水處理混凝劑的評價

李潤生，俞明華，聶 祥，周友元，江宇峰，朱春蓮，苑國棟

（1.深圳市中潤水工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司，廣東深圳 518057；2.嘉善綠野環(huán)保材料廠；3.深圳慧欣環(huán)境技術(shù)有限公司；4.浙江水知音檢測有限公司；5.深圳市長隆科技有限公司）

綜述與專論

水處理混凝劑的評價

李潤生1，俞明華2，聶 祥1，周友元3，江宇峰4，朱春蓮4，苑國棟5

（1.深圳市中潤水工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司，廣東深圳 518057；2.嘉善綠野環(huán)保材料廠；3.深圳慧欣環(huán)境技術(shù)有限公司；4.浙江水知音檢測有限公司；5.深圳市長隆科技有限公司）

水處理混凝劑的評價是生產(chǎn)、銷售和應(yīng)用混凝劑以及研究開發(fā)新型混凝劑的重要環(huán)節(jié)。首先對水中雜質(zhì)和分離方法做了概述，詳細(xì)介紹了水處理過程中的混凝機(jī)理，對無機(jī)水處理混凝劑的分類做了簡要介紹。接著闡述了無機(jī)混凝劑的主要用途，分析了國內(nèi)外市場的情況。評價了無機(jī)混凝劑銷售和服務(wù)所需了解的必備條件和步驟。論述了混凝劑的4種評價方法，即標(biāo)準(zhǔn)評價、混凝性能評價、經(jīng)濟(jì)評價和使用性能評價，并通過實(shí)際案例解析了混凝劑的綜合評價方法。

混凝；混凝沉淀實(shí)驗(yàn)；混凝劑；絮凝劑；聚氯化鋁

在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中會產(chǎn)生大量的廢水，廢水中的物質(zhì)組成復(fù)雜，若未經(jīng)妥善處理而直接排放，會對生態(tài)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生不利的影響。通過添加混凝劑可使廢水中難以沉淀的膠體顆粒脫穩(wěn)，互相凝聚達(dá)到可自然沉淀的程度，并最終實(shí)現(xiàn)去除凈化的目的。水處理混凝劑是廢水處理過程中重要的組成部分，對其進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的評價對水處理混凝劑的生產(chǎn)、銷售、應(yīng)用及研發(fā)具有積極的推動作用，并且使該行業(yè)做到有法可依，有序發(fā)展。

1 混凝機(jī)理

1.1 名詞術(shù)語

混凝：一種包括混合、凝聚和絮凝等一系列復(fù)雜的物理和化學(xué)現(xiàn)象的過程。是水處理的一種單元處理方法。

混合：使投加水中的藥劑迅速均勻擴(kuò)散，為混凝創(chuàng)造良好條件的過程。

凝聚：使膠體通過電中和失去穩(wěn)定性而生成細(xì)小聚集體的過程。

絮凝：在架橋物質(zhì)存在和水流紊動條件下，凝聚生成的細(xì)小顆粒變成粗大絮凝體的過程。

混凝劑：能使膠體產(chǎn)生凝聚和絮凝作用的藥劑。

絮凝劑：僅能使水中顆粒產(chǎn)生絮凝作用的藥劑。

助凝劑：為改善混凝效果所投加的藥劑。

1.2 水中雜質(zhì)和分離方法

自然界不存在化學(xué)純凈的水，水在整個循環(huán)過程中都會帶入雜質(zhì)。水中雜質(zhì)按粒徑大小分類及處理方法見表1。由表1可見，用混凝劑進(jìn)行混凝沉淀處理的對象，是粒徑為0.1~1 nm的膠體和懸浮顆粒物。

1.3 混凝機(jī)理

混凝過程包括膠體絮凝、大分子架橋吸附和金屬離子水解幾部分的同時作用。圖1為混凝機(jī)理示意圖。

圖1 混凝機(jī)理示意圖

1.3.1 膠體的凝聚

由圖1可見，分散于水中的膠體粒子由于雙電層構(gòu)造而帶有的相同電荷，同種電荷產(chǎn)生的排斥力導(dǎo)致粒子無法凝聚。當(dāng)向水中投加帶多價正電荷的鋁離子、鐵離子時，因?yàn)槟z體的強(qiáng)烈吸附，促使膠體表面負(fù)電荷得以迅速中和，擴(kuò)散層壓縮，膠體間距離縮短，使得分子間吸引力大大超過電排斥力，進(jìn)而發(fā)生凝聚。

1.3.2 大分子的架橋作用

凝聚粒子的大小仍不足以快速沉降。當(dāng)向水中投加水溶性高分子或含有大分子水解產(chǎn)物時，聚合物或大分子的鏈節(jié)分別吸附在不同凝聚顆粒表面上，產(chǎn)生架橋聯(lián)接，生成粗大絮凝物而快速沉淀。

1.3.3 鋁、鐵鹽的水解混凝特性

低分子鋁、鐵鹽（如硫酸鋁和氯化鐵），在水中從Al3+和Fe3+開始水解：

中間還有水解或聚合交替進(jìn)行：

無機(jī)高分子混凝劑如聚氯化鋁是在工廠里預(yù)先水解生成的聚合鋁離子［Al2（OH）n］（6-n）+。

鋁、鐵正3價離子或聚合鋁、鐵離子與水中膠體粒子產(chǎn)生電中和以及架橋作用，完成整個混凝過程。顯然，經(jīng)過工廠預(yù)制的聚鋁、鐵鹽混凝作用會優(yōu)于只含正3價離子的無機(jī)低分子混凝劑。

2 無機(jī)水處理混凝劑的分類

表2為無機(jī)水處理混凝劑的分類。由表2可見，許多無機(jī)水處理混凝劑產(chǎn)品均為深圳中潤水工業(yè)技術(shù)發(fā)展有限公司（深圳中潤）于近些年研制開發(fā)而成的［1-2］，并且皆已投入工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用，許多產(chǎn)品在國內(nèi)外均具有領(lǐng)先水平。

表2 無機(jī)水處理混凝劑的分類

3 無機(jī)混凝劑的用途和市場

3.1 無機(jī)混凝劑的用途

從混凝機(jī)理可知，無機(jī)混凝劑的作用是電中和、凝聚和絮凝，以及鋁、鐵鹽的水解，凝聚和絮凝可使膠體和懸浮物變成粗大顆粒沉淀去除，水解產(chǎn)生的氫氧化物可以吸附去除溶解物。因此，混凝劑幾乎可以適用于各類水質(zhì)的凈化，主要用途：1）給水處理，生活飲用水和工業(yè)用水的處理；2）廢水處理，造紙廢水、印染廢水、鋼鐵廢水、石化廢水等；3）城市生活污水的處理；4）污泥脫水；5）工業(yè)用途，造紙施膠、化妝品原料、精密鑄造、耐火纖維原料、催化劑原料、混凝土防凍抗?jié)B劑等。

3.2 無機(jī)混凝劑的市場

3.2.1 中國市場

無機(jī)混凝劑的中國國內(nèi)市場主要包括：1）沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的生活飲用水和污水、污泥處理用混凝劑，以液體劑型為主；2）低溫、低濁水處理市場，在全年水溫低于15℃天數(shù)較多的三北地區(qū)（東北、華北和西北），以低溫、低濁復(fù)合混凝劑為主打產(chǎn)品；3）高濁度水處理市場，包括汛期高濁度河水地區(qū)和高懸浮物廢水處理，以有機(jī)復(fù)配型產(chǎn)品為優(yōu)勢產(chǎn)品；4）新開發(fā)污泥脫水混凝劑市場；5）高純聚氯化鋁和高純硫酸鋁市場，這是獨(dú)家高技術(shù)產(chǎn)品市場，可用于造紙施膠或高純水處理。

3.2.2 國外市場

中國無機(jī)混凝劑在國際上具有技術(shù)和價格以及品種繁多的優(yōu)勢，因而擴(kuò)展海外市場具有巨大潛力，其在國外市場的情況：1）東南亞市場，該地區(qū)是中國較早進(jìn)入的無機(jī)混凝劑市場，以固體PAC為主，可擴(kuò)展固體PFS和有機(jī)復(fù)配混凝劑市場；2）中東市場，該地區(qū)是中國近年開發(fā)的較大海外市場，主要產(chǎn)品為PAC、AS，可擴(kuò)展PFS和有機(jī)復(fù)合混凝劑市場；3）非洲市場，該地區(qū)中PAC、AS、PFS和有機(jī)復(fù)合混凝劑均具有一定的市場占有率；4）澳洲市場。澳大利亞對中國PFS產(chǎn)品有較大需求，可開發(fā)有機(jī)復(fù)合PFS和無機(jī)高效、高含量固體PFS產(chǎn)品；5）歐美市場，該地區(qū)市場目前尚未打開，有待開發(fā)。

4 混凝劑的評價［3］

4.1 混凝劑技術(shù)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)評價

在筆者的推動下，中國的無機(jī)混凝劑產(chǎn)品已建立了標(biāo)準(zhǔn)化體系［4］，從而推進(jìn)中國的無機(jī)混凝劑產(chǎn)品基本實(shí)現(xiàn)了有法可依。

無機(jī)混凝劑技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括4類指標(biāo)：1）有效指標(biāo)，包括鋁、鐵和鹽基度的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；2）識別指標(biāo)，pH和密度，可定性辨別是否為這類產(chǎn)品；3）有害成分，不溶物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；4）毒理指標(biāo)，包括鉛、鎘、鉻、汞和砷等元素。

4.2 混凝性能的評價

關(guān)于無機(jī)混凝劑的性能評價，由于所處理水樣的不確定性，所以采用化學(xué)指標(biāo)無法全面評價。較好的方法是用混凝沉淀試驗(yàn)（Jar Test）方法來評價，該方法由美國于1921年率先提出［5］，現(xiàn)為世界各國公認(rèn)與采納。因此，中國也將其納入了混凝劑國標(biāo)體系［6］。

4.3 混凝劑的經(jīng)濟(jì)評價

在對混凝劑做了技術(shù)指標(biāo)和性能評價后，經(jīng)濟(jì)評價環(huán)節(jié)也必不可少。評價方法是根據(jù)混凝試驗(yàn)作出各種混凝投加量和去除效果的曲線，在曲線上求得各混凝劑的等效加藥量，再根據(jù)混凝劑單價，計算出每種混凝每100 t水的藥劑費(fèi)用并加以比較。

4.4 使用性能的評價

使用性能的評價包括：1）運(yùn)輸貯存；2）產(chǎn)品及稀釋投加的穩(wěn)定性；3）使用環(huán)境、勞動強(qiáng)度、腐蝕性。

5 無機(jī)混凝劑的銷售和服務(wù)

5.1 無機(jī)混凝劑的基本知識

做好無機(jī)混凝劑的銷售需要掌握的一些必備知識：1）掌握無機(jī)混凝劑的國內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（產(chǎn)品范圍、技術(shù)指標(biāo)、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和貯存、保質(zhì)期、檢驗(yàn)規(guī)則等）；2）熟悉無機(jī)混凝劑的性能和使用方法、產(chǎn)品說明書；3）了解無機(jī)混凝劑用于水處理的基本知識。

5.2 市場開發(fā)和售前服務(wù)

市場開發(fā)和售前服務(wù)包括：1）擬開發(fā)市場的調(diào)查，包括水質(zhì)、水處理工藝流程、現(xiàn)用混凝劑（成分、價格、產(chǎn)地、樣品）等；2）混凝試驗(yàn)，包括取調(diào)查地水樣、混凝劑，分析選用本公司用于對比的混凝劑，作出混凝性能評價，計算出等效加藥成本，得出對方和本公司選定的混凝劑的評價報告；3）銷售決策，包括選定混凝劑品種，確定銷售價格；4）客戶的小試和生產(chǎn)試用，得出試驗(yàn)報告；5）銷售合同的執(zhí)行。

5.3 售后服務(wù)

售后服務(wù)主要為處理客戶使用本公司混凝劑后出現(xiàn)的技術(shù)問題：1）核對產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)和使用條件（用量、稀釋條件、投加量、投加點(diǎn)、水質(zhì)指標(biāo)等）；2）混凝試驗(yàn)，找出問題的原因和解決辦法。

5.4 法律糾紛和風(fēng)險的預(yù)防

法律糾紛和風(fēng)險的預(yù)防與合同法、標(biāo)準(zhǔn)法和專利法有關(guān)：1）生活飲用水混凝劑出口存在銷售和運(yùn)輸過程中的安全風(fēng)險；2）現(xiàn)行的生活飲用水混凝劑的生產(chǎn)和銷售管理模式需要更新；3）產(chǎn)品留樣和法律糾紛的取樣和取證；4）生活飲用水混凝劑所用原料和成分需要公開透明；5）非生活飲用水混凝劑所用原料需要分析評估并做無害預(yù)處理及后處理。

6 案例分析

混凝沉淀試驗(yàn)采用深圳中潤公司產(chǎn)ZR4-6智能混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)用水：2014年10月9日深圳大沖水廠原水，原水濁度為32NTU，水溫為27℃，采用GB/T 25182—2010《預(yù)應(yīng)力孔道灌漿劑》檢測。表3~5、圖2為3個聚氯化鋁樣品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價。

表3 樣品主要技術(shù)指標(biāo)

通過表3~5和圖2混凝劑的綜合對比分析，確定3種PAC混凝劑的性能和經(jīng)濟(jì)綜合評價排序：PAC-A＞PAC-B＞PAC-C。

表4 樣品的執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

注：JIS-K 1475—2006標(biāo)準(zhǔn)名稱為《Poly Aluminium Chloride forWaterWorks》，GB/T 15892—2009標(biāo)準(zhǔn)名稱為《生活飲用水用聚氯化鋁》。

表5 混凝試驗(yàn)效果及經(jīng)濟(jì)評價

圖2 不同PAC混凝沉淀效果對比

［1］ 李潤生.水處理新藥劑堿式氯化鋁［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1981.

［2］ 李潤生，張瑩，唐經(jīng)立，等.高性能聚氯化鋁的研究［J］.中國給水排水2010，26（23）：73-75.

［3］ HG/T 4331—2012 水處理劑混凝性能的評價方法［S］.

［4］ HG/T 2762—2006 水處理劑產(chǎn)品分類和代號命名［S］.

［5］ 許保玖.給水處理理論［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

［6］ GB 15892—2009 生活飲用水用聚氯化鋁［S］.

聯(lián)系方式：2291201624@qq.com

Evaluation ofwater treatment coagulant

LiRunsheng1，Yu Minghua2，Nie Xiang1，Zhou Youyuan3，Jiang Yufeng4，Zhu Chunlian4，Yuan Guodong5
（1.Shenzhen ZhongrunWater Industry Technology DevelopmentCo.，Ltd.，Shenzhen 518057，China；2.Jiashan Lvye EnvironmentalMaterial Factory；3.Shenzhen Huixin EnvironmentTechnology Co.，Ltd.；
4.Zhejiang ShuizhiyinWater Detection Co.，Ltd.;5.Shenzhen Changlong Technology Co.，Ltd.）

Water treatment coagulant evaluation is an important part of its production，sale，and application，as well as research and developmentof thenew product.Firstly，the impurities inwaterand relative separationmethodswere summarized. The mechanism of coagulant in water treatment process was introduced in detail，and the classification of coagulant in inorganic water treatmentwas briefly introduced.Then themain application of inorganic coagulantwas described，and the marketsituation of athome and abroad was analyzed.The necessary conditions and procedures for the storage and service of inorganic coagulants were evaluated.The four evaluation methods of coagulant，such as standard evaluation，coagulation performance evaluation，economic evaluation，and functionalperformance evaluation，were discussed.And the comprehensive evaluationmethod of coagulantwasanalyzed through practicalcases.

coagulation；coagulantsedimentation tests；coagulants；flocculants；polyaluminum chloride

TQ124.4

A

1006-4990（2017）05-0001-04

2016-11-25

李潤生（1941— ），男，高級工程師、總工程師，國務(wù)院政府津貼專家，主要從事水處理藥劑和水質(zhì)特種凈化研究以及國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)起草等工作，曾獲得全國科學(xué)大會成果獎、四川省重大科技成果獎、中國石化科技進(jìn)步獎等多項(xiàng)獎勵。已公開發(fā)表論文58篇。