凈水混凝劑比選小試研究

劉建軍， 魏振彥， 馬 嬌， 張怡然， 張劍鋒， 趙 宇

(1.天津泰達水業(yè)有限公司， 天津 300457； 2.天津泰達津聯(lián)自來水有限公司， 天津 300457)

混凝是常規(guī)給水處理過程中的重要環(huán)節(jié)之一[1]。凈水廠普遍使用鐵鹽、鋁鹽等無機藥劑作為混凝劑，選擇合適高效的混凝劑、確定合理的投藥配比和投加量對保證水廠出水穩(wěn)定達標至關重要[2]。目前，天津市某凈水廠采用三氯化鐵(FeCl3)和聚合氯化鋁(PAC)復合投加的方式進行混凝，歷年來對該地區(qū)原水的處理有較好的適用性[3]。但隨著混凝藥劑標準的日益嚴格以及供水標準的提高，有必要對各種混凝劑的處理效果進行對比積累。筆者通過混凝小試，對多種混凝劑進行比選優(yōu)化，以期為凈水廠實際生產和藥劑選擇提供參考。

1 試驗部分

1.1 試驗原水與藥劑

試驗所在凈水廠采用的生產工藝為原水—預氧化—混凝—脈沖澄清/斜管沉淀—過濾—消毒[4]，以實際生產中預氧化單元(目前采用預臭氧化，臭氧投加量為1.0 mg/L)出水為試驗原水，進行模擬生產的混凝小試。原水濁度為8.83 NTU，pH為7.99，水溫為26.4℃。

采用某凈水藥劑廠生產的聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鐵(PFS)和聚合氯化鋁鐵(PAFC)藥劑進行試驗，單獨投加或與凈水廠目前采用的三氯化鐵(FeCl3)或PAC藥劑進行復合投加。

PFS是一種性能優(yōu)越的無機高分子混凝劑，具有較強的電中和能力、較大的分子量、較強的吸附性能和很好的穩(wěn)定性，廣泛應用于飲用水、工業(yè)用水、各種工業(yè)廢水、城市污水、污泥脫水等的凈化處理[7-8]。

PAFC是通過鋁鹽和鐵鹽復合共聚形成新型結構的無機復合型高分子絮凝劑，綜合了鋁鹽和鐵鹽的優(yōu)點，依據協(xié)同增效原理，能改善混凝性能[9]。

1.2 試驗方法

混凝試驗在TA6-2程控混凝試驗攪拌儀上進行，模擬水廠實際混凝過程設置攪拌程序：首先以40 r/min攪拌30 s，投加第一種混凝劑(FeCl3或PFS)后再攪拌3 min；更改轉數(shù)為150 r/min，投加第二種混凝劑(PAC或PAFC)后攪拌2 min；最后以40 r/min攪拌15 min。分別靜置10 和20 min后，測定沉后水余濁，同時觀察礬花形成、出體時間和絮體分離情況，對比各種新混凝藥劑和現(xiàn)用混凝藥劑的混凝效果。

1.3 檢測項目和方法

濁度: 分光光度法，HACH 2100N 型濁度儀；pH: 玻璃電極法，Mettler Toledo 320 型 pH 計；溫度：JM222L型便攜式數(shù)字溫度計。

2 結果與討論

2.1 聚合氯化鋁的混凝效果

進行新PAC與現(xiàn)用FeCl3復合投加的混凝小試，結果見圖1。第7、第8組采用試驗期間水廠實際生產中投加的PAC和FeCl3(生產中實際投加量均為15 mg/L)，進行對比試驗。

圖1 聚合氯化鋁復合三氯化鐵的混凝效果Fig.1 Coagulation effect of PAC combined with FeCl3

新PAC與現(xiàn)用FeCl3復合投加時，藥劑投加總量在27～35 mg/L時，混凝效果較好，10 min出水濁度均在0.5 NTU以內，20 min出水濁度均降至0.4 NTU以下。隨著藥劑投加總量的增加，出水濁度呈先降低后升高的現(xiàn)象，藥劑總投加量為33 mg/L時出水濁度最低，在0.3 NTU以下；當藥劑總投加量增加至35 mg/L時，出水濁度略有升高，與總投加量為30 mg/L時持平。

對比第2、第5組與第7、第8組處理效果可知，在同等藥量投加條件下，現(xiàn)用FeCl3與新PAC復合投加的混凝效果略優(yōu)于生產現(xiàn)用PAC和FeCl3復合投加。結合經濟性要求，投加15 mg/L FeCl3復配15 mg/L新PAC進行混凝，20 min出水濁度能降至0.33 NTU，可供生產選擇。

2.2 聚合硫酸鐵的混凝效果

進行單獨投加PFS、PFS與現(xiàn)用PAC復合投加的混凝小試，各組混凝劑投加量及沉后水余濁見圖2。

由圖2中第1～6組的試驗結果可知，單獨投加PFS的混凝效果不佳，投加量由15 mg/L增加至40 mg/L時，20 min出水最小濁度仍為1.39 NTU，濁度最高去除率僅為84.2%。

圖2 聚合硫酸鐵的混凝效果Fig.2 Coagulation effect of PFS

根據第7～10組的試驗結果可知，PFS與現(xiàn)用PAC復合投加時，混凝效果較好。PFS與PAC的投加量分別為20和15 mg/L時，20 min出水濁度最低，為0.62 NTU。繼續(xù)增大PAC投加量至20 mg/L，總藥劑投加量為40 mg/L時，20 min出水濁度未進一步降低。

結合圖1中第7、第8組的試驗結果可知，投加生產現(xiàn)用15 mg/L FeCl3和15 mg/L PAC時，20 min出水濁度為0.35 NTU，現(xiàn)用藥劑的混凝效果明顯優(yōu)于新藥劑PFS。此外，試驗期間發(fā)現(xiàn)PFS稀釋后出現(xiàn)渾濁沉淀現(xiàn)象，需慎重考慮其生產適用性。

2.3 聚合氯化鋁鐵的混凝效果

進行單獨投加PAFC以及PAFC與現(xiàn)用FeCl3復合投加的混凝小試，各組混凝劑投加量及沉后水余濁見圖3。

圖3 聚合氯化鋁鐵的混凝效果Fig.3 Coagulation effect of PAFC

單獨投加PAFC時，投加量由15 mg/L增加至35 mg/L，出水濁度逐漸降低；投加量為35 mg/L，20 min出水濁度最低，為0.33 NTU。繼續(xù)增大PAFC投加量至40 mg/L，出水濁度反而略有升高。

PAFC與現(xiàn)用FeCl3復合投加時，混凝效果較好。混凝劑總投加量由25 mg/L增加至35 mg/L時，20 min出水濁度逐漸降低。10 mg/L FeCl3復配25 mg/L PAFC的混凝效果最優(yōu)，20 min出水濁度為0.31 NTU，去除率高達96.5%。繼續(xù)增大PAFC投加量至30 mg/L，藥劑總投加量為40 mg/L時，20 min出水濁度反而有所上升，為0.50 NTU。

此外，對比第4組和第9組的試驗結果可知，單獨投加30 mg/L PAFC與復配投加10 mg/L FeCl3及15 mg/L PAFC的效果類似，20 min出水濁度為0.46 NTU。

3 結論

① 新PAC與現(xiàn)用FeCl3復合投加的混凝效果優(yōu)良，與生產現(xiàn)用PAC與FeCl3復合投加的混凝效果相近。針對試驗時原水情況，可采用15 mg/L FeCl3復配15 mg/L新PAC的投加量供生產選擇。

② 單獨投加PFS時，混凝效果不佳。PFS與PAC的投加量分別為20和15 mg/L 時，20 min出水濁度最低。現(xiàn)用藥劑的混凝效果明顯優(yōu)于新藥劑PFS。此外，針對試驗期間發(fā)現(xiàn)的PFS稀釋后的渾濁沉淀現(xiàn)象，需慎重考慮其生產適用性。

③ PAFC與現(xiàn)用FeCl3復合投加時，混凝效果較好。10 mg/L FeCl3復配25 mg/L PAFC的混凝效果最優(yōu)，20 min出水濁度為0.31 NTU。單獨投加30 mg/L PAFC與復配投加10 mg/L FeCl3及15 mg/L PAFC的混凝效果差別不大，20 min出水濁度可降至0.46 NTU。