水处理混凝剂的评价

李润生，俞明华，聂 祥，周友元，江宇峰，朱春莲，苑国栋

（1.深圳市中润水工业技术发展有限公司，广东深圳 518057；2.嘉善绿野环保材料厂；3.深圳慧欣环境技术有限公司；4.浙江水知音检测有限公司；5.深圳市长隆科技有限公司）

综述与专论

水处理混凝剂的评价

李润生1，俞明华2，聂 祥1，周友元3，江宇峰4，朱春莲4，苑国栋5

（1.深圳市中润水工业技术发展有限公司，广东深圳 518057；2.嘉善绿野环保材料厂；3.深圳慧欣环境技术有限公司；4.浙江水知音检测有限公司；5.深圳市长隆科技有限公司）

水处理混凝剂的评价是生产、销售和应用混凝剂以及研究开发新型混凝剂的重要环节。首先对水中杂质和分离方法做了概述，详细介绍了水处理过程中的混凝机理，对无机水处理混凝剂的分类做了简要介绍。接着阐述了无机混凝剂的主要用途，分析了国内外市场的情况。评价了无机混凝剂销售和服务所需了解的必备条件和步骤。论述了混凝剂的4种评价方法，即标准评价、混凝性能评价、经济评价和使用性能评价，并通过实际案例解析了混凝剂的综合评价方法。

混凝；混凝沉淀实验；混凝剂；絮凝剂；聚氯化铝

在工业生产和日常生活中会产生大量的废水，废水中的物质组成复杂，若未经妥善处理而直接排放，会对生态环境和人类健康产生不利的影响。通过添加混凝剂可使废水中难以沉淀的胶体颗粒脱稳，互相凝聚达到可自然沉淀的程度，并最终实现去除净化的目的。水处理混凝剂是废水处理过程中重要的组成部分，对其进行科学系统的评价对水处理混凝剂的生产、销售、应用及研发具有积极的推动作用，并且使该行业做到有法可依，有序发展。

1 混凝机理

1.1 名词术语

混凝：一种包括混合、凝聚和絮凝等一系列复杂的物理和化学现象的过程。是水处理的一种单元处理方法。

混合：使投加水中的药剂迅速均匀扩散，为混凝创造良好条件的过程。

凝聚：使胶体通过电中和失去稳定性而生成细小聚集体的过程。

絮凝：在架桥物质存在和水流紊动条件下，凝聚生成的细小颗粒变成粗大絮凝体的过程。

混凝剂：能使胶体产生凝聚和絮凝作用的药剂。

絮凝剂：仅能使水中颗粒产生絮凝作用的药剂。

助凝剂：为改善混凝效果所投加的药剂。

1.2 水中杂质和分离方法

自然界不存在化学纯净的水，水在整个循环过程中都会带入杂质。水中杂质按粒径大小分类及处理方法见表1。由表1可见，用混凝剂进行混凝沉淀处理的对象，是粒径为0.1~1 nm的胶体和悬浮颗粒物。

1.3 混凝机理

混凝过程包括胶体絮凝、大分子架桥吸附和金属离子水解几部分的同时作用。图1为混凝机理示意图。

图1 混凝机理示意图

1.3.1 胶体的凝聚

由图1可见，分散于水中的胶体粒子由于双电层构造而带有的相同电荷，同种电荷产生的排斥力导致粒子无法凝聚。当向水中投加带多价正电荷的铝离子、铁离子时，因为胶体的强烈吸附，促使胶体表面负电荷得以迅速中和，扩散层压缩，胶体间距离缩短，使得分子间吸引力大大超过电排斥力，进而发生凝聚。

1.3.2 大分子的架桥作用

凝聚粒子的大小仍不足以快速沉降。当向水中投加水溶性高分子或含有大分子水解产物时，聚合物或大分子的链节分别吸附在不同凝聚颗粒表面上，产生架桥联接，生成粗大絮凝物而快速沉淀。

1.3.3 铝、铁盐的水解混凝特性

低分子铝、铁盐（如硫酸铝和氯化铁），在水中从Al3+和Fe3+开始水解：

中间还有水解或聚合交替进行：

无机高分子混凝剂如聚氯化铝是在工厂里预先水解生成的聚合铝离子［Al2（OH）n］（6-n）+。

铝、铁正3价离子或聚合铝、铁离子与水中胶体粒子产生电中和以及架桥作用，完成整个混凝过程。显然，经过工厂预制的聚铝、铁盐混凝作用会优于只含正3价离子的无机低分子混凝剂。

2 无机水处理混凝剂的分类

表2为无机水处理混凝剂的分类。由表2可见，许多无机水处理混凝剂产品均为深圳中润水工业技术发展有限公司（深圳中润）于近些年研制开发而成的［1-2］，并且皆已投入工业化生产和应用，许多产品在国内外均具有领先水平。

表2 无机水处理混凝剂的分类

3 无机混凝剂的用途和市场

3.1 无机混凝剂的用途

从混凝机理可知，无机混凝剂的作用是电中和、凝聚和絮凝，以及铝、铁盐的水解，凝聚和絮凝可使胶体和悬浮物变成粗大颗粒沉淀去除，水解产生的氢氧化物可以吸附去除溶解物。因此，混凝剂几乎可以适用于各类水质的净化，主要用途：1）给水处理，生活饮用水和工业用水的处理；2）废水处理，造纸废水、印染废水、钢铁废水、石化废水等；3）城市生活污水的处理；4）污泥脱水；5）工业用途，造纸施胶、化妆品原料、精密铸造、耐火纤维原料、催化剂原料、混凝土防冻抗渗剂等。

3.2 无机混凝剂的市场

3.2.1 中国市场

无机混凝剂的中国国内市场主要包括：1）沿海经济发达地区的生活饮用水和污水、污泥处理用混凝剂，以液体剂型为主；2）低温、低浊水处理市场，在全年水温低于15℃天数较多的三北地区（东北、华北和西北），以低温、低浊复合混凝剂为主打产品；3）高浊度水处理市场，包括汛期高浊度河水地区和高悬浮物废水处理，以有机复配型产品为优势产品；4）新开发污泥脱水混凝剂市场；5）高纯聚氯化铝和高纯硫酸铝市场，这是独家高技术产品市场，可用于造纸施胶或高纯水处理。

3.2.2 国外市场

中国无机混凝剂在国际上具有技术和价格以及品种繁多的优势，因而扩展海外市场具有巨大潜力，其在国外市场的情况：1）东南亚市场，该地区是中国较早进入的无机混凝剂市场，以固体PAC为主，可扩展固体PFS和有机复配混凝剂市场；2）中东市场，该地区是中国近年开发的较大海外市场，主要产品为PAC、AS，可扩展PFS和有机复合混凝剂市场；3）非洲市场，该地区中PAC、AS、PFS和有机复合混凝剂均具有一定的市场占有率；4）澳洲市场。澳大利亚对中国PFS产品有较大需求，可开发有机复合PFS和无机高效、高含量固体PFS产品；5）欧美市场，该地区市场目前尚未打开，有待开发。

4 混凝剂的评价［3］

4.1 混凝剂技术指标的标准评价

在笔者的推动下，中国的无机混凝剂产品已建立了标准化体系［4］，从而推进中国的无机混凝剂产品基本实现了有法可依。

无机混凝剂技术标准包括4类指标：1）有效指标，包括铝、铁和盐基度的质量分数；2）识别指标，pH和密度，可定性辨别是否为这类产品；3）有害成分，不溶物的质量分数；4）毒理指标，包括铅、镉、铬、汞和砷等元素。

4.2 混凝性能的评价

关于无机混凝剂的性能评价，由于所处理水样的不确定性，所以采用化学指标无法全面评价。较好的方法是用混凝沉淀试验（Jar Test）方法来评价，该方法由美国于1921年率先提出［5］，现为世界各国公认与采纳。因此，中国也将其纳入了混凝剂国标体系［6］。

4.3 混凝剂的经济评价

在对混凝剂做了技术指标和性能评价后，经济评价环节也必不可少。评价方法是根据混凝试验作出各种混凝投加量和去除效果的曲线，在曲线上求得各混凝剂的等效加药量，再根据混凝剂单价，计算出每种混凝每100 t水的药剂费用并加以比较。

4.4 使用性能的评价

使用性能的评价包括：1）运输贮存；2）产品及稀释投加的稳定性；3）使用环境、劳动强度、腐蚀性。

5 无机混凝剂的销售和服务

5.1 无机混凝剂的基本知识

做好无机混凝剂的销售需要掌握的一些必备知识：1）掌握无机混凝剂的国内外技术标准（产品范围、技术指标、标志、包装、运输和贮存、保质期、检验规则等）；2）熟悉无机混凝剂的性能和使用方法、产品说明书；3）了解无机混凝剂用于水处理的基本知识。

5.2 市场开发和售前服务

市场开发和售前服务包括：1）拟开发市场的调查，包括水质、水处理工艺流程、现用混凝剂（成分、价格、产地、样品）等；2）混凝试验，包括取调查地水样、混凝剂，分析选用本公司用于对比的混凝剂，作出混凝性能评价，计算出等效加药成本，得出对方和本公司选定的混凝剂的评价报告；3）销售决策，包括选定混凝剂品种，确定销售价格；4）客户的小试和生产试用，得出试验报告；5）销售合同的执行。

5.3 售后服务

售后服务主要为处理客户使用本公司混凝剂后出现的技术问题：1）核对产品技术指标和使用条件（用量、稀释条件、投加量、投加点、水质指标等）；2）混凝试验，找出问题的原因和解决办法。

5.4 法律纠纷和风险的预防

法律纠纷和风险的预防与合同法、标准法和专利法有关：1）生活饮用水混凝剂出口存在销售和运输过程中的安全风险；2）现行的生活饮用水混凝剂的生产和销售管理模式需要更新；3）产品留样和法律纠纷的取样和取证；4）生活饮用水混凝剂所用原料和成分需要公开透明；5）非生活饮用水混凝剂所用原料需要分析评估并做无害预处理及后处理。

6 案例分析

混凝沉淀试验采用深圳中润公司产ZR4-6智能混凝试验搅拌机进行，实验用水：2014年10月9日深圳大冲水厂原水，原水浊度为32NTU，水温为27℃，采用GB/T 25182—2010《预应力孔道灌浆剂》检测。表3~5、图2为3个聚氯化铝样品的技术经济评价。

表3 样品主要技术指标

通过表3~5和图2混凝剂的综合对比分析，确定3种PAC混凝剂的性能和经济综合评价排序：PAC-A＞PAC-B＞PAC-C。

表4 样品的执行技术标准

注：JIS-K 1475—2006标准名称为《Poly Aluminium Chloride forWaterWorks》，GB/T 15892—2009标准名称为《生活饮用水用聚氯化铝》。

表5 混凝试验效果及经济评价

图2 不同PAC混凝沉淀效果对比

［1］ 李润生.水处理新药剂碱式氯化铝［M］.北京：中国建筑工业出版社，1981.

［2］ 李润生，张莹，唐经立，等.高性能聚氯化铝的研究［J］.中国给水排水2010，26（23）：73-75.

［3］ HG/T 4331—2012 水处理剂混凝性能的评价方法［S］.

［4］ HG/T 2762—2006 水处理剂产品分类和代号命名［S］.

［5］ 许保玖.给水处理理论［M］.北京：中国建筑工业出版社，2000.

［6］ GB 15892—2009 生活饮用水用聚氯化铝［S］.

联系方式：2291201624@qq.com

Evaluation ofwater treatment coagulant

LiRunsheng1，Yu Minghua2，Nie Xiang1，Zhou Youyuan3，Jiang Yufeng4，Zhu Chunlian4，Yuan Guodong5
（1.Shenzhen ZhongrunWater Industry Technology DevelopmentCo.，Ltd.，Shenzhen 518057，China；2.Jiashan Lvye EnvironmentalMaterial Factory；3.Shenzhen Huixin EnvironmentTechnology Co.，Ltd.；
4.Zhejiang ShuizhiyinWater Detection Co.，Ltd.;5.Shenzhen Changlong Technology Co.，Ltd.）

Water treatment coagulant evaluation is an important part of its production，sale，and application，as well as research and developmentof thenew product.Firstly，the impurities inwaterand relative separationmethodswere summarized. The mechanism of coagulant in water treatment process was introduced in detail，and the classification of coagulant in inorganic water treatmentwas briefly introduced.Then themain application of inorganic coagulantwas described，and the marketsituation of athome and abroad was analyzed.The necessary conditions and procedures for the storage and service of inorganic coagulants were evaluated.The four evaluation methods of coagulant，such as standard evaluation，coagulation performance evaluation，economic evaluation，and functionalperformance evaluation，were discussed.And the comprehensive evaluationmethod of coagulantwasanalyzed through practicalcases.

coagulation；coagulantsedimentation tests；coagulants；flocculants；polyaluminum chloride

TQ124.4

A

1006-4990（2017）05-0001-04

2016-11-25

李润生（1941— ），男，高级工程师、总工程师，国务院政府津贴专家，主要从事水处理药剂和水质特种净化研究以及国家相关标准起草等工作，曾获得全国科学大会成果奖、四川省重大科技成果奖、中国石化科技进步奖等多项奖励。已公开发表论文58篇。