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(guān)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(chǎn)和藥劑選擇提供參考。
試驗所在凈水廠采用的生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(jù)協(xié)同增效原理,能改善混凝性能[9]。
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(shè)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(zhuǎn)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。
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。
進行新PAC與現(xiàn)用FeCl3復合投加的混凝小試,結(jié)果見圖1。第7、第8組采用試驗期間水廠實際生產(chǎn)中投加的PAC和FeCl3(生產(chǎn)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(nèi),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(chǎn)現(xiàn)用PAC和FeCl3復合投加。結(jié)合經(jīng)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(chǎn)選擇。
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(jié)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(jù)第7~10組的試驗結(jié)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(jié)合圖1中第7、第8組的試驗結(jié)果可知,投加生產(chǎn)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(chǎn)適用性。
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?;炷齽┛偼都恿坑?5 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(jié)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。
① 新PAC與現(xiàn)用FeCl3復合投加的混凝效果優(yōu)良,與生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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。