大和最小投药量值a、b 之间的X1、X2、X3、X4值，重复以上试验。

由于第一组实验剩余浊度呈递增趋势(见图1) ，所以重新设定第二组实验浓度范围为2-30 mg /l(见图2) 。

3．3 结果整理

以投药量为横坐标，以剩余浊度为纵座标，绘制投药量剩余浊度曲线，从曲线上可求得10mg /l 为最佳投药量值。

4 结论

4．1 混凝剂剂量

混凝剂的剂量是影响混凝效果的重要因素。图3 示出了混凝剂剂量与出水剩余浊度之间的关系［4］。。

曲线分成四个区域。在第一区，因剂量不足，尚未起到脱稳作用，剩余浊度较高; 在第二区，因剂量适当，产生快速凝聚，出水剩余浊度急剧下降; 在第三区，剂量继续增加，由于胶体颗粒吸附了过量的混凝剂水解中间产物，引起胶体颗粒电性变号，发生再稳现象，出水剩余浊度重新增加; 在第四区，进一步提高剂量，使混凝剂过饱和程度增大，生成大量难溶的氢氧化物沉淀，通过吸附、网捕等作用，引起二次凝聚，出水剩余浊度义一次降低。

图3 混凝剂剂量对混凝效果的影响

ρ1，ρ2，ρ3，ρ4分别为胶体浓度

4．2 悬浮物含量

用云龙湖小南湖水分析表明，加混凝剂前，总悬浮物含量为260 mg /l，加混凝剂后，总悬浮物含量为52mg /l，比原来降低了80%，表明，不仅絮凝澄清效果好，而且药剂消耗费用低，经济、社会效益显著。综上所述，絮凝沉降技术在水处理中的应用前景广阔，针对不同的水质特性，选择电荷性质与密度适宜的絮凝剂及合适的使用方法是获得最佳固液分离效果、降低消耗费用的关键。

参考文献

［1］李志华．絮凝沉降技术在水处理中的应用研究．净水技术，1994，47(1) : 13-18．

［2］Hunter T．K．絮凝剂和表面活性剂在矿物加工中的应用．湿法冶金，1984，1，2．

［3］张可方．水处理实验技术．暨南大学出版社，广州，2003．8: 1-4．

［4］李培元．火力发电厂水处理及水质控制武汉水利电力大学．中国电力出版社，1999，(11) : 48-49．

作者简介：李小云(1972-) ，女，硕士，工程师，主要研究方向为水污染控制。