水处理复配混凝剂及其复配混凝方法

摘要

本发明涉及水处理复配混凝剂及其复配混凝方法。水处理复配混凝剂的组份和含量是：PAFC1～3份，FeCl31～6份，HCA投加量为每升水0～0.3mg。水处理复配混凝剂的复配混凝方法，步骤如下：在150～300r/min的快速搅拌下，1)先加入无机高分子混凝剂PAFC；2)5s～20s后加入无机混凝剂FeCl3；3)继续快速搅拌30s～60s后加入阳离子型高分子助凝剂HCA；4)继续快速搅拌60s～90s后，转为30～50r/min的慢速搅拌，继续10～20min后停止搅拌，使形成的絮体静沉。采用本发明的复配强化混凝方案，不仅解决了原传统工艺投加铁盐后水的色度大、剩余浊度高的问题，而且改善了单独投加PAFC后矾花轻，沉速慢的弊端。

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术，特别涉及水处理复配混凝剂及其复配混凝方法。

背景技术

低浊度水源水含有较少的颗粒及胶体物质，很少的混凝剂即可达到电性中和的等电点。故形成的絮体小而松散，难以有效沉淀。藻类的大量繁殖，还会堵塞滤池，穿透滤床，恶化水质使水产生异味，增加消毒过程中消毒副产物的形成，释放藻毒素威胁人类健康。增大混凝剂的投加量是目前水厂最常采用的有效提高混凝效果的措施，但处理效果并不明显。当FeCl₃投加量超过60mg/L时，还会造成出水色度增大、pH降低腐蚀管网等问题。传统混凝剂的另一个缺点是混凝效果不稳定，受原水水质变化的冲击较大，适用范围较窄，给饮用水的处理带来了极大的不便。因此低浊水源水和高藻水源水的处理一直是水处理界的一大难点。

无机高分子混凝剂PAFC是铝系、铁系和铝铁共聚物的各种占优势的亚稳态或稳态形态的集合，其化学形态属于多核羟基络合物及无机高分子化合物，它在水的混凝沉淀处理中表现出较高的效能。但仍然存在形成絮体小、松散、不易下沉等缺点。不同混凝剂复配的效果往往优于同条件下单一混凝剂的使用效果，不同混凝剂的复配可充分发挥混凝剂各自的特点，达到最佳的絮凝效果，也就是协同效应。协同效应可以提高混凝剂的絮凝效果、减少用量并扩大使用范围。目前国内外对絮凝协同效应的研究几乎是空白，尤其是PAFC与其他混凝剂复配技术对低浊度水源水的研究尚未见报道。

发明内容

本发明提供了一种水处理复配混凝剂及其复配混凝方法，有效地解决了由于原水浊度低和藻类过量繁殖等造成的混凝效果不佳的传统难题。

本发明的一种水处理复配混凝剂，其复配组份和质量比例如下：

PAFC    1～3份，

FeCl₃   1～6份

HCA     0～0.3mg/L。

在水的浊度为9.0NTU以上，耗氧量为3.5mg/L以上时，其复配组份和质量比例如下：

PAFC    1～3份，

FeCl₃   1～5份

HCA     0.2～0.3mg/L。

本发明的水处理复配混凝剂的复配混凝方法，步骤如下：

1)在150～300r/min的快速搅拌下，先加入无机高分子混凝剂PAFC；

2)继续快速搅拌5s～20s后，加入无机混凝剂FeCl₃；

3)继续快速搅拌30s～60s后，加入阳离子型高分子助凝剂HCA；

4)继续快速搅拌60s～90s后，转为30～50r/min的慢速搅拌，继续10～20min后停止

搅拌，使形成的絮体静沉。

根据原水水质的特点及不同药剂的混凝特性，采用不同混凝剂间的复配组合方式，充分发挥不同药剂的混凝和絮凝优势；并对最佳的复配组合方式进行混凝条件优化。实验结果表明，采用PAFC、FeCl₃及HCA的复配优化技术能够有效改善低浊水及高藻水的混凝效果，并有效改善后续的处理及节省药剂费用。

华北地区水源水，当水源水温度在10℃～20℃，浊度在9.0NTU以下，耗氧量在3.5mg/L以下时，原水具有低浊水的特点。按本专利的投药方式，两种混凝剂的投加比例(PAFC∶FeCl₃的质量比)在3∶1～1∶6的范围内，无需投加HCA助凝剂，即可获得理想的混凝效果，形成的矾花大而密实，处理水浊度低。夏季进入高藻期，水温在20℃以上，藻类大量繁殖，藻类计数在1000万个/L以上，浊度在9.0NTU以上，耗氧量在3.5mg/L以上；且进入供水高峰期后处理水量增大，反应池及沉淀池满负荷甚至超负荷运行。按本专利的投药方式，两种混凝剂PAFC和FeCl₃的投加比例在3∶1～1∶5的范围内、HCA助凝剂的投加量在0.2～0.3mg/L时，形成的矾花大而密实，处理水浊度低。

对优化后的复配混凝技术与传统的混凝技术进行技术比较，即对包括处理水的剩余浊度、剩余COD_Mn、余铁、余铝、藻类、pH等水质指标的比较，结果表明同条件下复配投加方式的各项出水指标都明显优于单独投加FeCl₃。在混凝剂的药耗费用上，采用复配投加的方式可以为日处理能力10万吨的水厂每年节省11万元以上。采用本专利的复配强化混凝方案，不仅解决了原传统工艺投加铁盐后水的色度大、剩余浊度高的问题，而且改善了单独投加PAFC后矾花轻，沉速慢的弊端。采用本专利的复配强化混凝方案，铁盐和铝盐的混凝特性被最大程度的结合到一起，极大的提高了华北地区水源水的处理效果并节省药剂费用。

本发明的有益效果在于：

(1)对于华北地区低浊水源水和高藻水源水的混凝沉淀，采用本专利的复配优化技术形成的矾花在0.8mm以上，可有效降低沉后水的浊度到1.0NTU以下，是原传统混凝工艺(单投FeCl₃)所达不到的处理效果。

(2)对于同一低浊水源水或高藻水源水，采用本专利的复配优化技术，总投药量10mg/L时的处理水质(如剩余浊度、剩余COD_Mn、余铁、余铝等指标)优于投药量25mg/L的原传统混凝工艺(单投FeCl₃)。因此每处理1万吨的原水，采用本专利的复配优化技术较原传统混凝技术可节省药剂费用30元，对于日处理能力10万吨的水厂，每年可节省药剂费用11万元以上。

(3)本专利的复配优化技术对原水水质、水量变化的耐冲击性强，对藻类的去除效果好，解决了原传统混凝工艺不同季节处理水水质不稳定的难题。

(4)利用本专利的复配优化技术所形成的絮体颗粒大而密实，易于后续的沉淀和过滤，避免了原传统混凝工艺中因外界的扰动而矾花浮起和滤池频繁堵塞等问题。较好的处理水水质(如较低的剩余浊度、剩余COD_Mn、余铁、余铝和较高的pH等指标)还可有效降低后续加氯消毒的药耗，保证管网水水质。

附图说明

附图1(a)：低浊水复配强化混凝的矾花尺寸及沉后水浊度；

附图1(b)：高藻水复配强化混凝的矾花尺寸及沉后水浊度；

附图2(a)：复配强化混凝技术与原传统混凝技术处理低浊水的浊度比较；

附图2(b)：复配强化混凝技术与原传统混凝技术处理低浊水的UV₂₅₄和COD_Mn比较；

附图2(c)：复配强化混凝技术与原传统混凝技术处理低浊水的剩余Al和Fe比较；

附图3(a)：复配强化混凝技术与原传统混凝技术处理高藻水的浊度比较；

附图3(b)：复配强化混凝技术与原传统混凝技术处理高藻水的pH比较；

附图3(c)：复配强化混凝技术与原传统混凝技术处理高藻水的UV₂₅₄比较；

附图3(d)：复配强化混凝技术与原传统混凝技术处理高藻水的藻类比较；

附图4(a)：单投FeCl₃混凝形成絮体的SEM照片；

附图4(b)：单投PAFC混凝形成絮体的SEM照片；

附图4(c)：PAFC与FeCl₃复配强化混凝形成絮体的SEM照片。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的具体实施方式与处理结果作进一步的说明。

当水源水温度在10℃～20℃，浊度在9.0NTU以下，耗氧量在3.5mg/L以下时，原水具有低浊水的特点。复配强化混凝的优化方式为：在150～300r/min的快速搅拌下，先加入无机高分子混凝剂PAFC，5s～20s后加入无机混凝剂FeCl₃，继续快速搅拌120s～150s后，转为30～50r/min的慢速搅拌，继续10～20min后停止搅拌，使形成的絮体静沉。两种混凝剂的质量比PAFC∶FeCl₃在3∶1～1∶6的范围内，无需投加HCA助凝剂。

夏季进入高藻期，水温在20℃以上，藻类大量繁殖，藻类计数在1000万个/L以上，浊度在9.0NTU以上，耗氧量在3.5mg/L以上。复配强化混凝的优化方式为：在150～300r/min的快速搅拌下，先加入无机高分子混凝剂PAFC，5s～20s后加入无机混凝剂FeCl₃，30s～60s后再加入0.2～0.3mg/L的阳离子型高分子助凝剂HCA，继续快速搅拌60s～90s后，转为30～50r/min的慢速搅拌，继续10～20min后停止搅拌，使形成的絮体静沉。两种混凝剂的质量比(PAFC∶FeCl₃)在3∶1～1∶5的范围内，助凝剂HCA的最佳投量为0.2～0.3mg/L。

处理结果：

经过对PAFC与FeCl₃不同投加方式的对比实验发现：先投加PAFC后投加FeCl₃的复配投加方式，其沉后水的浊度明显低于先投加FeCl₃后投加PAFC及PAFC和FeCl₃同时投加的复配投加方式，故先投加PAFC后投加FeCl₃的复配投加方式为本复配混凝方案的最佳投加方式。经过对PAFC及FeCl₃两药剂不同的投加时间间隔的实验发现：先加入PAFC，5s～20s后加入FeCl₃的沉后水浊度低，为本复配混凝方案的优化投加方式。

在以上优化混凝方式下，附图1(a)和附图1(b)分别考察了低浊水和高藻水投加不同质量比的PAFC/FeCl₃所形成矾花的尺寸及沉后水浊度。由附图1(a)可见，对于华北地区低浊水源水，两种混凝剂的质量比(PAFC∶FeCl₃)在3∶1～1∶6之间时，沉后水的浊度在1NTU以下，所形成矾花的尺寸在0.8mm以上，满足实际生产获得良好出水的工艺要求。由附图1(b)可见，对于华北地区高藻水源水，两种混凝剂的质量比PAFC∶FeCl₃在3∶1～1∶5之间时，沉后水的浊度在1NTU以下，所形成矾花的尺寸在0.8mm以上，满足实际生产获得良好出水的工艺要求。

附图2(a)，2(b)和2(c)分别比较了本专利的复配优化混凝技术与原单加FeCl₃混凝技术处理低浊水的沉后水浊度、UV₂₅₄、COD_Mn、剩余铝和铁等水质指标。附图2(a)，2(b)和2(c)表明对于华北地区低浊水源水，采用上述复配优化混凝方式强化混凝低浊度水源水的沉后水浊度、UV₂₅₄、COD_Mn、剩余铁等水质指标明显低于采用原单加FeCl₃混凝工艺。

附图3(a)，3(b)，3(c)和3(d)分别比较了本专利的复配优化混凝技术与原单加FeCl₃混凝技术处理高藻水的沉后水浊度、pH、UV₂₅₄和藻类等水质指标。附图3(a)，3(c)和3(d)表明对于华北地区高藻水源水，采用上述复配优化混凝方式强化混凝高藻水源水的沉后水浊度、UV₂₅₄和藻类的含量等水质指标明显低于采用原传统混凝工艺。附图3(b)表明对于华北地区高藻水源水，采用上述复配优化混凝方式强化混凝高藻水源水的沉后水pH值高于采用原传统混凝工艺，解决了原传统工艺投加铁盐后水的色度大、出现管网黄水等问题。

附图4(a)，4(b)和4(c)分别为原水单投FeCl₃、单投PAFC、联合投加PAFC和FeCl₃后形成絮体的SEM照片。FeCl₃是传统的无机混凝剂，溶于水后有强烈的电性中和作用，并形成Fe(OH)₃起网捕、卷扫作用。附图4(a)中的孔状结构就是Fe(OH)₃，可见FeCl₃的絮凝机理是以网捕卷扫和电性中和作用为主。PAFC是无机高分子聚合物，水解产生铝系、铁系和铝铁共聚物的链状结构。附图4(b)表明PAFC形成的絮体是以架桥作用为主，絮体的结构比单加FeCl₃形成的絮体更密实。复配投加方式结合了铝盐和铁盐的优点，絮体结构更加密实。附图4(c)中的孔状结构，部分被白色物质填充，说明了PAFC与FeCl₃的结合过程。PAFC与FeCl₃的复配投加过程涉及到多种混凝机理，混凝过程非常复杂，不仅有两种混凝剂自身的絮凝，而且两种混凝剂之间相互影响，产生协同絮凝作用。因此，两混凝剂的投加量、投加比例、投加方式或投加顺序、及投加的时间间隔等都会影响两混凝剂的协同絮凝作用及结合程度，因而影响所形成絮体的特性及混凝的效果。