絮凝剂在自来水净化和污水除磷中的应用差异性

朱学红 王 斌 李宝生 陈 杨(漯河市水务投资有限公司，河南 漯河 462000)

絮凝剂在自来水净化和污水除磷中的应用差异性

朱学红 王 斌 李宝生 陈 杨
(漯河市水务投资有限公司，河南 漯河 462000)

对絮凝剂在自来水净化及污水除磷中的机理差异性进行了分析，结合絮凝剂在污水除磷方面的应用实例，发现投加低PH值、低盐基度絮凝剂和强化其初始投加混合强度，可提高絮凝剂除磷的净化效果。

絮凝剂；自来水净化；污水除磷；差异性

引言

水中存在着胶体颗粒，微粒直径小于0.1μm，大于1nm，这些胶体颗粒都带着同号的电荷，它们之间的静电斥力和胶体微粒的布朗运动，使其保持分散的悬浮状态而呈现稳定性，不能用重力自然沉降的方法除去。

絮凝剂广泛应用于水质净化处理中。在水中加入絮凝剂可使水中胶体颗粒通过聚集作用而形成可分离的大颗粒，从而使水质得到净化。水处理中最常用的是铝盐和铁盐。随着水处理技术的发展，絮凝剂品种已发展到除无机铝盐、无机铁盐外，还有无机高分子絮凝剂、有机高分子聚合物等品种。本文以无机铝、铁盐为例，对其在自来水水质净化和污水化学除磷应用中的差异性进行了分析，并就其在污水除磷中的应用情况进行实例探讨，以供污水处理人员在辅助化学除磷过程中参考。

1 化学絮凝的机理

絮凝剂的化学絮凝机理较复杂，目前比较一致的解释可概括为以下几个方面[1]：一是压缩水中胶体颗粒的双电层、降低电动势，使颗粒聚集起来，产生沉淀作用；二是吸附电中和胶体颗粒所带的部分电荷，减少静电斥力，使胶体颗粒之间形成聚集作用；三是吸附架桥联接水中胶体颗粒，将胶体颗粒联接在一起，使胶体颗粒聚集而形成絮凝体；四是沉淀物卷扫作用：即当向水中投加较多的铝盐、铁盐作絮凝剂时，若投加量大得足以迅速沉淀氢氧化物Al(OH)3、Fe(OH)3时，水中胶体颗粒可被这些沉淀物在形成时所卷扫而共同沉淀。

1.1 絮凝剂的水解反应

铝盐和铁盐是最常用的絮凝剂，以铝盐为例说明其水解过程。

铝盐和铁盐在水中都以三价铝(Al3+)和三价铁(Fe3+)的各种化合物存在。就以铝盐为例，不论铝盐以何种药剂形态加入，在水溶液中即使铝以单纯离子状态存在，也不是以Al3+而是以水合铝络离子[Al(H2O)6]3+状态存在。当pH<3时，在水中主要是这种状态。如pH升高，水合铝络离子发生水解，生成羟基铝离子。随着PH的升高，最终将产生氢氧化铝沉淀物。这个过程反应如下：

1.2 絮凝剂的缩聚反应

铝盐的水解反应要复杂得多，实际上，铝盐水解过程中产生的羟基铝离子，随着分子中羟基离子(OH-)增加，各离子的羟基可发生架桥连接，产生多核羟基络合物，也即高分子缩聚反应。这个过程反应如下：

生成物[Al2(OH)2(H2O)8]4+还可以进一步被羟基架桥成多核聚合物[Al3(OH)4(H2O)10]5+等，生成的多核聚合物也会继续水解，水解和缩聚反应是交错进行，最终产生高聚合度的氢氧化铝絮体沉淀。

2 化学沉析除磷的机理

化学除磷是通过化学沉析过程完成的，污水化学沉析是指通过向污水中投加无机金属盐药剂，其与污水中溶解性的盐类，如磷酸盐混合后，形成颗粒状、非溶解性的物质，这一过程涉及的是所谓的相转移过程，反应方程举例如下：

而沉析除磷反应可以简单的理解为：水中溶解状的磷酸盐，大部分由离子状物质转换为非溶解、颗粒状物质的过程。许多高价金属离子药剂投加到污水中后，都会与污水中的溶解性磷离子结合生成难溶解性的化合物。出于经济原因，用于磷沉析的金属盐药剂主要是铝盐、铁盐。

3 化学絮凝与化学沉析的差异性

3.1 絮凝与沉析的机理差异

絮凝是向水中投加一定量的铝盐、铁盐等类型絮凝剂，通过铝盐、铁盐的水解形成生成羟基铝离子如[Al(OH)(H2O)5]2+、羟基铁离子，随着这些离子中羟基离子(OH-)增加，各离子的羟基可发生架桥连接，缩聚成多核羟基络合物，生成的多核络合物也会继续水解，水解和缩聚反应是交错进行。在铝盐、铁盐水解和缩聚的反应过程中，水中的胶体颗粒能强烈吸附水解和缩聚反应产物。被吸附的带正电的多核羟基络离子能够压缩双电层、降低动电位，同时进行着架桥作用，多核聚合物为两个或两个以上的胶粒可以所共同吸附，将两个或两个以上的胶粒架桥连接，胶体颗粒逐渐变大，逐步形成大絮凝体，进而形成高聚合度的沉淀絮凝体。

而化学沉析是指通过向溶液中投加金属盐类等药剂，这些金属盐类物质与溶液中溶解性的盐类发生化学反应，生成不溶性物质，这些不溶性物质在新的溶液中沉淀下来，进而实现沉淀物的相分离。

3.2 自来水净化与污水除磷工艺比较

自来水原水的净化正是利用铝盐或铁盐等絮凝剂在水中的水解、缩聚形成的带电高聚合度多核羟基氢氧化铝(或铁)，在絮凝反应池中对水中存在的尘埃、腐殖质、纤维素、菌藻或蛋白质等分散性胶体颗粒，进行压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥形成大的矾花，这些矾花又在斜管沉淀池中通过重力沉降的方式沉淀下来，一部分没有来得及沉淀的小矾花被砂滤池进一步拦截过滤出来，从而实现了自来水的净化。

通过上面的比较可知，自来水的净化主要发生化学絮凝反应，而污水的除磷则是化学沉析与化学絮凝相伴发生。

4 污水处理除磷实例

4.1 污水厂运行概况

某污水处理厂，设计处理规模为8×104m3/d，二级处理系统采用Carrousel氧化沟工艺，三级处理系统采用网格絮凝沉淀+D型纤维滤池+二氧化氯消毒工艺，出水排放指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，相关进、出水水质如表1所示。

表1 进、出水水质 mg/L

该污水处理厂实际进水量约计9×104m3/d，其中工业废水占该厂进水量的40%左右。根据对该厂日常进水水质化验指标的统计，发现进水TP≥5mg/L的概率在67.3%，这主要是因为进水中含有较多工业废水，有含磷量较高的废水进入所致。

在实际污水处理运行过程中，该厂出水指标除SS和TP外，其余各项水质指标均优于设计出水指标。

4.2 污水除磷

4.2.1 生物除磷

生物除磷的机理表明，只有除磷菌在厌氧条件下进行充分释磷，才能实现除磷菌在好氧条件下的大量吸收磷。相关研究表明[1]，除磷菌在厌氧条件下释放1mg的磷可以在好氧区吸收2.54mg的磷，然后经沉淀分离，把富含磷的剩余污泥排出系统，达到除磷的目的。该污水厂虽然在生物处理系统进行了降低厌氧区、缺氧区溶解氧浓度等优化运行措施，但由于BOD5/TP比值较低，进水营养物少，采用单一的生物除磷技术难以稳定达到出水标准要求。

4.2.2 化学除磷

为解决出水TP的达标问题，该厂进行了辅助化学除磷处理，如图1除磷系统工艺流程图所示。

图1 除磷系统工艺流程图

(1)后置化学除磷

按照工程设计要求，在二级生物处理二沉池后增加了深度处理系统，用于化学除磷。参照工艺设计参数要求，在深度处理进水管道混合器处(如图1所示改造前投加位置)，按进水量核算投加80～120mg/L的聚合氯化铝，经絮凝沉淀池处理后进入D型滤池。D型滤池的出水指标如表2所示。

由表2数据比较可以发现，后置投加化学药剂除磷后，只有出水TP不能稳定达标，虽然反复进行了工艺调整和药剂选配，仍然满足不了出水标准要求。

表2 D型滤池出水水质 mg/L

(2)氧化沟出水口投加药剂除磷

为保证出水TP的稳定达标，该厂经过多次比对试验后，对化学除磷加药系统进行了技术改造，将药剂投加位置改到了氧化沟出水口处(如图1所示)，同时用聚合硫酸铁取代了聚合氯化铝。改造后的除磷系统改造后的运行结果表明：通过在氧化沟出水口跌水处投加低PH、低盐基度硫酸铁盐溶液，D型滤池出水水质变好(如表2所示)，各项出水指标均优于GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准要求，实现了稳定达标；硫酸铁溶液投加量小于50mg/L，每吨污水除磷药剂成本≤0.03元。另外，由于药剂投加位置在二沉池之前，D型滤池的反冲洗周期也由原来的8h，延长至现在的36h以上，节约了电力消耗，降低了劳动强度。

5 结 语

絮凝剂在自来水水质净化与污水除磷应用中存在差异，絮凝剂在自来水净化中主要发生化学絮凝反应，而在污水除磷中絮凝剂同时相伴发生化学沉析、化学絮凝及生物絮凝共聚反应。在污水除磷系统，通过投加低PH、低盐基度硫酸铁盐絮凝剂，同时强化絮凝剂初始投加混合强度，可改善絮凝剂除磷的净化效果。

[1]郑淳之，梅建.水处理剂和工业循环冷却水系统分析方法[M].北京：化学工业出版社，2001.

[2]熊鸿斌，夏晓宇，王玉芳等.低C/N值城市污水处理厂出水达标的运行条件优化[J].中国给水排水，2013，29(1)：92-96.

Discussion on Distinction of Flocculant Performance in Water Purification and Wastewater Phosphorus removal

ZHU Xuehong WANG Bin LI Baosheng CHEN Yang
(Luohe Water Investment Co．Ltd．，Luohe 462000，China)

This paper aims to discuss the distinction of the flocculant performance in water purification and wastewater phosphorus removal process. Moreover，according to the application of flocculant in the wastewater phosphorus removal process，the effect of adding the low PH and low salt flocculant base degrees，strengthening the intensity of the initial mixing，which can improve the phosphorus removal of the flocculant.

flocculant；water purification；wastewater phosphorus removal；distinction

朱学红，本科，高级工程师，研究方向为水污染治理、污泥处理处置

X823

A

1673-288X(2017)01-0104-03

引用文献格式：朱学红 等.絮凝剂在自来水净化和污水除磷中的应用差异性[J].环境与可持续发展，2017，42(1)：104-106.