水處理復配混凝劑及其復配混凝方法
2023-09-10 19:21:55
專利名稱：水處理復配混凝劑及其復配混凝方法
技術領域：
本發明屬於水處理技術，特別涉及水處理復配混凝劑及其復配混凝方法。
背景技術：
低濁度水源水含有較少的顆粒及膠體物質，很少的混凝劑即可達到電性中和的等電 點。故形成的絮體小而鬆散，難以有效沉澱。藻類的大量繁殖，還會堵塞濾池，穿透濾床， 惡化水質使水產生異味，增加消毒過程中消毒副產物的形成，釋放藻毒素威脅人類健康。 增大混凝劑的投加量是目前水廠最常採用的有效提高混凝效果的措施，但處理效果並不明 顯。當FeCl3投加量超過60mg/L時，還會造成出水色度增大、pH降低腐蝕管網等問題。 傳統混凝劑的另一個缺點是混凝效果不穩定，受原水水質變化的衝擊較大，適用範圍較窄， 給飲用水的處理帶來了極大的不便。因此低濁水源水和高藻水源水的處理一直是水處理界 的一大難點。
無機高分子混凝劑PAFC是鋁系、鐵系和鋁鐵共聚物的各種佔優勢的亞穩態或穩態形 態的集合，其化學形態屬於多核羥基絡合物及無機高分子化合物，它在水的混凝沉澱處理 中表現出較高的效能。但仍然存在形成絮體小、鬆散、不易下沉等缺點。不同混凝劑復配 的效果往往優於同條件下單一混凝劑的使用效果，不同混凝劑的復配可充分發揮混凝劑各 自的特點，達到最佳的絮凝效果，也就是協同效應。協同效應可以提高混凝劑的絮凝效果、 減少用量並擴大使用範圍。目前國內外對絮凝協同效應的研究幾乎是空白，尤其是PAFC與 其他混凝劑復配技術對低濁度水源水的研究尚未見報導。
發明內容
本發明提供了一種水處理復配混凝劑及其復配混凝方法，有效地解決了由於原水濁度 低和藻類過量繁殖等造成的混凝效果不佳的傳統難題。
本發明的一種水處理復配混凝劑，其復配組份和質量比例如下
PAFC1~3份， FeCl3 1~6份 HCA 0 0.3mg/L。 在水的濁度為9. 0NTU以上，耗氧量為3. 5mg/L以上時，其復配組份和質量比例如下: PAFC 1~3份， FeCl3 1~5份 HCA 0.2 0.3mg/L。
本發明的水處理復配混凝劑的復配混凝方法，歩驟如下
1) 在150 300r/min的快速攪拌下，先加入無機高分子混凝劑PAFC;
2) 繼續快速攪拌5s 20s後，加入無機混凝劑FeCl3;
3) 繼續快速攪拌30s 60s後，加入陽離子型高分子助凝劑HCA;
4) 繼續快速攪拌60s 卯s後，轉為30 50r/min的慢速攪拌，繼續10 20min後停止 攪拌，使形成的絮體靜沉。
根據原水水質的特點及不同藥劑的混凝特性，採用不同混凝劑間的復配組合方式，充 分發揮不同藥劑的混凝和絮凝優勢；並對最佳的復配組合方式進行混凝條件優化。實驗結 果表明，採用PAFC、 FeCl3及HCA的復配優化技術能夠有效改善低濁水及高藻水的混凝 效果，並有效改善後續的處理及節省藥劑費用。
華北地區水源水，當水源水溫度在10'C 20'C，濁度在9.0NTU以下，耗氧量在3.5mg/L 以下時，原水具有低濁水的特點。按本專利的投藥方式，兩種混凝劑的投加比例(PAFC: FeCl3的質量比)在3: 1 1: 6的範圍內，無需投加HCA助凝劑，即可獲得理想的混凝 效果，形成的礬花大而密實，處理水濁度低。夏季進入高藻期，水溫在20'C以上，藻類大 量繁殖，藻類計數在1000萬個/L以上，濁度在9.0NTU以上，耗氧量在3.5mg/L以上；且 進入供水高峰期後處理水量增大，反應池及沉澱池滿負荷甚至超負荷運行。按本專利的投 藥方式，兩種混凝劑PAFC和FeCl3的投加比例在3: 1 1: 5的範圍內、HCA助凝劑的投 加量在0.2 0.3mg/L時，形成的礬花大而密實，處理水濁度低。
對優化後的復配混凝技術與傳統的混凝技術進行技術比較，即對包括處理水的剩餘濁 度、剩餘COD^、餘鐵、餘鋁、藻類、pH等水質指標的比較，結果表明同條件下復配投 加方式的各項出水指標都明顯優於單獨投加FeCl3。在混凝劑的藥耗費用上，採用復配投 加的方式可以為日處理能力IO萬噸的水廠每年節省11力'元以上。採用本專利的復配強化 混凝方案，不僅解決了原傳統工藝投加鐵鹽後水的色度大、剩餘濁度高的問題，而且改善 了單獨投加PAFC後礬花輕，沉速慢的弊端。採用本專利的復配強化混凝方案，鐵鹽和鋁 鹽的混凝特性被最大程度的結合到一起，極大的提高了華北地區水源水的處理效果並節省
藥劑費用。
本發明的有益效果在於
(1) 對於華北地區低濁水源水和高藻水源水的混凝沉澱，釆用本專利的復配優化技 術形成的礬花在0.8mm以上，可有效降低沉後水的濁度到l.ONTU以下，是原傳統混凝工 藝(單投FeCl3)所達不到的處理效果。
(2) 對於同一低濁水源水或高藻水源水，採用本專利的復配優化技術，總投藥量 10mg/L時的處理水質(如剩餘濁度、剩餘CODMn、餘鐵、餘鋁等指標)優於投藥量25mg/L 的原傳統混凝工藝(單投FeCl3)。因此每處理l萬噸的原水，採用本專利的復配優化技術 較原傳統混凝技術可節省藥劑費用30元，對於日處理能力IO萬噸的水廠，每年可節省藥 劑費用11萬元以上。
(3) 本專利的復配優化技術對原水水質、水量變化的耐衝擊性強，對藻類的去除效 果好，解決了原傳統混凝工藝不同季節處理水水質不穩定的難題。
(4) 利用本專利的復配優化技術所形成的絮體顆粒大而密實，易於後續的沉澱和過 濾，避免了原傳統混凝工藝中因外界的擾動而礬花浮起和濾池頻繁堵塞等問題。較好的處 理水水質(如較低的剩餘濁度、剩餘CODMn、餘鐵、餘鋁和較高的pH等指標)還可有效 降低後續加氯消毒的藥耗，保證管網水水質。
附圖l(a):低濁水復配強化混凝的礬花尺寸及沉後水濁度；
附圖l(b):高藻水復配強化混凝的礬花尺寸及沉後水濁度；
附圖2(a):復配強化混凝技術與原傳統混凝技術處理低濁水的濁度比較；
附圖2(b):復配強化混凝技術與原傳統混凝技術處理低濁水的UV254和CODMn比較；
附圖2(C):復配強化混凝技術與原傳統混凝技術處理低濁水的剩餘Al和Fe比較；
附圖3(a):復配強化混凝技術與原傳統混凝技術處理高藻水的濁度比較；
附圖3(b):復配強化混凝技術與原傳統混凝技術處理高藻水的pH比較；
附圖3(C):復配強化混凝技術與原傳統混凝技術處理高藻水的UV254比較；附圖3(d)
復配強化混凝技術與原傳統混凝技術處理高藻水的藻類比較;
附圖4(a)
單投FeCl3混凝形成絮體的SEM照片;
附圖4(b)
單投PAFC混凝形成絮體的SEM照片;
附圖4(c)
PAFC與FeCl3復配強化混凝形成絮體的SEM照片。
具體實施例方式
以下結合
對本發明的具體實施方式
與處理結果作進一步的說明。
當水源水溫度在1(TC 2(TC，濁度在9.0NTU以下，耗氧量在3.5mg/L以下時，原水 具有低濁水的特點。復配強化混凝的優化方式為在150 300r/min的快速攪拌下，先加 入無機高分子混凝劑PAFC， 5s 20s後加入無機混凝劑FeCl3，繼續快速攪拌120s 150s 後，轉為30 50r/min的慢速攪拌，繼續10 20min後停止攪拌，使形成的絮體靜沉。兩 種混凝劑的質量比PAFC: FeCl3在3: 1 1: 6的範圍內，無需投加HCA助凝劑。
夏季進入高藻期，水溫在2(TC以上，藻類大量繁殖，藻類計數在1000萬個/L以上， 濁度在9.0NTU以上，耗氧量在3.5mg/L以上。復配強化混凝的優化方式為在150 300r/min的快速攪拌下，先加入無機高分子混凝劑PAFC， 5s 20s後加入無機混凝劑FeCl3， 30s 60s後再加入0.2 0.3mg/L的陽離子型高分子助凝劑HCA，繼續快速攪拌60s 90s 後，轉為30 50r/min的慢速攪拌，繼續10 20min後停止攪拌，使形成的絮體靜沉。兩 種混凝劑的質量比(PAFC: FeCl3)在3: 1 1: 5的範圍內，助凝劑HCA的最佳投量為 0.2 0.3mg/L。
經過對PAFC與FeCl3不同投加方式的對比實驗發現先投加PAFC後投加FeCl3的 復配投加方式，其沉後水的濁度明顯低於先投加FeCl3後投加PAFC及PAFC和FeCl3同時 投加的復配投加方式，故先投加PAFC後投加FeCl3的復配投加方式為本復配混凝方案的 最佳投加方式。經過對PAFC及FeCl3兩藥劑不同的投加時間間隔的實驗發現先加入 PAFC， 5s 20s後加入FeCl3的沉後水濁度低，為本復配混凝方案的優化投加方式。
在以上優化混凝方式下，附圖l(a)和附圖l(b)分別考察了低濁水和高藻水投加不同質 量比的PAFC/FeCl3所形成礬花的尺寸及沉後水濁度。由附圖l(a)可見，對於華北地區低濁 水源水，兩種混凝劑的質量比(PAFC: FeCl3)在3: 1 1: 6之間時，沉後水的濁度在1NTU
處理結果:
以下，所形成礬花的尺寸在0.8mm以上，滿足實際生產獲得良好出水的工藝要求。由附圖 l(b)可見，對於華北地區高藻水源水，兩種混凝劑的質量比PAFC: FeCl3在3: 1 1: 5之 間時，沉後水的濁度在1NTU以下，所形成礬花的尺寸在0.8mm以上，滿足實際生產獲得 良好出水的工藝要求。
附圖2(a)，2(b)和2(c)分別比較了本專利的復配優化混凝技術，原單加FeCl3混凝技術 處理低濁水的沉後水濁度、UV254、 CODMn、剩餘鋁和鐵等水質指標。附圖2(a)， 2(b)和2(c) 表明對於華北地區低濁水源水，採用上述復配優化混凝方式強化混凝低濁度水源水的沉後 水濁度、UV254、 CODMn、剩餘鐵等水質指標明顯低於採用原單加FeCl3混凝工藝。
附圖3(a)， 3(b)， 3(c)和3(d)分別比較了本專利的復配優化混凝技術與原單加FeCr3混 凝技術處理高藻水的沉後水濁度、pH、 UV254和藻類等水質指標。附圖3(a)， 3(c)和3(d) 表明對於華北地區高藻水源水，採用上述復配優化混凝方式強化混凝高藻水源水的沉後水 濁度、UV254和藻類的含量等水質指標明顯低於採用原傳統混凝工藝。附圖3(b)表明對於 華北地區高藻水源水，採用上述復配優化混凝方式強化混凝高藻水源水的沉後水pH值高 於採用原傳統混凝工藝，解決了原傳統工藝投加鐵鹽後水的色度大、出現管網黃水等問題。
附圖4(a)， 4(b)和4(c)分別為原水單投FeCl3、單投PAFC、聯合投加PAFC和FeCl3 後形成絮體的SEM照片。FeCl3是傳統的無機混凝劑，溶於水後有強烈的電性中和作用， 並形成Fe(0H)3起網捕、巻掃作用。附圖4(a)中的孔狀結構就是Fe(OH)3，可見FeCl3的絮 凝機理是以網捕巻掃和電性中和作用為主。PAFC是無機高分子聚合物，水解產生鋁系、 鐵系和鋁鐵共聚物的鏈狀結構。附圖4(b)表明PAFC形成的絮體是以架橋作用為主，絮體 的結構比單加FeCl3形成的絮體更密實。復配投加方式結合了鋁鹽和鐵鹽的優點，絮體結 構更加密實。附圖4(c)中的孔狀結構，部分被白色物質填充，說明了PAFC與FeCl3的結合 過程。PAFC與FeCl3的復配投加過程涉及到多種混凝機理，混凝過程非常複雜，不僅有兩 種混凝劑自身的絮凝，而且兩種混凝劑之間相互影響，產生協同絮凝作用。因此，兩混凝 劑的投加量、投加比例、投加方式或投加順序、及投加的時間間隔等都會影響兩混凝劑的 協同絮凝作用及結合程度，因而影響所形成絮體的特性及混凝的效果。
權利要求
1.一種水處理復配混凝劑，其特徵是復配組份和質量比例如下PAFC 1~3份，FeCl3 1~6份，HCA0～0.3mg/L。
2. 如權利要求1所述的水處理復配混凝劑，其特徵是所述復配混凝劑在水的濁度為9. 0NTU 以上，耗氧量在3.5mg/L以上時，其復配組份和質量比例如下PAFC 廣3份， FeCl:i 廣5份 HCA 0. 2 0. 3mg/L。
3. 如權利要求1或2所述的水處理復配混凝劑的復配混凝方法，其特徵是1) 在150 300r/min的快速攪拌下，先加入無機高分子混凝劑PAFC;2) 繼續快速攪拌5s 20s後，加入無機混凝劑FeCl:,;3) 繼續快速攪拌30s 60s後，加入陽離子型高分子助凝劑HCA;4) 繼續快速攪拌60s 90s後，轉為30 50r/min的慢速攪拌，繼續10 20min後停止 攪拌，使形成的絮體靜沉。
全文摘要
本發明涉及水處理復配混凝劑及其復配混凝方法。水處理復配混凝劑的組份和含量是PAFC1～3份，FeCl31～6份，HCA投加量為每升水0～0.3mg。水處理復配混凝劑的復配混凝方法，步驟如下在150～300r/min的快速攪拌下，1)先加入無機高分子混凝劑PAFC；2)5s～20s後加入無機混凝劑FeCl3；3)繼續快速攪拌30s～60s後加入陽離子型高分子助凝劑HCA；4)繼續快速攪拌60s～90s後，轉為30～50r/min的慢速攪拌，繼續10～20min後停止攪拌，使形成的絮體靜沉。採用本發明的復配強化混凝方案，不僅解決了原傳統工藝投加鐵鹽後水的色度大、剩餘濁度高的問題，而且改善了單獨投加PAFC後礬花輕，沉速慢的弊端。
文檔編號C02F1/52GK101172683SQ20071015009
公開日2008年5月7日 申請日期2007年11月7日 優先權日2007年11月7日
發明者劉志強, 孫井梅, 峰 李, 趙新華, 榮 黎 申請人:天津大學