凈水混凝劑比選小試研究

劉建軍， 魏振彥， 馬 嬌， 張怡然， 張劍鋒， 趙 宇

(1.天津泰達水業(yè)有限公司， 天津 300457； 2.天津泰達津聯(lián)自來水有限公司， 天津 300457)

混凝是常規(guī)給水處理過程中的重要環(huán)節(jié)之一[1]。凈水廠普遍使用鐵鹽、鋁鹽等無機藥劑作為混凝劑，選擇合適高效的混凝劑、確定合理的投藥配比和投加量對保證水廠出水穩(wěn)定達標至關(guān)重要[2]。目前，天津市某凈水廠采用三氯化鐵(FeCl3)和聚合氯化鋁(PAC)復合投加的方式進行混凝，歷年來對該地區(qū)原水的處理有較好的適用性[3]。但隨著混凝藥劑標準的日益嚴格以及供水標準的提高，有必要對各種混凝劑的處理效果進行對比積累。筆者通過混凝小試，對多種混凝劑進行比選優(yōu)化，以期為凈水廠實際生產(chǎn)和藥劑選擇提供參考。

1 試驗部分

1.1 試驗原水與藥劑

試驗所在凈水廠采用的生產(chǎn)工藝為原水—預氧化—混凝—脈沖澄清/斜管沉淀—過濾—消毒[4]，以實際生產(chǎn)中預氧化單元(目前采用預臭氧化，臭氧投加量為1.0 mg/L)出水為試驗原水，進行模擬生產(chǎn)的混凝小試。原水濁度為8.83 NTU，pH為7.99，水溫為26.4℃。

采用某凈水藥劑廠生產(chǎn)的聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)和聚合氯化鋁鐵(PAFC)藥劑進行試驗，單獨投加或與凈水廠目前采用的三氯化鐵(FeCl3)或PAC藥劑進行復合投加。

PFS是一種性能優(yōu)越的無機高分子混凝劑，具有較強的電中和能力、較大的分子量、較強的吸附性能和很好的穩(wěn)定性，廣泛應用于飲用水、工業(yè)用水、各種工業(yè)廢水、城市污水、污泥脫水等的凈化處理[7-8]。

PAFC是通過鋁鹽和鐵鹽復合共聚形成新型結(jié)構(gòu)的無機復合型高分子絮凝劑，綜合了鋁鹽和鐵鹽的優(yōu)點，依據(jù)協(xié)同增效原理，能改善混凝性能[9]。

1.2 試驗方法

混凝試驗在TA6-2程控混凝試驗攪拌儀上進行，模擬水廠實際混凝過程設(shè)置攪拌程序：首先以40 r/min攪拌30 s，投加第一種混凝劑(FeCl3或PFS)后再攪拌3 min；更改轉(zhuǎn)數(shù)為150 r/min，投加第二種混凝劑(PAC或PAFC)后攪拌2 min；最后以40 r/min攪拌15 min。分別靜置10 和20 min后，測定沉后水余濁，同時觀察礬花形成、出體時間和絮體分離情況，對比各種新混凝藥劑和現(xiàn)用混凝藥劑的混凝效果。

1.3 檢測項目和方法

濁度: 分光光度法，HACH 2100N 型濁度儀；pH: 玻璃電極法，Mettler Toledo 320 型 pH 計；溫度：JM222L型便攜式數(shù)字溫度計。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚合氯化鋁的混凝效果

進行新PAC與現(xiàn)用FeCl3復合投加的混凝小試，結(jié)果見圖1。第7、第8組采用試驗期間水廠實際生產(chǎn)中投加的PAC和FeCl3(生產(chǎn)中實際投加量均為15 mg/L)，進行對比試驗。

圖1 聚合氯化鋁復合三氯化鐵的混凝效果Fig.1 Coagulation effect of PAC combined with FeCl3

新PAC與現(xiàn)用FeCl3復合投加時，藥劑投加總量在27～35 mg/L時，混凝效果較好，10 min出水濁度均在0.5 NTU以內(nèi)，20 min出水濁度均降至0.4 NTU以下。隨著藥劑投加總量的增加，出水濁度呈先降低后升高的現(xiàn)象，藥劑總投加量為33 mg/L時出水濁度最低，在0.3 NTU以下；當藥劑總投加量增加至35 mg/L時，出水濁度略有升高，與總投加量為30 mg/L時持平。

對比第2、第5組與第7、第8組處理效果可知，在同等藥量投加條件下，現(xiàn)用FeCl3與新PAC復合投加的混凝效果略優(yōu)于生產(chǎn)現(xiàn)用PAC和FeCl3復合投加。結(jié)合經(jīng)濟性要求，投加15 mg/L FeCl3復配15 mg/L新PAC進行混凝，20 min出水濁度能降至0.33 NTU，可供生產(chǎn)選擇。

2.2 聚合硫酸鐵的混凝效果

進行單獨投加PFS、PFS與現(xiàn)用PAC復合投加的混凝小試，各組混凝劑投加量及沉后水余濁見圖2。

由圖2中第1～6組的試驗結(jié)果可知，單獨投加PFS的混凝效果不佳，投加量由15 mg/L增加至40 mg/L時，20 min出水最小濁度仍為1.39 NTU，濁度最高去除率僅為84.2%。

圖2 聚合硫酸鐵的混凝效果Fig.2 Coagulation effect of PFS

根據(jù)第7～10組的試驗結(jié)果可知，PFS與現(xiàn)用PAC復合投加時，混凝效果較好。PFS與PAC的投加量分別為20和15 mg/L時，20 min出水濁度最低，為0.62 NTU。繼續(xù)增大PAC投加量至20 mg/L，總藥劑投加量為40 mg/L時，20 min出水濁度未進一步降低。

結(jié)合圖1中第7、第8組的試驗結(jié)果可知，投加生產(chǎn)現(xiàn)用15 mg/L FeCl3和15 mg/L PAC時，20 min出水濁度為0.35 NTU，現(xiàn)用藥劑的混凝效果明顯優(yōu)于新藥劑PFS。此外，試驗期間發(fā)現(xiàn)PFS稀釋后出現(xiàn)渾濁沉淀現(xiàn)象，需慎重考慮其生產(chǎn)適用性。

2.3 聚合氯化鋁鐵的混凝效果

進行單獨投加PAFC以及PAFC與現(xiàn)用FeCl3復合投加的混凝小試，各組混凝劑投加量及沉后水余濁見圖3。

圖3 聚合氯化鋁鐵的混凝效果Fig.3 Coagulation effect of PAFC

單獨投加PAFC時，投加量由15 mg/L增加至35 mg/L，出水濁度逐漸降低；投加量為35 mg/L，20 min出水濁度最低，為0.33 NTU。繼續(xù)增大PAFC投加量至40 mg/L，出水濁度反而略有升高。

PAFC與現(xiàn)用FeCl3復合投加時，混凝效果較好?；炷齽┛偼都恿坑?5 mg/L增加至35 mg/L時，20 min出水濁度逐漸降低。10 mg/L FeCl3復配25 mg/L PAFC的混凝效果最優(yōu)，20 min出水濁度為0.31 NTU，去除率高達96.5%。繼續(xù)增大PAFC投加量至30 mg/L，藥劑總投加量為40 mg/L時，20 min出水濁度反而有所上升，為0.50 NTU。

此外，對比第4組和第9組的試驗結(jié)果可知，單獨投加30 mg/L PAFC與復配投加10 mg/L FeCl3及15 mg/L PAFC的效果類似，20 min出水濁度為0.46 NTU。

3 結(jié)論

① 新PAC與現(xiàn)用FeCl3復合投加的混凝效果優(yōu)良，與生產(chǎn)現(xiàn)用PAC與FeCl3復合投加的混凝效果相近。針對試驗時原水情況，可采用15 mg/L FeCl3復配15 mg/L新PAC的投加量供生產(chǎn)選擇。

② 單獨投加PFS時，混凝效果不佳。PFS與PAC的投加量分別為20和15 mg/L 時，20 min出水濁度最低。現(xiàn)用藥劑的混凝效果明顯優(yōu)于新藥劑PFS。此外，針對試驗期間發(fā)現(xiàn)的PFS稀釋后的渾濁沉淀現(xiàn)象，需慎重考慮其生產(chǎn)適用性。

③ PAFC與現(xiàn)用FeCl3復合投加時，混凝效果較好。10 mg/L FeCl3復配25 mg/L PAFC的混凝效果最優(yōu)，20 min出水濁度為0.31 NTU。單獨投加30 mg/L PAFC與復配投加10 mg/L FeCl3及15 mg/L PAFC的混凝效果差別不大，20 min出水濁度可降至0.46 NTU。