混凝剂在自来水厂的用途

混凝剂在自来水厂的用途(转载)

混凝剂在自来水厂的用途

城市自来水厂，常规处理过程包括混凝、沉淀、过滤、消毒等环节，这些环节互相关联，前一环节的效果影响并制约着后续环节的处理效果。据此推断，混凝处理应是这常规处理过程中的关键环节或主要矛盾。城市自来水厂地表水源中的污染物包括：以泥砂为主的憎水性颗粒物，包括胶体和粗分散物质；以腐殖质为主的水溶性天然高分子有机物，包括病原菌和病毒在内的多种微生物。混凝处理的目的就是通过混凝剂的作用，将上述污染物凝聚成高质量的矾花；沉淀的目的是使矾花在重力作用下从水中分离出去；过滤的目的是使未及沉淀的小矾花与滤料颗粒或早先附着在滤料颗粒上的矾花相碰撞，并在絮凝作用下附着其上，并被截留在滤料层内。所以快滤池的作用实质上是混凝过程的继续，是一种特殊形式的絮凝作用，称为接触凝聚或接触絮凝。总之，沉淀和过滤的目的仅仅是将在混凝处理中形成的矾花充分、完全地从所处理的水中分离出去而已。消毒处理的效果与混凝处理也有密切的关系，源水中包括病原微生物在内的绝大部分微生物已随同矾花被截留在沉淀和滤池中，只有很少一部分随同滤过水和微凝絮体流出了滤池。为了将滤过水中包括病毒在内的病原微生物用消毒剂全部杀死，滤过水浊度必须甚低，而这仍有赖于混凝处理效果。由此可见，沉淀、过滤和消毒处理的效果与混凝处理密切相关，并受到混凝处理效果的制约。综上所述，在城市自来水的常规处理中，混凝处理是第一道生产工序，同时也是整个水处理的基础。解决我国自来水水质问题应该从这一基础抓起。只有把混凝处理搞好了，才有可能经济有效地生产出高质量的生活饮用水。如果忽视了这一点，就有可能走到弯路上去。要搞好混凝处理，提高混凝处理效果，必须解决好两方面问题：应当选用品质和性能优良的混凝剂；混凝处理工艺应符合客观规律。

自来水厂用混凝剂主要有铝混凝剂和铁混凝剂两种。常用的铝混凝剂有硫酸铝和聚合氯化铝两种。我国的硫酸铝是用铝矾土或高岭土为原料制成的，生产聚合氯化铝的原料更差，是废铝灰。也有用氢氧化铝为原料制成的，但因其成本高、售价贵，国内很少采用，主要供出口。铝灰是熔炼铝材、铝合金等产生的废渣，其中熔炼铝合金产生的废铝灰含重金属多、毒性大。用铝灰生产聚合氯化铝工艺简单、成本低，生产工厂非常多，不少城市自来水厂也在生产。由于铝灰来源杂、成分多变，所以制成的混凝剂卫生质量很不稳定，重金属含量往往超标。根据广东省卫生监管部门的检测资料，此类混凝剂的卫生质量合格率低，重金属含量超标率很高，有的超标达数十倍之多。但是，现在采用这种混凝剂的自来水厂甚多。

传统的铁混凝剂有硫酸铁和三氯化铁两种。硫酸铁工业品由于质量问题，很少采用，实际得到较多使用的是三氯化铁。生产1吨无水三氯化铁要消耗0.85吨氯气，不仅生产成本高、价钱贵，由于氯气货源的限制产量也很有限。此外，液体三氯化铁运输和贮存麻烦；固体三氯化铁易潮解，要用密闭容器包装、运输、贮存，使用都很费事。

由于上述原因，长期以来我国大部分自来水厂主要使用硫酸铝或聚合氯化铝等铝混凝剂，因此也造成了我国自来水存在的诸多水质问题。

铝混凝剂和铁混凝剂的混凝机理

根据混凝理论，铝混凝剂和铁混凝剂水解后主要生成氢氧化铝和氢氧化铁及其聚合物，与铝混凝剂相比，三价铁混凝剂有许多优点。

①氢氧化铝和氢氧化铁虽然都是憎水性物质，但是氢氧化铝的憎水性较弱，或者说其亲水性和水合作用相对较强。当水温<4℃时凝聚处理效果很差，水温<1℃时凝聚处理效果就特别差。铝混凝剂生成的矾花松而细，并且凝聚、沉淀缓慢，滤池滤过水中的残余铝含量增加多，导致在给水管网中发生氢氧化铝沉淀。所以，铝混凝剂不适用于北方冬季低温低浊地面水的处理。铝混凝剂也不适用于高浊度水的凝聚处理，因其生成的矾花疏松、密集拥挤，难于沉淀。

氢氧化铁的憎水性强，或者说其亲水性和水合作用较弱。所以生成的矾花密实、比重大、沉淀快，对水温变化的敏感性差，当水温低时三价铁盐混凝剂仍能正常使用，对于高浊度水的处理也适用。

②氢氧化铝和氢氧化铁虽然都是两性化合物，但是氢氧化铝的两性强，对pH值变化的反应灵敏，在酸性和碱性溶液中易溶解。所以，铝混凝剂适用的pH值范围窄，为5~7.5，若超此范围，水中的溶解性铝含量便迅速增大。

氢氧化铁的两性很弱，对pH值变化的反应不灵敏。所以，三价铁混凝剂适用的pH值范围宽，在4~11范围内都适用（最佳6-8.4）。因此，使用三价铁混凝剂后，城市供水管道电化学腐蚀的问题便容易解决。

③三价铁混凝剂生成的矾花水合作用弱、机械强度高、不易破碎，即使遭到破碎，也易于重新絮凝，所以滤池出水浊度低，而且自来水中的结残余铁含量低，且无毒性。三价铁混凝剂除腐殖质等有机物的性能也比铝混凝剂好。

总结；三氯化铁是一种重要的水处理剂。它是一种水溶液，用氯气氧化氯化亚铁而成。其突出特点是质量纯净，铁的含量高。它的真正特点是它不仅能去除水中杂质因而具有混凝剂的功能，而且兼有助凝剂的絮凝功能，所以具有多功能性。

三氯化铁与水中的硫化氢（H2S），磷酸盐（PO4）、砷酸盐（AsO4）、以及氢氧化物碱度（OH）发生化学反应生成沉淀物。但是，在饮用水处理中，三氯化铁的主要作用是它与氢氧化物碱度作用后的生成物所具有的混凝剂和助凝剂的作用。

三氯化铁在水中与氢氧化物碱度作用后生成了多种水解产物，既而结合成了Fe（OH）3。这些水解产物带有很多正电荷，所以能中和胶体微粒上的负电荷，并且与带负电荷的颗粒物和三氢氧化铁相结合。由于此结合能力，所以具有絮凝能力并形成矾花。

三氯化铁的水解生成物（既三氢氧化铁）与硫酸铁、硫酸铝、等硫酸盐的水解生成物不同，就物理性质而言，三氯化铁矾花颗粒的离散性强，比较密实，并且带正电荷多。相反，硫酸铁、硫酸铝水解生成的矾花颗粒的离散性弱，状如疏松的毛绒或浮云。很显然，这种情况是由于水解产物的结合形式不同造成的。此差异导致三氯化铁与硫酸盐型混凝剂的特性与功能上的差异。对自来水厂而言，欲获得同样的水处理效果，三氯化铁投加量与硫酸铝相比可减少30%（以无水物重量计）

由于三氯化铁生成的矾花是离散的并且密实，所以沉淀快，在低温水中沉淀得也好。这种密实的矾花带正电荷多，所以与水中胶体微粒的作用强。由于三氯化铁水解生成物上的电荷量与其质量相比的比值大，故其对水中乳化的和半乳化的有机物（如油、脂肪和其他天然的和人工合成的有机物）的作用和吸附能力强，所以三氯化铁除水中总有机碳和消毒副产物的前驱物的能力强。

由于三氯化铁生成的矾花比重大，对自来水厂来说还有这样一个好处，采用三氯化铁混凝剂后的沉淀污泥体积一般只有采用硫酸盐型混凝剂时的沉淀污泥体积的1/3到2/3，并且易于脱水。所以，虽然氢氧化铁的分子量比氢氧化铝的分子量大，但并不会由此产生更多的污泥。相反，由于需处理的污泥量是以湿污泥计算的，所以采用三氯化铁混凝剂时污泥重量少，这样，装卸和处置脱水后的干污泥所需费用也少了。

三氯化铁的另一特性是它能在很宽的pH值范围内形成矾花，与氢氧化铝相比，氢氧化铁的溶解度非常低。三氯化铁混凝剂由于有这些特性，所以其适用的pH值范围非常宽，并且不会发生所处理的水将大量铁从澄清处理过程中带走而引发滞后沉淀现象。这一点对于在混凝处理时提高自来水的pH值以抑制自来水的腐蚀性有非常重要的意义。还有三氯化铁适用的pH值范围的下限值小，这对提高此混凝剂的适用范围也很重要。虽然没有关于将三