朱學紅 王 斌 李寶生 陳 楊(漯河市水務投資有限公司，河南 漯河 462000)

絮凝劑在自來水凈化和污水除磷中的應用差異性

朱學紅 王 斌 李寶生 陳 楊
(漯河市水務投資有限公司，河南 漯河 462000)

對絮凝劑在自來水凈化及污水除磷中的機理差異性進行了分析，結合絮凝劑在污水除磷方面的應用實例，發(fā)現(xiàn)投加低PH值、低鹽基度絮凝劑和強化其初始投加混合強度，可提高絮凝劑除磷的凈化效果。

絮凝劑；自來水凈化；污水除磷；差異性

引言

水中存在著膠體顆粒，微粒直徑小于0.1μm，大于1nm，這些膠體顆粒都帶著同號的電荷，它們之間的靜電斥力和膠體微粒的布朗運動，使其保持分散的懸浮狀態(tài)而呈現(xiàn)穩(wěn)定性，不能用重力自然沉降的方法除去。

絮凝劑廣泛應用于水質凈化處理中。在水中加入絮凝劑可使水中膠體顆粒通過聚集作用而形成可分離的大顆粒，從而使水質得到凈化。水處理中最常用的是鋁鹽和鐵鹽。隨著水處理技術的發(fā)展，絮凝劑品種已發(fā)展到除無機鋁鹽、無機鐵鹽外，還有無機高分子絮凝劑、有機高分子聚合物等品種。本文以無機鋁、鐵鹽為例，對其在自來水水質凈化和污水化學除磷應用中的差異性進行了分析，并就其在污水除磷中的應用情況進行實例探討，以供污水處理人員在輔助化學除磷過程中參考。

1 化學絮凝的機理

絮凝劑的化學絮凝機理較復雜，目前比較一致的解釋可概括為以下幾個方面[1]：一是壓縮水中膠體顆粒的雙電層、降低電動勢，使顆粒聚集起來，產(chǎn)生沉淀作用；二是吸附電中和膠體顆粒所帶的部分電荷，減少靜電斥力，使膠體顆粒之間形成聚集作用；三是吸附架橋聯(lián)接水中膠體顆粒，將膠體顆粒聯(lián)接在一起，使膠體顆粒聚集而形成絮凝體；四是沉淀物卷掃作用：即當向水中投加較多的鋁鹽、鐵鹽作絮凝劑時，若投加量大得足以迅速沉淀氫氧化物Al(OH)3、Fe(OH)3時，水中膠體顆?？杀贿@些沉淀物在形成時所卷掃而共同沉淀。

1.1 絮凝劑的水解反應

鋁鹽和鐵鹽是最常用的絮凝劑，以鋁鹽為例說明其水解過程。

鋁鹽和鐵鹽在水中都以三價鋁(Al3+)和三價鐵(Fe3+)的各種化合物存在。就以鋁鹽為例，不論鋁鹽以何種藥劑形態(tài)加入，在水溶液中即使鋁以單純離子狀態(tài)存在，也不是以Al3+而是以水合鋁絡離子[Al(H2O)6]3+狀態(tài)存在。當pH<3時，在水中主要是這種狀態(tài)。如pH升高，水合鋁絡離子發(fā)生水解，生成羥基鋁離子。隨著PH的升高，最終將產(chǎn)生氫氧化鋁沉淀物。這個過程反應如下：

1.2 絮凝劑的縮聚反應

鋁鹽的水解反應要復雜得多，實際上，鋁鹽水解過程中產(chǎn)生的羥基鋁離子，隨著分子中羥基離子(OH-)增加，各離子的羥基可發(fā)生架橋連接，產(chǎn)生多核羥基絡合物，也即高分子縮聚反應。這個過程反應如下：

生成物[Al2(OH)2(H2O)8]4+還可以進一步被羥基架橋成多核聚合物[Al3(OH)4(H2O)10]5+等，生成的多核聚合物也會繼續(xù)水解，水解和縮聚反應是交錯進行，最終產(chǎn)生高聚合度的氫氧化鋁絮體沉淀。

2 化學沉析除磷的機理

化學除磷是通過化學沉析過程完成的，污水化學沉析是指通過向污水中投加無機金屬鹽藥劑，其與污水中溶解性的鹽類，如磷酸鹽混合后，形成顆粒狀、非溶解性的物質，這一過程涉及的是所謂的相轉移過程，反應方程舉例如下：

而沉析除磷反應可以簡單的理解為：水中溶解狀的磷酸鹽，大部分由離子狀物質轉換為非溶解、顆粒狀物質的過程。許多高價金屬離子藥劑投加到污水中后，都會與污水中的溶解性磷離子結合生成難溶解性的化合物。出于經(jīng)濟原因，用于磷沉析的金屬鹽藥劑主要是鋁鹽、鐵鹽。

3 化學絮凝與化學沉析的差異性

3.1 絮凝與沉析的機理差異

絮凝是向水中投加一定量的鋁鹽、鐵鹽等類型絮凝劑，通過鋁鹽、鐵鹽的水解形成生成羥基鋁離子如[Al(OH)(H2O)5]2+、羥基鐵離子，隨著這些離子中羥基離子(OH-)增加，各離子的羥基可發(fā)生架橋連接，縮聚成多核羥基絡合物，生成的多核絡合物也會繼續(xù)水解，水解和縮聚反應是交錯進行。在鋁鹽、鐵鹽水解和縮聚的反應過程中，水中的膠體顆粒能強烈吸附水解和縮聚反應產(chǎn)物。被吸附的帶正電的多核羥基絡離子能夠壓縮雙電層、降低動電位，同時進行著架橋作用，多核聚合物為兩個或兩個以上的膠?？梢运餐?，將兩個或兩個以上的膠粒架橋連接，膠體顆粒逐漸變大，逐步形成大絮凝體，進而形成高聚合度的沉淀絮凝體。

而化學沉析是指通過向溶液中投加金屬鹽類等藥劑，這些金屬鹽類物質與溶液中溶解性的鹽類發(fā)生化學反應，生成不溶性物質，這些不溶性物質在新的溶液中沉淀下來，進而實現(xiàn)沉淀物的相分離。

3.2 自來水凈化與污水除磷工藝比較

自來水原水的凈化正是利用鋁鹽或鐵鹽等絮凝劑在水中的水解、縮聚形成的帶電高聚合度多核羥基氫氧化鋁(或鐵)，在絮凝反應池中對水中存在的塵埃、腐殖質、纖維素、菌藻或蛋白質等分散性膠體顆粒，進行壓縮雙電層、吸附電中和、吸附架橋形成大的礬花，這些礬花又在斜管沉淀池中通過重力沉降的方式沉淀下來，一部分沒有來得及沉淀的小礬花被砂濾池進一步攔截過濾出來，從而實現(xiàn)了自來水的凈化。

通過上面的比較可知，自來水的凈化主要發(fā)生化學絮凝反應，而污水的除磷則是化學沉析與化學絮凝相伴發(fā)生。

4 污水處理除磷實例

4.1 污水廠運行概況

某污水處理廠，設計處理規(guī)模為8×104m3/d，二級處理系統(tǒng)采用Carrousel氧化溝工藝，三級處理系統(tǒng)采用網(wǎng)格絮凝沉淀+D型纖維濾池+二氧化氯消毒工藝，出水排放指標執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準，相關進、出水水質如表1所示。

表1 進、出水水質 mg/L

該污水處理廠實際進水量約計9×104m3/d，其中工業(yè)廢水占該廠進水量的40%左右。根據(jù)對該廠日常進水水質化驗指標的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)進水TP≥5mg/L的概率在67.3%，這主要是因為進水中含有較多工業(yè)廢水，有含磷量較高的廢水進入所致。

在實際污水處理運行過程中，該廠出水指標除SS和TP外，其余各項水質指標均優(yōu)于設計出水指標。

4.2 污水除磷

4.2.1 生物除磷

生物除磷的機理表明，只有除磷菌在厭氧條件下進行充分釋磷，才能實現(xiàn)除磷菌在好氧條件下的大量吸收磷。相關研究表明[1]，除磷菌在厭氧條件下釋放1mg的磷可以在好氧區(qū)吸收2.54mg的磷，然后經(jīng)沉淀分離，把富含磷的剩余污泥排出系統(tǒng)，達到除磷的目的。該污水廠雖然在生物處理系統(tǒng)進行了降低厭氧區(qū)、缺氧區(qū)溶解氧濃度等優(yōu)化運行措施，但由于BOD5/TP比值較低，進水營養(yǎng)物少，采用單一的生物除磷技術難以穩(wěn)定達到出水標準要求。

4.2.2 化學除磷

為解決出水TP的達標問題，該廠進行了輔助化學除磷處理，如圖1除磷系統(tǒng)工藝流程圖所示。

圖1 除磷系統(tǒng)工藝流程圖

(1)后置化學除磷

按照工程設計要求，在二級生物處理二沉池后增加了深度處理系統(tǒng)，用于化學除磷。參照工藝設計參數(shù)要求，在深度處理進水管道混合器處(如圖1所示改造前投加位置)，按進水量核算投加80～120mg/L的聚合氯化鋁，經(jīng)絮凝沉淀池處理后進入D型濾池。D型濾池的出水指標如表2所示。

由表2數(shù)據(jù)比較可以發(fā)現(xiàn)，后置投加化學藥劑除磷后，只有出水TP不能穩(wěn)定達標，雖然反復進行了工藝調整和藥劑選配，仍然滿足不了出水標準要求。

表2 D型濾池出水水質 mg/L

(2)氧化溝出水口投加藥劑除磷

為保證出水TP的穩(wěn)定達標，該廠經(jīng)過多次比對試驗后，對化學除磷加藥系統(tǒng)進行了技術改造，將藥劑投加位置改到了氧化溝出水口處(如圖1所示)，同時用聚合硫酸鐵取代了聚合氯化鋁。改造后的除磷系統(tǒng)改造后的運行結果表明：通過在氧化溝出水口跌水處投加低PH、低鹽基度硫酸鐵鹽溶液，D型濾池出水水質變好(如表2所示)，各項出水指標均優(yōu)于GB18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級A標準要求，實現(xiàn)了穩(wěn)定達標；硫酸鐵溶液投加量小于50mg/L，每噸污水除磷藥劑成本≤0.03元。另外，由于藥劑投加位置在二沉池之前，D型濾池的反沖洗周期也由原來的8h，延長至現(xiàn)在的36h以上，節(jié)約了電力消耗，降低了勞動強度。

5 結 語

絮凝劑在自來水水質凈化與污水除磷應用中存在差異，絮凝劑在自來水凈化中主要發(fā)生化學絮凝反應，而在污水除磷中絮凝劑同時相伴發(fā)生化學沉析、化學絮凝及生物絮凝共聚反應。在污水除磷系統(tǒng)，通過投加低PH、低鹽基度硫酸鐵鹽絮凝劑，同時強化絮凝劑初始投加混合強度，可改善絮凝劑除磷的凈化效果。

[1]鄭淳之，梅建.水處理劑和工業(yè)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分析方法[M].北京：化學工業(yè)出版社，2001.

[2]熊鴻斌，夏曉宇，王玉芳等.低C/N值城市污水處理廠出水達標的運行條件優(yōu)化[J].中國給水排水，2013，29(1)：92-96.

Discussion on Distinction of Flocculant Performance in Water Purification and Wastewater Phosphorus removal

ZHU Xuehong WANG Bin LI Baosheng CHEN Yang
(Luohe Water Investment Co．Ltd．，Luohe 462000，China)

This paper aims to discuss the distinction of the flocculant performance in water purification and wastewater phosphorus removal process. Moreover，according to the application of flocculant in the wastewater phosphorus removal process，the effect of adding the low PH and low salt flocculant base degrees，strengthening the intensity of the initial mixing，which can improve the phosphorus removal of the flocculant.

flocculant；water purification；wastewater phosphorus removal；distinction

朱學紅，本科，高級工程師，研究方向為水污染治理、污泥處理處置

X823

A

1673-288X(2017)01-0104-03

引用文獻格式：朱學紅 等.絮凝劑在自來水凈化和污水除磷中的應用差異性[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(1)：104-106.