聚合氯化铝_硫酸铝混凝效果分析与选择_王泰

第44卷 第7期 2017年7月
天 津 科 技
TIANJIN SCIENCE & TECHNOLOGY
V ol.44 No.7Jul. 2017
收稿日期：2017-06-14
基础研究
聚合氯化铝、硫酸铝混凝效果分析与选择
王 泰
(天津滨海新区环塘污水处理有限公司 天津300454)
摘 要：聚合氯化铝及硫酸铝作为混凝剂被广泛应用于城镇污水处理厂的化学除磷工艺，混凝剂的选择、投加量的大小对出水水质的TP 、SS 等指标及污水厂运行成本有着不容忽视的影响。

通过试验，分析查找不同混凝剂的最佳投药范围，同时关注加药过程对最终水质的其他影响，在确保水质稳定达标的前提下，优化药剂成本控制。

关键词：聚合氯化铝 硫酸铝 除磷 最佳投药量
中图分类号：TQ324.4 文献标志码：A 文章编号：1006-8945(2017)07-0059-04
Coagulate Effect of PAC and Aluminum Sulfate ：Analysis and Selection
WANG Tai
(Tianjin Binhai New Area Huantang Sewage Treatment Co.，Ltd.，Tianjin 300454，China )
Abstract ：The polymerization of aluminum chloride and aluminum sulfate as coagulant has been widely used in the chemi-cal dephosphorization process of urban sewage treatment plants ．The selection of coagulant and the dosage have a significant effect on the effluent TP ，SS and the operation cost of sewage plants ．Through test and analysis ，the best coagulant dosage and range of different coagulants were analyzed and other effects on the final water quality during the dosage process were studied ．In the end ，the water quality standards can be ensured and the reagent cost control can be optimized. Key words ：PAC ；aluminum sulfate ；dephosphorization ；optimum dosage
聚合氯化铝及硫酸铝作为混凝剂被广泛应用于城镇污水处理厂的化学除磷工艺，混凝剂的选择、投加量的大小对出水水质的TP 、SS 等指标及污水厂运行成本有着不容忽视的影响。

大港港东新城污水处理厂(一期工程)设计规模1.25万t/d ，采用A-A-O+活性砂过滤工艺，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB 18918—2002)中一级A 标准。

其中，在除磷工艺选择上，采用生物除磷及化学除磷相结合的方式。

化学除磷阶段，在药剂投加点位选择上，采取后置沉淀的方式，即在活性砂滤池前段设置机械混合池，利用搅拌器的机械搅拌，实现混凝剂与二沉池出水的充分混合，经活性砂滤池进行过滤处理。

1 试验目的
对PAC 及硫酸铝的投加效果进行定性及定量分
析，确定不同混凝剂的最佳投药范围，同时关注加药过程对最终水质的其他影响，并在此基础上，结合港东污水厂自身水质、水量特点，进行加药成本估算。

2 过程设计
试验过程总体分为定性试验和定量试验两部分，
即首先通过定性试验确定药剂投加的适宜范围，再通过定量试验对上述投加范围进行校核及细致划分，摸索药剂的最佳投加区间。

二者除在药剂分界点位选取上有所不同外，其他试验过程并无特殊区别。

2.1 定性试验
2.1.1 PAC 定性试验
取二沉池出水作为原水，定量加入1 000mL 烧杯，测定TP 、pH 值；取PAC 原液测定pH 值；取PAC 原液1mL 用容量瓶定容至100mL ，定容过程使用纯水，设置10mL 、20mL 、30mL 、40mL 、50mL 、60mL 、70mL 、80mL 、90mL 9个药剂分界点位；从容量瓶中吸取稀释过的10mL 药液加入装有原水的烧杯中，设置磁力搅拌器为150r/min ，搅拌2min 后，观察并记录感官效果，测定混合液pH 值，记为
DOI:10.14099/ki.tjkj.2017.07.020
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pH10；取少量混合液经中速定性滤纸(最大孔径为15～20μm)过滤，取滤后液做TP，记为TP10；从容量瓶中再次吸取10mL药液加入烧杯中，磁力搅拌器转数及时间保持不变，观察并记录感官效果，测定混合液pH值，记为pH20，取少量混合液经中速滤纸过滤，取滤后液做TP，记为TP20；参照上述步骤，依次进行剩余药剂分界点位的投加试验，观察并记录试验结果。

2.1.2硫酸铝定性试验
取二沉池出水作为原水，定量加入1 000mL烧杯，测定TP、pH值；取硫酸铝原液测定pH值；取硫酸铝原液1mL用容量瓶定容至100mL，定容过程使用纯水，设置5mL、10mL、15mL、20mL、25mL、30mL、35mL、40mL 8个药剂分界点位；从容量瓶中吸取稀释过的5mL药液加入装有原水的烧杯中，设置磁力搅拌器为150r/min，搅拌2min后，观察并记录感官效果，测定混合液pH值，记为pH5；取少量混合液经中速定性滤纸(最大孔径为15～20μm)过滤，取滤后液做TP，记为TP5。

从容量瓶中再次吸取5mL药液加入烧杯中，磁力搅拌器转数及时间保持不变，观察并记录感官效果，测定混合液pH值，记为pH10；取少量混合液经中速滤纸过滤，取滤后液做TP，记为TP10；参照上述步骤，依次进行剩余药剂分界点位的投加试验，观察并记录试验结果。

2.2 定量试验
2.2.1PAC定量试验
根据定性试验结果，将药剂分界点位进一步调整为2mL、5mL、8mL、10mL、12mL、15mL、18mL、20mL，其他操作过程参照定性试验。

2.2.2硫酸铝定量试验
根据定性试验结果，将药剂分界点位进一步调整为2mL、5mL、8mL、10mL、12mL、15mL、18mL、20mL、25mL，其他操作过程参照定性试验。

3 数据汇总及分析
3.1 PAC定性及定量试验数据分析
从表1中可以看出，以10mL投加点位为拐点，TP出现先降后升的趋势，至70mL点位，滤后液TP 已高于加药前原水。

在10mL投加点位附近，虽然混合液表观上并无明显矾花形成，但原水中正磷酸盐已与PAC充分发生化学沉析，反应式为Al3++PO43-→AlPO4↓，导致滤后液TP降低。

表1PAC定性试验数据分析
Tab.1Analysis of PAC qualitative test data
投加量感官现象吸光值TP PH
0mL无色，少量悬浮物 0.1080.747.34
10mL无明显矾花形成 0.0300.107.08
20mL出现矾花 0.0670.236.73
30mL有较明显矾花 0.1000.346.54
40mL出现矾花沉降 0.1290.446.41
50mL矾花数量较多，沉降趋势不明显 0.1590.556.25
60mL矾花数量较多，粒径变小，溶液渐浑浊 0.1980.68 6.1
70mL矾花颗粒较小，溶液较浑浊 0.2230.776.02
80mL矾花颗粒较小，溶液较浑浊 0.2600.895.83
90mL矾花消失，溶液较浑浊 0.290 1.005.67过量投加后，正磷酸盐不再析出，沉析反应结束。

此时PAC中三价铝盐的水解、缩聚及高分子聚
合物的吸附架桥作用占据主导，反应式为
Al3++3OH-→Al(OH)3↓。

大块絮体不断形成，混合液
矾花增多，并出现沉降。

随着药量持续增加，导致脱
稳和凝聚状态最终被打破，矾花逐渐缩小至消失，混
合液变得浑浊。

关于10mL投加点位后，随着药量增加，滤后
液TP不断升高的现象，主要是PAC原液中含磷杂质
的带入所引起。

在工业生产中，由于一部分铝盐混凝
剂的生产原料中包含磷矿石，其成品所含磷酸盐成分
是导致上述滤后液TP不降反升的原因。

虽然在药剂
厂家的相关产品检测单中，并未有关于含磷成分的描述，但在对现使用PAC原液取样分析后，发现其中磷
酸盐成分确实存在，同样的情况在硫酸铝原液中也有
出现。

表2与图1为PAC定量试验数据分析结果。

表2PAC定量试验数据分析
Tab.2Analysis of PAC quantitative test data
投加量感官现象吸光值 TP PH
0mL无色，少量悬浮物 0.135
0.937.3
2mL出现较多悬浮颗粒 0.051
0.177.3
5mL悬浮颗粒数量增多，粒径增大 0.045 0.157.19
8mL
颗粒数量多，粒径大，出现凝
聚、沉降趋势
0.042 0.147.07
10mL
颗粒数量较多，粒径较大，凝
聚、沉降趋势不明显
0.051 0.177.05
12mL
颗粒数量较多，粒径变小，凝
聚、沉降趋势不明显
0.054 0.18 6.98
15mL
颗粒数量较多，粒径变小，溶液
渐浑浊
0.070 0.24 6.92
18mL
颗粒粒径进一步缩小，溶液较
浑浊
0.091 0.31 6.82
20mL颗粒粒径较小，溶液较浑浊 0.081 0.28 6.79
上述PAC定量试验，所呈现的感官现象及滤后
TP数据趋势与定性试验基本吻合，考虑最终出水水
2017年7月 王泰：聚合氯化铝、硫酸铝混凝效果分析与选择 ·61·
质及工程投加方式，最终以定量试验8mL 点位为最佳投药量计算，折合PAC 最佳投药体积当量为10-4，即每去除1mg/L TP ，需在1L 原水中投加0.1mL PAC 原液。

由此计算港东污水厂PAC 投加量如表3所示。

图1 PAC TP 去除效果趋势图
Fig.1 Trend of PAC TP removal effect 表3 港东污水厂PAC 投加量
Tab.3 PAC dosage in Gangdong Sewage Plant
TP 支除量/mg 0.79 0.50 1.00 1.50 2.00PAC 原液体积/mL 0.08 0.05 0.10 0.150.20PAC 小试投加当量 0.10 PAC 原液投加量/L
10,000 506 1,013 1,5192,025
进水量/t 12,500 633 1,266 1,8992,532日均1万t 21 42 6384PAC 投药量(L/h )
日均1.25万t 26 53 79
105PAC 密度(g/mL ) 1.28
PAC 单吨
成本(元) 760
日均1万t 494 989 1,4831,977PAC 投加成本(元)
日均1.25万t 618 1,236 1,8542,471
3.2 硫酸铝定性及定量试验数据分析(见表4、5)
表4 硫酸铝定性试验数据分析
Tab.4 Analysis of aluminum sulfate qualitative test data
投加量 感官现象 吸光值 TP pH
0mL 无色，少量悬浮物 0.139 0.95 7.235mL 出现较多悬浮颗粒，粒径不大 0.025 0.08 7.0110mL 颗粒增多，粒径变大，呈现一
定沉降趋势
0.008 0.02 6.86
15mL 颗粒数量继续增多，但粒径变
化不大
0.005 0.013 6.73
20mL 颗粒数量无明显变化，但粒径
变小
0.004 0.009,6 6.59
25mL 颗粒数量、粒径无明显变化，
溶液渐浑浊 0.001 0 6.52
30mL 粒径变小，溶液更加浑浊 0.001 0 6.435mL 粒径较小，溶液较浑浊 0.002 0.002,7 6.2940mL
粒径细小，溶液浑浊 0.002 0.002,7 6.22
由表4可知，以25mL 投加量为拐点，TP 出现
先降后升的趋势，缘于硫酸铝原液中同样有磷酸盐成分存在，只是含量较PAC 少。

表5、图2为硫酸铝数
据分析结果。

表5 硫酸铝定量试验数据分析
Tab.5 Analysis of aluminum sulfate quantitative test data
投加量感官现象
吸光值 TP pH
0mL 无色，少量悬浮物 0.141 0.97
7.26 2mL 出现细小颗粒 0.058 0.20 7.20 5mL 颗粒变大 0.024 0.08 7.06 8,mL 絮状颗粒继续变大 0.009 0.03 6.96 10,mL 无明显变化 0.005 0.013 6.90 12,mL 絮状颗粒变小 0.004 0.009,7 6.86 15,mL 絮状颗粒较小 0.003 0.006,2 6.75 18,mL 无明显变化 0.002 0.002,8 6.69 20,mL 无明显变化 -0.002,2 6.63 25,mL
无明显变化 -0.001,6 6.51
图2 硫酸铝TP 去除效果趋势图
Fig.2 Trend of aluminum sulfate removal effect
上述硫酸铝定量试验，所呈现的感官现象及滤后
TP 数据趋势与定性试验基本吻合。

在TP 检测中，由于钼锑抗分光光度法对吸光值A ＜0.01时所对应的样品浓度在准确度及线性关系上存在一定误差，因此在最佳投药点位选取上，综合考虑感官现象、滤后TP 数据及经济性原则，最终以定量试验8mL 点位为最佳投药量计算，折合硫酸铝最佳投药体积当量为9×10-5，即每去除1mg/L TP ，需在1L 原水中投加0.09mL 硫酸铝原液。

由此计算港东污水厂硫酸铝投加量(见表6)。

表7为PAC 、硫酸铝混凝效果对比 数据。

表6 港东污水厂硫酸铝投加量
Tab.6 Aluminum sulfate dosage in Gangdong Sewage Plant
TP 支除量/mg 0.94 0.50 1.00 1.50 2.00硫酸铝原液体积/mL 0.08 0.04 0.090.130.17
硫酸铝小试投加当量
0.09
硫酸铝原液投加量/L
10,000 426 851 1,2771,702进水量/t 12,500 532 1,0641,5962,128日均1万t 18 35 5371硫酸铝投药量(L/h )
日均1.25万t 22 44 66
89硫酸铝密度(g/mL ) 1.24
PAC 单吨
成本(元) 360 日均1万t 190 379 569759硫酸铝投加成本(元)
日均1.25万t 237 474 711
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表7 PAC 、硫酸铝混凝效果对比
Tab.7 Contrast of coagulate effect between PAC and
aluminum sulfate
PAC 硫酸铝
外观 淡黄棕色液体 淡黄色透明液体
密度(g/mL ) 1.2845 1.2380 化学式 Al 2Cl n (OH )6-n Al 2(SO 4)3
理化性质 无机高分子聚合物 低分子结晶盐
AL 2O 3(%) 10.06 ≥6
pH 1.03 0.85
PO 43
-
(mg/L ) 197 48 TP (mg/L ) 1295 54
混凝效果
可形成片状矾花， 有一定沉降趋势 仅形成絮状颗粒，
沉降趋势不明显
最佳投药点TP 剩余 0.14 0.03 pH 降幅 0.23 0.30
腐蚀性 一定腐蚀性 较强腐蚀性
最佳投药体积当量 10-4 9*10-5
万吨水投药量(除1mg/L ，TP ) 1013 851L 药剂单吨成本(元) 760 360
万吨水药剂成本(元) 989 379 万吨水药剂成本差额(元) 610
4 试验结论
港东厂现有PAC 原液在混凝澄清效果上具有一定优势，形成片状矾花理论上更易被活性砂滤池截留，且具有对处理水碱度影响较小，腐蚀性较小等优势。

但由于其含有相当量的磷酸盐成分，导致在最佳投药点附近仍有一定量TP 剩余，TP 去除效果并不理想，且在进水TP 升高、投药量增大的情况下，最终出水TP 较难控制。

同时由于原液呈现一定程度棕色，推断其含有部分铁盐杂质，对出水色度亦有一定影响。

硫酸铝原液在混凝澄清效果、出水碱度、腐蚀性等方面表现均不如PAC ，但由于其自身磷酸盐杂质较少，可以在最佳投药点附近获得较低的TP 剩余，
除磷效果相对较易把控。

同时，相较于PAC ，硫酸铝投加具有较明显的成本优势。

综合考虑PAC 、硫酸铝原液各自特点及优势，并结合港东厂水质自身碱度较高的特点，建议在化学除磷工艺流程及混凝药剂选择上进行调整，即由现有的后置沉淀改为同步沉淀，在二沉池进水段投加硫酸铝
进行生产性试验。

一方面可以降低活性砂滤池负荷，
稳定出水水质；另一方面也有利于改善活性污泥的沉降性能，获得较高的回流污泥浓度，对降低脱水机房
出泥含水率亦有帮助。

■
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