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，針對灤河水的水質(zhì)特征及混凝情況進行研究。在研究中發(fā)現(xiàn)：HCA是一種對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離子聚電解質(zhì)，有效成分為

　　1997年以后灤河水質(zhì)進一步惡化，藻類高發(fā)期由以前的半個月持續(xù)到兩個月，僅靠增加鐵鹽投量已很難保證水質(zhì)。而且過量投加后不僅導(dǎo)致出廠水PH值過低，腐蝕管網(wǎng)，還會造成余鐵指標(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年以來為解決上述問題，天津水司開始將HCA用于生產(chǎn)性實驗，并先后在通用水務(wù)、新開河水廠取得了成功^（2）。1999年在藻類高發(fā)期，天津水司進而更加廣泛地投加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題，一直是我們跟蹤觀注的問題，盡管生產(chǎn)此產(chǎn)品的廠家持有國家頒布發(fā)的許可證，但考查現(xiàn)場和生產(chǎn)人員之后，我們對生產(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)公司重新進行了藥劑篩選實驗。通過將國外同類產(chǎn)品與國內(nèi)產(chǎn)品（HCA）對比，發(fā)現(xiàn)國外高分子產(chǎn)品的殘余單體控制指標(biāo)2.5--5‰，其安全性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國內(nèi)同類產(chǎn)品，因此擬采用國外高質(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，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，也作鐵鹽的對比實驗，投量在90mg/l左右。在生產(chǎn)實踐中，我們還總結(jié)發(fā)現(xiàn)：
　　●當(dāng)鐵鹽投量在15ppm以上時，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，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不會節(jié)約鐵鹽投量。

　　三、高分子藥劑篩選實驗及分析

　　進入2000年以來，灤河水質(zhì)較前兩年相比進一步惡化，并且具有更大波動性，除存在大量藻類外，濁度的變化也非常明顯。源水水質(zhì)變化可見表（一）。為此，我們在通用水務(wù)公司化驗室重新進行了高分子混凝劑與助凝劑的篩選實驗。
　　●實驗藥劑：
　　1、HCA（江蘇太倉復(fù)洛克化工有限公司提供）
　　2、FL45C（法國SNF公司提供）
　　3、LT35（瑞士Ciba公司提供）
　　●實驗條件：快速攪拌（300轉(zhuǎn)/分）1.5分鐘后，自動切換到慢速（40轉(zhuǎn)/分）攪拌20分鐘，靜止沉淀5分鐘后，檢測上清液濁度。
　　●實驗項目
　　1、HCA、LT35、FL45C三種藥劑作為混凝劑的對比實驗，取予沉池進口源水，水質(zhì)變化范圍參見表（一）。藥劑投加量固定為2.0mg/l、3.0mg/l，作燒杯實驗，比較各自剩余濁度，參見表（二）。

予沉池進口水質(zhì)數(shù)據(jù) 表（一） 地點
項目 預(yù)沉池進口 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 藻類計數(shù)（萬個/L） 4475--3169

作為混凝劑使用剩余濁度對比數(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)計平均值
　　2. HCA、LT35、FL45C三種藥劑作為助凝劑的對比實驗，取予沉池出口原水，水質(zhì)變化范圍參見表（三）。三氯化鐵投加量相同，三種藥劑投加量分別為0.4mg/l，作燒杯實驗，比較各自濁度，參見表（四）與表（五）

予沉池出口水質(zhì)數(shù)據(jù) 表（三） 地點
項目 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 藻類計數(shù)（萬個/L） 719---457

作為助凝劑使用的剩余濁度對比數(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)計平均值。

　　● 實驗結(jié)論
　　1、表中數(shù)據(jù)可看出，三種藥劑作為混凝時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，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。觀察實驗過程發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)L45C出體個大且均勻，絮體下沉平穩(wěn)，LT35絮體相對細(xì)小，沉淀速度較慢。

　　四、全的高分子藥劑的生產(chǎn)性實驗分析

　　通過化驗室小型實驗之后，我們又選用FL45C持續(xù)一個月，LT35持續(xù)一周。生產(chǎn)性實驗結(jié)果（見表六）與化驗室小型實驗結(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，但LT35在生產(chǎn)中絮體上浮較為明顯，給沉淀系統(tǒng)排泥帶來困難。

表（六） 藥劑名稱 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)水庫進口平均濁度 0.75NTU 0.80NTU 新系統(tǒng)水庫進口平均濁度 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在國外成功使用的典例介紹

　　在馬來西亞Parak州的Ipoh市有兩個地表水處理廠（產(chǎn)水能力分別為30KGD和60MGD），這兩個水廠負(fù)責(zé)供給整個Ipoh市的生產(chǎn)和生活用水。比較兩個水廠的工藝流程（見附圖一、二）發(fā)現(xiàn)，這兩個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，只是其混凝過程對PH的要求比較嚴(yán)格，并且對出廠水的集裝箱檢驗鋁指標(biāo)控制比較嚴(yán)格，但能明顯降低水的色度。通過查閱有關(guān)資料得知，LT22、LT35在以下上兩個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，LT35作為混凝劑使用，能使源水濁度降至600NTU左右。

　　六、有機高分子藥劑的混凝機分析

　　分析混凝機理可知：無機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使膠體顆粒脫穩(wěn)、凝聚，而有機高分子物質(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，從而易于沉淀。有機陽離子型或陰離子型高分子混凝劑（例：HCA、LT35、FL45C為陽離子型；LT25、LT27為陰離子型）；也可為不帶有離子團的鏈狀結(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，從理論上講陽離子型的吸附架橋作用尤為強烈，而且在吸附的同時，對負(fù)電膠體還起電中和脫穩(wěn)作用，故陽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自來水廠家進行實驗，對于產(chǎn)品的毒理，已確認(rèn)為聚合物無毒性，產(chǎn)品的毒性僅同殘余單體的含量有關(guān)。根據(jù)對HCA系列凈水劑進行毒理評價，通過急性中毒、蓄積中毒、致突變?nèi)椢逯笇嶒?，確認(rèn)HCA系列產(chǎn)品在殘單含量（5%時基本無毒，可用用給水處理。各種藥劑單體含量分析見表（七）

表（七） 藥劑名稱 單體含量 實際最大飲用量 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：實際最大飲用量計算依據(jù)為
　　A 假定聚合物中殘余單體在水體凈化過程中未有任何損失，全部留在水體中。
　　B 根據(jù)國際統(tǒng)計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

　　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，通過水務(wù)公司在2000年進行了20余種有機、無機高分子藥劑的篩選實驗，并成功地將所選出的FL45C、LT35用于生產(chǎn)中。實踐證明FL45C、LT35均可作為助凝劑取代HCA，并保證對人體無毒、無害。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題，這將是我們今后進一步探索的方向。

　　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 液體陽離子型高分子電解質(zhì)

　　●LT為帶有高電勢的、低分子量的液體陽離子型高分電解質(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機混凝劑（硫酸鋁、硫酸鐵等）投加量。
　　●LT35對于混凝過程中的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）
　　5、粘性
　　　（1）、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 -20℃

　　溶液的配置及使用
　　在實驗室中，可配成0.25--0.5%濃度度的溶液，LT35可通過攪拌進一步稀釋至0.05%.
　　在生產(chǎn)中，建議用0.25--0.5%的濃度投加，注意：采用窖式計量泵時必須有防腐裝置。
　　LT35必須有足夠的混和條件才能達(dá)到最佳效果。當(dāng)使用無機混凝劑時，LT35應(yīng)晚于無機混凝劑投加，在某些情況下，可發(fā)現(xiàn)LT35與無機混凝劑在同一點投加時，效果明顯。

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

　　LT35的優(yōu)點
　　●可減少無機混凝劑投加量或取代無機混凝劑
　　●減少無泥產(chǎn)量
　　●降低水處理成本
　　●降低PH對混凝、絮凝過程的敏感性
　　●宜于配制、儲存、降低勞動強度

　　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。

　　儲存
　　LT35在40℃可儲存6個月，在5--25℃可儲存12個月，建議儲存濃度為0.25---0.05%。

　　附錄三　　FL45C介紹
　　●分子量10000——100000
　　●液態(tài)，有效含量20%——40%
　　●陽離子型
　　●粘度：含量40%時，1000——22000cps
　　●對氯離子具穩(wěn)定性
　　●可與金屬混凝劑混合使用
　　●可大量儲存