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有機(jī)高分子混凝劑在水處理中的作用

論文類(lèi)型 技術(shù)與工程 發(fā)表日期 2000-10-01
來(lái)源 含藻水處理研究技術(shù)研討會(huì)
作者 吳維,賈霞珍,劉廣政,高桂茹
摘要 天津通用水務(wù)有限公司 吳維 賈霞珍 劉廣政 高桂茹   一、背景:  天津水司最早使用高分子混凝劑的歷史可追溯到50年代,在全國(guó)率先使用水玻璃(泡花堿)之后,又于1990——1992年間,與天津大學(xué)聯(lián)合立題,針對(duì)灤河水的水質(zhì)特征及混凝情況進(jìn)行研究。在研究中發(fā)現(xiàn):HCA是一種對(duì)高藻水非常有效的 ...

天津通用水務(wù)有限公司
吳維 賈霞珍 劉廣政 高桂茹

  一、背景:

  天津水司最早使用高分子混凝劑的歷史可追溯到50年代,在全國(guó)率先使用水玻璃(泡花堿)之后,又于1990——1992年間,與天津大學(xué)聯(lián)合立題,針對(duì)灤河水的水質(zhì)特征及混凝情況進(jìn)行研究。在研究中發(fā)現(xiàn):HCA是一種對(duì)高藻水非常有效的藥劑(1)。
  HCA是以二甲基二烯丙基氯化銨均聚而成的高分子陽(yáng)離子聚電解質(zhì),有效成分為

  1997年以后灤河水質(zhì)進(jìn)一步惡化,藻類(lèi)高發(fā)期由以前的半個(gè)月持續(xù)到兩個(gè)月,僅靠增加鐵鹽投量已很難保證水質(zhì)。而且過(guò)量投加后不僅導(dǎo)致出廠水PH值過(guò)低,腐蝕管網(wǎng),還會(huì)造成余鐵指標(biāo)嚴(yán)重超出范圍,色度增加而致使用戶抱怨“黃水”,最為嚴(yán)重的是,即便如此,也很難保證出廠水濁度指標(biāo)。
  自1998年以來(lái)為解決上述問(wèn)題,天津水司開(kāi)始將HCA用于生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn),并先后在通用水務(wù)、新開(kāi)河水廠取得了成功(2)。1999年在藻類(lèi)高發(fā)期,天津水司進(jìn)而更加廣泛地投加HCA,有效地控制了水質(zhì)。然而,令大家擔(dān)憂的是高分子聚合物的殘余單體問(wèn)題,一直是我們跟蹤觀注的問(wèn)題,盡管生產(chǎn)此產(chǎn)品的廠家持有國(guó)家頒布發(fā)的許可證,但考查現(xiàn)場(chǎng)和生產(chǎn)人員之后,我們對(duì)生產(chǎn)條件甚為擔(dān)憂。為了尋求質(zhì)更可靠、更安全的藥劑,我們于2000年通用水務(wù)公司重新進(jìn)行了藥劑篩選實(shí)驗(yàn)。通過(guò)將國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)產(chǎn)品(HCA)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)國(guó)外高分子產(chǎn)品的殘余單體控制指標(biāo)2.5--5‰,其安全性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品,因此擬采用國(guó)外高質(zhì)的新型藥劑代替HCA。

  二、天津水司使用高分子電解質(zhì)的工藝情況

  ●新開(kāi)河水廠  作助凝劑使用

   

  備注:其中HCA的投加濃度0.3ppm指原液濃度(固含量為40%)。
  ●通用水務(wù)公司
  (1)1998~1999年  作混凝劑使用

  
  (2)2000年  助凝劑的同時(shí)也作混凝劑使用

  

  備注:HCA作為混凝劑使用可大量節(jié)約鐵鹽投量,1997年通用水務(wù)未選用HCA作為混凝劑時(shí),余沉池鐵鹽投量高達(dá)80——120mg/l;2000年通用水務(wù)在選用HCA作為混凝劑的同時(shí),也作鐵鹽的對(duì)比實(shí)驗(yàn),投量在90mg/l左右。在生產(chǎn)實(shí)踐中,我們還總結(jié)發(fā)現(xiàn):
  ●當(dāng)鐵鹽投量在15ppm以上時(shí),每投加0.1ppmNCA可節(jié)約鐵鹽7——8mg/l;
  ●當(dāng)鐵鹽投量在15.0ppm以下時(shí),每投加0.1ppmHCA可節(jié)約鐵鹽3——4mg/l。
  ●當(dāng)鐵鹽投量低于6.0ppm,投加HCA不會(huì)節(jié)約鐵鹽投量。

  三、高分子藥劑篩選實(shí)驗(yàn)及分析

  進(jìn)入2000年以來(lái),灤河水質(zhì)較前兩年相比進(jìn)一步惡化,并且具有更大波動(dòng)性,除存在大量藻類(lèi)外,濁度的變化也非常明顯。源水水質(zhì)變化可見(jiàn)表(一)。為此,我們?cè)谕ㄓ盟畡?wù)公司化驗(yàn)室重新進(jìn)行了高分子混凝劑與助凝劑的篩選實(shí)驗(yàn)。
  ●實(shí)驗(yàn)藥劑:
  1、HCA(江蘇太倉(cāng)復(fù)洛克化工有限公司提供)
  2、FL45C(法國(guó)SNF公司提供)
  3、LT35(瑞士Ciba公司提供)
  ●實(shí)驗(yàn)條件:快速攪拌(300轉(zhuǎn)/分)1.5分鐘后,自動(dòng)切換到慢速(40轉(zhuǎn)/分)攪拌20分鐘,靜止沉淀5分鐘后,檢測(cè)上清液濁度。
  ●實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
  1、HCA、LT35、FL45C三種藥劑作為混凝劑的對(duì)比實(shí)驗(yàn),取予沉池進(jìn)口源水,水質(zhì)變化范圍參見(jiàn)表(一)。藥劑投加量固定為2.0mg/l、3.0mg/l,作燒杯實(shí)驗(yàn),比較各自剩余濁度,參見(jiàn)表(二)。

予沉池進(jìn)口水質(zhì)數(shù)據(jù) 表(一) 地點(diǎn)
項(xiàng)目 預(yù)沉池進(jìn)口 濁度(NTU) 99.4---49.0 色度(度) 35--25 PH 8.66--8.01 蛋白性氮(mg/L) 0.80--0.40 亞硝酸氮(mg/L) 0.033--0.020 耗氧量(mg/L) 12.0--7.0 葉綠素(μg/L) 47.44--21.20 葉綠素a(μg/L) 39.91--16.54 藻類(lèi)計(jì)數(shù)(萬(wàn)個(gè)/L) 4475--3169

作為混凝劑使用剩余濁度對(duì)比數(shù)據(jù) 表(二)    混凝劑
加藥量
(mg/L) HCA FL45C LT35 2.0 3.0 2.0 3.0 2.0 3.0 濁度(NTU) 7.6 3.8 4.6 4.0 8.5 11.2

  備注:表中剩余濁度值均為統(tǒng)計(jì)平均值
  2. HCA、LT35、FL45C三種藥劑作為助凝劑的對(duì)比實(shí)驗(yàn),取予沉池出口原水,水質(zhì)變化范圍參見(jiàn)表(三)。三氯化鐵投加量相同,三種藥劑投加量分別為0.4mg/l,作燒杯實(shí)驗(yàn),比較各自濁度,參見(jiàn)表(四)與表(五)

予沉池出口水質(zhì)數(shù)據(jù) 表(三) 地點(diǎn)
項(xiàng)目 預(yù)沉池出口 濁度(NTU) 11.6---7.8 色度(度) 15--10 PH值(PH) 8.07---7.82 蛋白性氮(mg/L) 0.34---0.28 亞硝酸氮(mg/L) 0.015---0.009 耗氧量(mg/L) 4.7---3.7 葉綠素(μg/L) 6.25---2.15 葉綠素a(μg/L) 2.42---0.58 藻類(lèi)計(jì)數(shù)(萬(wàn)個(gè)/L) 719---457

作為助凝劑使用的剩余濁度對(duì)比數(shù)據(jù) 表(四)    2.7:1鐵堿混合液投加量
    ?。?mg/L)
混凝劑 5 6 7 8 9 10 11 12 HCA 2.0 1.6 1.8 1.8 1.5 1.4 1.7 1.4 FL45C 2.0 1.8 1.7 1.7 1.4 1.3 1.6 1.4 LT35 2.2 1.7 1.8 1.6 1.4 1.2 1.3 1.3

作為助凝劑使用的剩余濁度對(duì)比數(shù)據(jù) 表(五) 2.7:1鐵堿混合液投加量( mg/L)
混凝劑 5 6 7 8 9 10 11 HCA 1.9 1.9 1.8 1.6 1.5 1.3 1.6 FL45C 2.1 1.8 1.6 1.6 1.2 1.1 1.1 LT35 2.8 2.2 1.9 1.5 1.6 1.4 1.2

  備注:1、表(四)助凝劑投加量為0.5mg/L、表(五)助凝劑投加量為0.4mg/L。
     2、表中剩余濁度值均為統(tǒng)計(jì)平均值。

  ● 實(shí)驗(yàn)結(jié)論
  1、表中數(shù)據(jù)可看出,三種藥劑作為混凝時(shí)均有明顯的除濁作用,源不濁度可從99.4NTU降到11.2NTU左右,濁度去除率在88.7%以上。
  2、三種藥劑作為助凝劑時(shí),總體上看FL45C與LT35均好于HCA。FL45C與LT35之間比較,單從剩余濁度上看難分伯仲,差別甚微。觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn),F(xiàn)L45C出體個(gè)大且均勻,絮體下沉平穩(wěn),LT35絮體相對(duì)細(xì)小,沉淀速度較慢。

  四、全的高分子藥劑的生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)分析

  通過(guò)化驗(yàn)室小型實(shí)驗(yàn)之后,我們又選用FL45C持續(xù)一個(gè)月,LT35持續(xù)一周。生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果(見(jiàn)表六)與化驗(yàn)室小型實(shí)驗(yàn)結(jié)論基本相符。即:FL45C與LT35均可作為助凝劑使用。兩種藥劑之間比較:濁度的去除率都在90%以上,都能明顯節(jié)省鐵鹽用量,并且明顯改善混凝條件,使絮體變得粗大而密實(shí),但LT35在生產(chǎn)中絮體上浮較為明顯,給沉淀系統(tǒng)排泥帶來(lái)困難。

表(六) 藥劑名稱(chēng) FL45C LT35 予沉池出口平均濁度 8.68NTU 8.43NTU 老系統(tǒng)濾前平均濁度 2.30NTU 2.33NTU 新系統(tǒng)濾前平均濁度 2.03NTU 1.94NTU 老系統(tǒng)水庫(kù)進(jìn)口平均濁度 0.75NTU 0.80NTU 新系統(tǒng)水庫(kù)進(jìn)口平均濁度 0.75NTU 0.77NTU 出廠水平均濁度 0.52NTU 0.52NTU 濁度去除率 94.0% 93.8%

  五、LT35在國(guó)外成功使用的典例介紹

  在馬來(lái)西亞Parak州的Ipoh市有兩個(gè)地表水處理廠(產(chǎn)水能力分別為30KGD和60MGD),這兩個(gè)水廠負(fù)責(zé)供給整個(gè)Ipoh市的生產(chǎn)和生活用水。比較兩個(gè)水廠的工藝流程(見(jiàn)附圖一、二)發(fā)現(xiàn),這兩個(gè)水廠采用的混凝劑及助凝劑分別為硫酸鋁、LT22、LT35。硫酸鋁作為混凝劑我們并不陌生 ,其作用及特性與我公司目前采用的三氯化鐵近似,只是其混凝過(guò)程對(duì)PH的要求比較嚴(yán)格,并且對(duì)出廠水的集裝箱檢驗(yàn)鋁指標(biāo)控制比較嚴(yán)格,但能明顯降低水的色度。通過(guò)查閱有關(guān)資料得知,LT22、LT35在以下上兩個(gè)水廠使用取得了明顯效果,尤其是處理高濁度(大于4000NTU)源水時(shí),LT35作為混凝劑使用,能使源水濁度降至600NTU左右。

  六、有機(jī)高分子藥劑的混凝機(jī)分析

  分析混凝機(jī)理可知:無(wú)機(jī)混凝劑主要靠壓縮水中膠體顆粒的雙電層及中和膠體電荷來(lái)使膠體顆粒脫穩(wěn)、凝聚,而有機(jī)高分子物質(zhì)則主要靠吸附架橋作用和絮粒核心作用細(xì)小、松散的絮體變得粗大而密實(shí),從而易于沉淀。有機(jī)陽(yáng)離子型或陰離子型高分子混凝劑(例:HCA、LT35、FL45C為陽(yáng)離子型;LT25、LT27為陰離子型);也可為不帶有離子團(tuán)的鏈狀結(jié)構(gòu),即為非離子型高分子混凝劑。首先,由于膠體帶有負(fù)電荷,從理論上講陽(yáng)離子型的吸附架橋作用尤為強(qiáng)烈,而且在吸附的同時(shí),對(duì)負(fù)電膠體還起電中和脫穩(wěn)作用,故陽(yáng)離子高聚物作為混凝劑與助凝劑尤為適合;另外,其絮粒核心作用改善了水中絮體的結(jié)構(gòu),使片狀絮體包裹在絮核外從而加速了沉淀。

  七、有機(jī)高分子藥劑的殘余單體分析

  聚二甲基二烯丙基氯化銨自六十年代已在美國(guó)自來(lái)水廠家進(jìn)行實(shí)驗(yàn),對(duì)于產(chǎn)品的毒理,已確認(rèn)為聚合物無(wú)毒性,產(chǎn)品的毒性僅同殘余單體的含量有關(guān)。根據(jù)對(duì)HCA系列凈水劑進(jìn)行毒理評(píng)價(jià),通過(guò)急性中毒、蓄積中毒、致突變?nèi)?xiàng)五指實(shí)驗(yàn),確認(rèn)HCA系列產(chǎn)品在殘單含量(5%時(shí)基本無(wú)毒,可用用給水處理。各種藥劑單體含量分析見(jiàn)表(七)

表(七) 藥劑名稱(chēng) 單體含量 實(shí)際最大飲用量 占允許年飲用量 HCA <5% 91.25mg/年。人 14.28 FL45C <0.5% 9.125mg/年。人 1.43 LT35 <0.25% 4.563mg/年。人 0.71

  備注:實(shí)際最大飲用量計(jì)算依據(jù)為
  A 假定聚合物中殘余單體在水體凈化過(guò)程中未有任何損失,全部留在水體中。
  B 根據(jù)國(guó)際統(tǒng)計(jì)慣例每人每日飲不量為2升。
  C 給水處理中最大投藥量為2.5ppm。
  D 計(jì)算公式為(以HCA為例):
    每日飲水量×投藥量×殘余單體含量×365day/year
   =(2×106ppm)×(2.5×106ppm)×5%×365day/year
   =91.25mg/年.人

  八、結(jié)論性意見(jiàn)

  天津水司自成立至今已有百年產(chǎn)水歷史,在絮凝劑的使用和研究方面有很大突破。隨著近年來(lái)灤河水質(zhì)的逐步惡化,在1998年成功地將HCA用于生產(chǎn)中,有效地控制了水質(zhì)。但是,由于國(guó)內(nèi)高分產(chǎn)品(HCA)的單體含量不能保證,為了嚴(yán)格保證出廠水的安全確保飲水者的身體健康,又促使我們近一步尋求、探索更加可靠、有效的藥劑,通過(guò)水務(wù)公司在2000年進(jìn)行了20余種有機(jī)、無(wú)機(jī)高分子藥劑的篩選實(shí)驗(yàn),并成功地將所選出的FL45C、LT35用于生產(chǎn)中。實(shí)踐證明FL45C、LT35均可作為助凝劑取代HCA,并保證對(duì)人體無(wú)毒、無(wú)害。但在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)FL45C、LT35均存在絮體不同程度的上浮問(wèn)題,這將是我們今后進(jìn)一步探索的方向。

  附錄一:ULU KINTA水廠工藝流程圖
  附錄二:LT35介紹
  附錄三:FL45C介紹

 

  附錄二

LT35 液體陽(yáng)離子型高分子電解質(zhì)

  ●LT為帶有高電勢(shì)的、低分子量的液體陽(yáng)離子型高分電解質(zhì)。
  ●LT35為一種宜于抽送的液體,宜溶于水,可配成所需濃度溶解。
  ●LT35已獲得美國(guó)環(huán)保局(U.S.EPA)的認(rèn)證。
  ●LT35最大許可投加濃度為25mg/l。

  使用原則
  ●LT35的主要用途為可用作給水處理的混凝劑或用于廢水處理中。使用LT35后可明顯減少或排除無(wú)機(jī)混凝劑(硫酸鋁、硫酸鐵等)投加量。
  ●LT35對(duì)于混凝過(guò)程中的PH有較寬的適用范圍。

  典型性狀
  1、表觀性狀 淡黃色液體
  2、有效成分 40%+1%
  3、比重 1.09+0.02
  4、PH(供貨時(shí))
  5、粘性
  ?。?)、供貨溶液 800——1400cps(3軸10r.p.m25℃)
  ?。?)、1%溶液 小于200cps(1軸50r.p.m25℃)
  6、溶解性 可溶
  7、冰點(diǎn) -20℃

  溶液的配置及使用
  在實(shí)驗(yàn)室中,可配成0.25--0.5%濃度度的溶液,LT35可通過(guò)攪拌進(jìn)一步稀釋至0.05%.
  在生產(chǎn)中,建議用0.25--0.5%的濃度投加,注意:采用窖式計(jì)量泵時(shí)必須有防腐裝置。
  LT35必須有足夠的混和條件才能達(dá)到最佳效果。當(dāng)使用無(wú)機(jī)混凝劑時(shí),LT35應(yīng)晚于無(wú)機(jī)混凝劑投加,在某些情況下,可發(fā)現(xiàn)LT35與無(wú)機(jī)混凝劑在同一點(diǎn)投加時(shí),效果明顯。

  投加量
  LT35投量取決于水質(zhì)以及所選用無(wú)機(jī)混凝劑,一般投加量10mg/L。

  LT35的優(yōu)點(diǎn)
  ●可減少無(wú)機(jī)混凝劑投加量或取代無(wú)機(jī)混凝劑
  ●減少無(wú)泥產(chǎn)量
  ●降低水處理成本
  ●降低PH對(duì)混凝、絮凝過(guò)程的敏感性
  ●宜于配制、儲(chǔ)存、降低勞動(dòng)強(qiáng)度

  腐蝕性
  LT有輕微腐蝕性,應(yīng)避免與低炭鋼、鑄鐵、鋁、鋅等材質(zhì)表面接觸,推薦使用溶液池材質(zhì)為不銹鋼、玻璃纖維、聚乙烯、聚丙烯等。

  安全與健康
  LT35低味、低毒性。

  儲(chǔ)存
  LT35在40℃可儲(chǔ)存6個(gè)月,在5--25℃可儲(chǔ)存12個(gè)月,建議儲(chǔ)存濃度為0.25---0.05%。

  附錄三  FL45C介紹
  ●分子量10000——100000
  ●液態(tài),有效含量20%——40%
  ●陽(yáng)離子型
  ●粘度:含量40%時(shí),1000——22000cps
  ●對(duì)氯離子具穩(wěn)定性
  ●可與金屬混凝劑混合使用
  ●可大量?jī)?chǔ)存

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