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聚合硫酸铁和聚合氯化铝谁更适合处理东江原水

    发布时间:2019-04-04    点击数:159   【

聚合硫酸铁和聚合氯化铝都是常用净水剂,本文研究聚合硫酸铁的混凝效果及其优缺点,并与聚合氯化铝混凝效果及药耗成本作对比,考察其对东江原水的适用性,为给水处理厂选择混凝剂提供参考。

1、试验条件与内容

1.1试验药品和水样:

聚合硫酸铁样品,其指标如下:

全铁含量,%,≥19.1

还原性物质(以Fe2+计)含量%,≤0.15

盐基度,%9.0~14.0

pH(1%水溶液)2.0~3.0

砷含量,%,≤0.0002

铅含量,%,≤0.001

不溶物含量,%,≤0.5

固体聚氯化铝样品,其指标如下:

有效铝(%)29.80

盐基度(%)73.99

Ala(%)21.30

Alb(%)38.09

Alc(%)40.61

试验水样采用东江常规水质和运河水质。

1.2检测指标

浊度测定采用哈希2100N2100P浊度仪;TOC测定采用岛津TOC-VCPH总有机碳分析仪;COD测定采用酸性高锰酸钾滴定法;UV254测定采用紫外可见分光光度计(将水样经0.45μm滤膜过滤后,取滤液检测);THMs测定采用Tekmar3100吹扫捕集浓缩器富集进样,Agilent7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪。

1.3试验内容

(1)考察聚合硫酸铁的投加量及其混凝效果。

(2)考察聚合硫酸铁混凝沉淀后出水pH值和色度的影响。

(3)在同一原水的前提下,与聚氯化铝混凝剂作对比,通过调整混凝剂投加量考察聚合硫酸铁的混凝效果。

(4)考察混凝沉淀后的水质情况,比较达到同一出水水质标准,聚合硫酸铁与聚氯化铝的药耗成本。

1.4混凝试验

采用六联六联搅拌机对原水进行批次试验。混凝搅拌试验参数采用通用程序参数:第一段,转速500r/min,保持1min;第二段,转速150r/min,保持15min;第三段静止沉淀30min。按照试验内容进行混凝沉淀后,取各试验杯中样品上清液进行相关水质指标的检测。

2.结果与讨论

2.1聚合硫酸铁的投加量确定

东江常规水质相对稳定,原水浊度在7~30NTU之间,TOC一般在1.5~2.5mg/L之间,UV254在0.018-0.035cm-1之间。根据南方多个原水取自东江的水厂固体聚氯化铝投加量数据,针对常规水质,常规投加量为4~6mg/L(以固体计)左右。本试验原水浊度为17.2NTU,采用固体聚氯化铝投加量为4、6、8mg/L(以固体计)作为参比,考察聚合硫酸铁的投加量。由图1可知,在投加量为4~20mg/L时,聚合硫酸铁随着投加量的增加,浊度有下降趋势,当投加量为20mg/L以上时,随着投加量的增加,浊度并没有明显下降。聚合氯化铝投加量为6mg/L时,混凝沉淀后出水为1.85NTU;聚合硫酸铁投加量为16mg/L时,混凝沉淀后出水为1.62NTU。因此,聚合硫酸铁处理要达到聚合氯化铝出水浊度的效果,聚合硫酸铁的投加量约是聚合氯化铝的2.5~3倍,针对东江常规水质,聚合硫酸铁的适宜投加量约为16~20mg/L(以固体计)。

2.2色度的影响

聚合氯化铝处理后的出水基本不存在色度问题,但在聚合硫酸铁投加量为20mg/L以上时,处理后出水色度较为明显,呈淡黄色。取聚合硫酸铁投加量为20mg/L和30mg/L的试验出水,检测色度并考察滤池对色度的去除效果,结果如表3所示。结果显示,试验原水色度为15度,聚合硫酸铁投加量为20mg/L和30mg/L的试验出水色度分别为13和20度,出水色度高;经过炭滤池或砂滤池处理后的出水色度均小于5度,与出厂水没有明显差别。

2.3常规水质聚合氯化铝与聚合硫酸铁的处理效果对比

参考2.1中的试验结果,聚合硫酸铁的投加量约是聚合氯化铝的2.5~3倍,以聚合氯化铝投加量为4、6、8mg/L,聚合硫酸铁投加量为16、20、24mg/L,对比常规水质聚合氯化铝与聚合硫酸铁的处理效果,结果如表4所示。结果显示,聚合硫酸铁投加量为16mg/L时,出水浊度较低,随着投加量的增加,浊度有所下降但幅度不大,与聚合氯化铝相比,高投加量的聚合硫酸铁对浊度的处理效果比聚合氯化铝显著。经聚合硫酸铁处理后出水pH值下降明显,然而,由于pH值降低,使得水中的水解产物带正电荷密度升高且水中有机物质的质子化程度也升高,对混凝过程中的水解产物吸附有机物大有好处[2]。因此,聚合硫酸铁处理COD、TOC和UV254的效果优于聚合氯化铝。研究表明,三卤甲烷生成量与水中有机物含量密切相关,高投加量的聚合硫酸铁较聚合氯化铝而言,有效去除更多的有机物,但从三卤甲烷生成势数据看,聚合硫酸铁没有明显优势,可能的原因是,三卤甲烷生成量与水中有机物种类和性质有关,聚合硫酸铁去除的那部分有机物对三卤甲烷生成量贡献小。

2.4运河水质聚合氯化铝与聚合硫酸铁的处理效果对比

试验中运河水浊度以及pH值与常规水质相差不大,但有机物指标明显高于常规水质。由表5可知,随着混凝剂投加量的增大,浊度有下降趋势,从聚合氯化铝的数据看,投加量为8mg/L,出水浊度仍然较高,而聚合硫酸铁尽管在处理常规水质需要较聚合氯化铝更多的用量,但在运河水质的处理中,高投加量的聚合硫酸铁在浊度处理方面比聚合氯化铝有优势,且COD、TOC处理效果优于聚合氯化铝。运河水的UV254为0.082cm-1,该有机物指标较低,指示水中有机物多为中小分子有机物,该类有机物难以在混凝阶段去除,两种混凝剂在设定的投加量对试验水的UV254基本没有去除效果。值得关注的是pH值的数据,在处理常规水质时,聚合硫酸铁处理后出水pH值会明显下降,但处理运河水后,pH值基本变化不大,原因是运河水有机物含量好,有机物一般带较高的表面电荷,吸附在胶体颗粒表面增加胶体表面的电荷密度,水中有机物存在能增加无机颗粒Zeta电位[3],使得胶体更加稳定,而试验中聚合硫酸铁的投加量还不足以与水中有机物电性中和与提高有机物的质子化程度。

2.5混凝药耗成本分析

以南方某水厂为例,供水量约17000m3/h。分别采用聚合氯化铝和聚合硫酸铁作为混凝剂,分析混凝成本,数据如表6所示。

由图6知,达到同一出水水质标准,聚合硫酸铁的混凝药耗成本约是聚合氯化铝的1.7倍。本分析仅为混凝阶段的药耗成本分析,如果加上由于聚合硫酸铁出水pH的降低导致投碱量增加,并且滤池去除聚合硫酸铁出水色度导致滤池负荷增加从而增加滤池的反冲洗频率,聚合硫酸铁在成本上没有优势。

3.结论

达到同一出水浊度的效果,聚合硫酸铁的投加量约是聚合氯化铝的2.5~3倍,针对东江常规水质,聚合硫酸铁的适宜投加量约为16~20mg/L(以固体计)。

聚合硫酸铁处理后出水存在色度问题,经过炭滤池或砂滤池处理后的出水色度均小于5度,与出厂水没有明显差别。

对于东江常规水质,高投加量的聚合硫酸铁处理后出水pH值下降明显,对COD、TOC和UV254的去除效果优于聚合氯化铝,对三卤甲烷生成势的去除没有明显优势。

对于高有机物的运河水质,高投加量的聚合硫酸铁在浊度处理方面比聚合氯化铝有优势,且COD、TOC处理效果优于聚合氯化铝,但对试验水的UV254基本没有去除效果。

聚合硫酸铁的混凝药耗成本约是聚合氯化铝的1.7倍,聚合硫酸铁在成本上没有优势。

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