劉淑華
隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，城市供水量的需求越來越大，對(duì)水質(zhì)的要求也越來越嚴(yán)格。全國(guó)飲用水源水的污染還在加劇，七大水系有一半以上的江段被污染，面對(duì)這些矛盾，必須進(jìn)一步開發(fā)和利用水資源，治理城市污水和工業(yè)廢水，從而提供安全的飲用水，確保各種供水量，緩解缺水現(xiàn)象。為此，研制使用高效混凝劑具有重要的意義。本文就混凝劑的現(xiàn)狀及發(fā)展談幾點(diǎn)看法。
無機(jī)高分子混凝劑
我國(guó)無機(jī)高分子混凝劑的研制及生產(chǎn)起步較早，僅晚日本3年，比西歐尚早4年。產(chǎn)品主要有聚合氯化鋁、聚合硫酸鐵等。
聚合硫酸鐵（PFS）
80年代以來，我國(guó)研制、生產(chǎn)的各種聚鐵相繼聞世，有液體聚合硫酸鐵，還有固體聚合硫酸鐵，固體聚鐵在穩(wěn)定性、運(yùn)輸和貯存方面更顯示其優(yōu)越性。
聚合硫酸鐵是一種堿式硫酸鐵的聚合物。其通式為：[Fe2(OH)n(SO4)3-（n/2）]m，式中n＜2，m＞10。聚合硫酸鐵含有[Fe2(OH)]3+、[Fe3(OH)6]3+[Fe8(OH)20]4+等高價(jià)多核絡(luò)離子，且水解產(chǎn)物膠粒電荷高，因而具有優(yōu)良的凝聚性能。作為混凝劑，和單體鐵鹽相比，聚合硫酸鐵殘余鐵含量少于單體鐵鹽，其腐蝕性遠(yuǎn)小于單體三氯化鐵；和鋁鹽相比，投加量增加時(shí)，堿式氯化鋁的出水水質(zhì)有變壞的傾向，而聚合硫酸鐵的出水水質(zhì)沒有這種不良現(xiàn)象。
聚合硫酸鐵和單體硫酸鐵混凝效果對(duì)比見表1：
聚合硫酸鐵和單體硫酸鐵混凝效果對(duì)比（水樣濁度28度） 表1 | 混凝劑加入量（以Fe3+計(jì)） mg/L | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 |
| 上清液濁度（度） | 硫酸鐵 | 2.4 | 1.3 | 0.7 | 0.6 | 0.7 | 0.7 | 1.0 | 2.2 |
| 聚合硫酸鐵 | 3.1 | 1.7 | 1.0 | 0.6 | 0.5 | 0.4 | 0.4 | 0.2 |
試驗(yàn)證明：聚合硫酸鐵比堿式氯化鋁更適應(yīng)多變化、多雜質(zhì)的原水.用聚合硫酸鐵處理水,耗藥量少,排泥量少,處理效果好。聚合硫酸鐵可用于給水凈化、處理城市污水和工業(yè)廢水、污泥脫水等。
1）給水凈化
處理長(zhǎng)江原水，濁度變化在70～225 mg/L范圍時(shí)，聚鐵投加量為1.43 mg/L，澄清率可達(dá)95%左右，且藥劑費(fèi)用最多只相當(dāng)于硫酸鋁費(fèi)用之55.6%，凈化水符合國(guó)家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。處理海河原水，耗藥量比硫酸亞鐵明顯減少，而且由于聚鐵形成的絮凝物具有良好的壓縮性和脫水性，若以一座澄清池計(jì)，每月可節(jié)約2000 m3水。
2）城市污水處理
對(duì)垃圾場(chǎng)浸瀝水處理：投加量為400mg/L時(shí)，COD去除率約在90%左右，色度去除率為90%，同樣條件下，聚合氯化鋁，硫酸鋁色度去除率分別為70%、60%。糞便污水處理：當(dāng)投加量大于200 mg/L時(shí)，幾種混凝劑混凝效果的順序是：PFS＞FC＞AS。屠宰牲畜污水處理：試用中投加聚合硫酸鐵1000mg/L，絮凝顆粒緊密、沉降快，出水清晰。污水懸浮物從1027 mg/L降到80 mg/L，COD從2721 mg/L降到80 mg/L，去除率97%以上。
3）工業(yè)廢水處理
聚合硫酸鐵可用于處理：制革廠綜合廢水；造紙廠紙漿白水；顏料廢水；染料廠廢水；洗毛廢水；含銅廢水；原木蒸煮廢水；汽車廠廢水等等。
聚硫氯化鋁（PACS）
聚硫氯化鋁是一種新型無機(jī)高分子混凝劑，其通式是：[Al4(OH)2nCl10-2nSO4]m（n=2～5，m≤5）。實(shí)驗(yàn)表明：使用聚硫氯化鋁凈水，對(duì)水中有機(jī)物的去除效果和除色效果均優(yōu)于硫酸鋁，它可以凈化濁度和色度較高的地面水。有資料說明，它用于污染相當(dāng)嚴(yán)重的京杭大運(yùn)河的混凝處理時(shí)，其投加量相當(dāng)于硫酸鋁的1/2。聚硫氯化鋁和硫酸鋁的對(duì)比試驗(yàn)見表2 [1]。
聚硫氯化鋁和硫酸鋁澄清水的比較 表2 | 序號(hào) | 水溫℃ | 原水 | 加聚硫氯化鋁 | 加硫酸鋁 |
| 濁度(mg/L) | pH | 加藥量(mg/L) | 濁度(mg/L) | pH | 加藥量(mg/L) | 濁度(mg/L) | pH |
1
2
3 | 13
10
18 | 114
124
210 | 7.4
7.26
7.20 | 87
99
120 | 9.5
4.7
7.2 | 7.34
7.20
7.1 | 174
198
240 | 7.5
9.8
14.0 | 6.92
6.51
6.42 |
| | 硫酸鋁去除有機(jī)物: 原水COD 25.20 mg/L, 澄清水COD 6.56 mg/L
聚硫氯化鋁: 原水COD 29.44 mg/L, 澄清水COD 5.80 mg/L |
聚硫氯化鋁在處理高濁度水時(shí)，投藥量?jī)H相當(dāng)于硫酸鋁或聚合氯化鋁的1/3左右，聚硫氯化鋁具有除色的特殊效能，在同等投藥量條件下，去除率比硫酸鋁提高10%。
將聚硫氯化鋁（PACS）和硫酸鋁（AS）分別配成10 mg/mL的試驗(yàn)液，在濁度為1600，色度為56，pH 7.1的原水中進(jìn)行混凝試驗(yàn)，結(jié)果見表3 [2].
PACS和AS對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果 表3 | 投藥量（mg/L） | 15 | 20 | 25 | 30 |
| 濁度 | PACS | 沉淀后 | 15 | 6.0 | 5.5 | 2.8 |
| AS | 沉淀后 | 19 | 14 | 12 | 10 |
| 色度 | PACS | 沉淀后 | 20 | 12 | 7.0 | 5.0 |
| AS | 沉淀后 | 25 | 18 | 15 | 10 |
| pH值 | PACS
AS | | 7
6.7 | 6.9
6.55 | 6.85
6.5 | 6.8
6.4 |
無毒混凝劑
提供安全的飲用水，確保人民身體健康，是為億萬人造福的事業(yè)。為此，開發(fā)和使用無毒混凝劑顯得尤為重要。我國(guó)歷史上就有用阿膠、仙人掌汁等凈水的方法。50年代以來，開展了天然高分子絮劑的研究工作，利用野生植物、淀粉、麩等原料作過水處理、選礦試驗(yàn)。我國(guó)幅員遼闊，植物資源極其豐富，具有自己的特色，原料無毒，且成本低。所以，用植物為原料，發(fā)展無毒的天然高分子絮凝劑和化學(xué)改性絮凝劑有得天獨(dú)厚的條件。
天然高分子絮凝劑
天然高分子絮凝劑可分為淀粉類、蛋白質(zhì)類、藻類、多聚糖類等等，它具有無害、制作簡(jiǎn)易、價(jià)格便宜和絮凝效果好等優(yōu)點(diǎn)。榆皮草粉[10]是一種天然高分子絮凝劑，它與相應(yīng)的高分子絮凝劑配合使用能形成大而實(shí)的礬花，提高沉淀效果。榆皮草粉和高分子絮凝劑配合使用處理高濁度水能取得很好的效果。芋艿粉[10]凈化各種濁度的地面水的效果與榆皮草相似，它與鐵鹽、鋁鹽配合處理工業(yè)廢水，出水清澈透明，可作循環(huán)水。蝦、蟹甲殼，經(jīng)簡(jiǎn)單處理后得到的可溶性甲殼質(zhì)是葡萄糖直線形陽(yáng)離子高分子聚合物[11]，對(duì)水中膠體有電中和能力，同時(shí)，直線形分子長(zhǎng)度大，可以在較遠(yuǎn)距離的膠顆間架橋，加之分子鍵中具有很多反應(yīng)官能團(tuán)，所以對(duì)水中膠體微粒有較好的絮凝作用。我國(guó)目前已應(yīng)用在印染廢水脫色處理以及礦山金屬?gòu)U水處理等方面。我國(guó)有遼闊的海域，春秋蝦、蟹旺季有大量的蝦蟹甲殼可利用，炮制成可溶性甲殼質(zhì)用于凈化給水和各種工業(yè)廢水處理。
化學(xué)改性絮凝劑[12]
化學(xué)改性絮凝劑是天然高分子化合物的衍生物，也稱半合成絮凝劑，根據(jù)原料不同可分為纖維素衍生物、淀粉類衍生物、蛋白質(zhì)類以及其他多聚糖類等改性絮凝劑。CTS絮凝劑是分離提取天然原料再使之陽(yáng)離子化而制得的一種弱陽(yáng)離子型絮凝劑，研究表明CTS適合于高濁度江河水的凈化處理。
凈化高濁度水的混凝劑
我國(guó)是高濁度水河流眾多的國(guó)家。黃河、長(zhǎng)江、海河等江河都屬于高濁度水系。我國(guó)北方，河川逕流形成了70萬km2的高濁度水地區(qū)。長(zhǎng)江流域，也因毀林開荒而加重了水土流失。根據(jù)有關(guān)資料，目前長(zhǎng)江的水土流失面積已達(dá)55萬km2，比黃河的水土流失面積還大25%，年泥沙侵蝕總量高達(dá)24億t。長(zhǎng)江中、上游的許多支流已成為高濁度水河流。要開發(fā)、利用黃河、長(zhǎng)江等水資源，就要解決好處理高濁度水的混凝劑。
聚丙烯酰胺絮凝劑
聚丙烯酰胺是一種有機(jī)高分子聚合物，具有酰胺基（CONH2），故易在水溶液中借氫鍵作用在固體表面吸附；其具有長(zhǎng)分子鏈又能在顆粒之間架橋。在河水沙峰來臨季節(jié)，含沙量高達(dá)每立方米幾十公斤甚至每立方米上百公斤，其他混凝劑根本無能為力時(shí)，它對(duì)水中泥沙顆粒強(qiáng)烈的吸附架橋功能更顯凈化優(yōu)勢(shì)。可以單獨(dú)使用，也可與其他混凝劑配合使用。使用聚丙烯酰胺處理高濁度水具有節(jié)約基建投資，降低處理費(fèi)用，一般可節(jié)約30%～60%，產(chǎn)水量可增加2～4倍，方便操作管理，提高原水含沙量的處理范圍等優(yōu)點(diǎn)。各種水處理藥劑適用的最大含沙量為：硫酸鋁＜10 kg/m3，三氯化鐵＜25 kg/m3，聚合氯化鋁＜40 kg/m3，聚丙烯酰胺15～100 kg/m3。
中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院早在1966年就開始研究使用聚丙烯酰胺處理黃河高濁度水，開展了有關(guān)試驗(yàn)研究和設(shè)計(jì)工程投產(chǎn)測(cè)定工作，先后在懸浮澄清池、渠道預(yù)沉、平流式沉淀池、幅流式沉淀池、脈沖澄清池、加速澄清池等處理筑物上應(yīng)用。目前青海、甘肅、內(nèi)蒙、河南、山東等已有20多座城市給水廠使用聚丙烯酰胺凈化黃河高濁度水。以該院為主負(fù)責(zé)起草的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水處理劑、聚丙烯酰胺》（GB 17514-1998）已于1999年4月實(shí)施。該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實(shí)施，將促進(jìn)聚丙烯酰胺產(chǎn)品質(zhì)量的提高；為使用聚丙烯酰胺提供了可靠的依據(jù)，從而保證了聚丙烯酰胺使用的安全性。
CHY凝聚劑[3]
CHY凝聚劑具有的正電荷和分子量高達(dá)極限值，其正電荷對(duì)泥砂膠體有強(qiáng)熱的電中和作用，高分子可以在相距較遠(yuǎn)的兩膠粒之間進(jìn)行橋聯(lián)，通過吸附架橋，膠體顆粒逐漸變大，最終沉淀去除。處理黃河高濁度水給水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，各種混凝劑單獨(dú)使用時(shí)的最大處理含砂量為硫酸鋁10 kg/m3，三氯化鐵25 kg/m3，聚合氯化鋁40 kg/m3。有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，CHY的最大處理含砂量可達(dá)50 kg/m3。
對(duì)污水進(jìn)行深度處理實(shí)現(xiàn)污水資源化
為了開發(fā)水資源和節(jié)約用水，開展污水的回用研究和污水深度處理工作，實(shí)現(xiàn)污水資源化，已受到世界各國(guó)的關(guān)注。其中，在污水處理中，選擇使用最佳混凝劑，促進(jìn)污泥脫水；在深度處理方面，采用新材料的研究至關(guān)重要。
CS—1型混凝劑和CHY混凝劑促進(jìn)污泥脫水
CS—1型絮凝劑[4]是一種陽(yáng)離子型淀粉高分子絮凝劑，是淀粉的改性產(chǎn)物，無毒，對(duì)污水處理不會(huì)產(chǎn)生二次污染；CS—1型絮凝劑對(duì)污泥脫水具有良好的促進(jìn)作用，可以縮短二級(jí)污水處理中泥水分離的絮凝沉降過程，污泥脫水后含水率減少。CS—1型絮凝劑可為城市污水處理后的回用提供符合標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)。用CHY絮凝劑處理水時(shí)形成的絮凝體粗大，沉速快，絮體不易破碎，重凝性好，沉淀水過濾快，絮凝泥渣的濃縮性好，易于脫水。
PPAMSC復(fù)合絮凝劑[5]
PPAMSC復(fù)合絮凝劑是含SO42-的聚氯化鋁與聚丙烯酰按以一定比例在一定溫度下反應(yīng)而制得的，它既具有聚合氯化鋁的電荷中和能力，又具有聚丙烯酰胺的架橋能力，因而絮凝力強(qiáng)，受溫度和pH影響極小，對(duì)色度和金屬有顯著去除效果。PPAMSC復(fù)合混凝劑與煤制氣生產(chǎn)廢渣聯(lián)用，采用混凝-吸附法對(duì)城市污水回用處理效果好，經(jīng)幾十次試驗(yàn)平均除色率為92.6%。
發(fā)展國(guó)產(chǎn)混凝劑
目前，我國(guó)尚處于社會(huì)主義初級(jí)階段，經(jīng)濟(jì)上屬于發(fā)展中國(guó)家。大力開發(fā)國(guó)產(chǎn)混凝劑，盡量減少進(jìn)口量，為國(guó)家節(jié)約外匯。
ST絮凝劑[6]
近年來，隨著電子工業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模集成電路工廠不得不從國(guó)外引進(jìn)純水處理設(shè)備，用于原水予處理的絮凝劑也要配套進(jìn)口。采用國(guó)產(chǎn)化工原料研制成功的ST絮凝劑為超純水混凝劑國(guó)產(chǎn)化指出了一條新路。ST絮凝劑系季銨鹽類聚陽(yáng)離子電解質(zhì)，它的結(jié)構(gòu)與引進(jìn)的絮凝劑Nalcolytl 8102相仿，它具有溶解迅速，使用方便，稀釋溶液穩(wěn)定性好，無刺激氣味等特點(diǎn)。經(jīng)試用表明，ST絮凝劑能明顯降低原水濁度，有機(jī)物含量及污染指數(shù)值。有關(guān)單位認(rèn)為，ST絮凝劑[7]與美國(guó)Nalco司的Nalcolytl8101、8102絮凝劑基本一致，可以替代國(guó)外產(chǎn)品。
聚合硫酸鐵
據(jù)有關(guān)報(bào)道，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的聚合硫酸鐵其主要性能指標(biāo)并不亞于國(guó)外產(chǎn)品。
綜合利用
某些廢料的來源較為豐富，將這些廢料充分利用起來，搞綜合利用，例如：（1）利用生產(chǎn)中放心廢硫酸生產(chǎn)的聚合硫酸鐵和利用鈦白粉生產(chǎn)過程中的廢硫酸研制的聚合硫酸鐵[6]，其主要性能指標(biāo)和國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)基本相同，如表態(tài)所示。（2）CHY凝聚劑以工業(yè)廢渣和煤礦的遺棄物——煤矸石為主要原料研制而成[4]。它可廣泛用于給水、污水、多種工業(yè)廢水的凈化和污泥處理，并可飲用水凈化劑。經(jīng)用戶試用證明：CHY凝聚劑凈水效果是堿式氯化鋁的3倍左右，是三氯化鐵、硫酸鋁、硫酸亞鐵、三氯化鋁的7倍左右，并且有聚丙烯古巴型藥劑所不具備的很多優(yōu)點(diǎn)。
這樣既可治理廢料產(chǎn)生的污染，可以達(dá)到以廢治廢，變廢為寶的目的，又產(chǎn)生良好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。
主要參考文獻(xiàn)
[1] 俞筱瑞．凈水技術(shù)，NO. 7，1987
[2] 陳文音．工業(yè)水處理，VO1.8，NO. 1，1988
[3] 周國(guó)雅．給水排水，NO. 6，1987
[4] 曹炳明．工業(yè)水處理，VO1.7，NO . .6，1987
[5] 馬金鑲，張 為．工業(yè)水處理，VO1.7，NO . .6，1987
[6] 卜根林．凈水技術(shù)，NO. 4，1987
