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全面讲解絮凝剂、助凝剂、脱水剂、调理剂,污水处理必备

1、何为絮凝剂、助凝剂,脱水剂、调理剂?

⑴絮凝剂:有时又称为混凝剂,可作为强化固液分离的手段,用于初沉池、二沉池、浮选池及三级处理或深度处理等工艺环节。

⑵助凝剂:辅助絮凝剂发挥作用,加强混凝效果。

⑶调理剂:又称为脱水剂,用于对脱水前剩余污泥的调理,其品种包括上述的部分絮凝剂和助凝剂。

2、絮凝剂的作用是什么?

絮凝剂在污水处理领域作为强化固液分离的手段,可用于强化污水的初次沉淀、浮选处理及活性污泥法之后的二次沉淀,还可用于污水三级处理或深度处理。当用于剩余污泥脱水前的调理时,絮凝剂和助凝剂就变成了污泥调理剂或脱水剂。

在应用传统的絮凝剂时,可以使用投加助凝剂的方法来加强絮凝效果。例如把活化硅酸作为硫酸亚铁、硫酸铝等无机絮凝剂的助凝剂并分前后顺序投加,可以取得很好的絮凝作用。因此,通俗地讲,无机高分子絮凝剂IPF其实就是把助凝剂与絮凝剂结合在一起制备然后合并投加来简化用户的操作。

混凝处理通常置于固液分离设施前,与分离设施组合起来、有效地去除原水中的粒度为1nm~100μm的悬浮物和胶体物质,降低出水浊度和CODCr,可用在污水处理流程的预处理、深度处理,也可用于剩余污泥处理。混凝处理还可有效地去除水中的微生物、病原菌,并可去除污水中的乳化油、色度、重金属离子及其他一些污染物,利用混凝沉淀处理污水中含有的磷时去除率可高达90~95%,是最便宜而又高效的除磷方法。

3、絮凝剂的机理是什么?

水中胶体颗粒微小、表面水化和带电使其具有稳定性,絮凝剂投加到水中后水解成带电胶体与其周围的离子组成双电层结构的胶团。采用投药后快速搅拌的方式,促进水中胶体杂质颗粒与絮凝剂水解成的胶团的碰撞机会和次数。水中的杂质颗粒在絮凝剂的作用下首先失去稳定性,然后相互凝聚成尺寸较大的颗粒,再在分离设施中沉淀下去或漂浮上来。

搅拌产生的速度梯度G和搅拌时间T的乘积GT可以间接表示在整个反应时间内颗粒碰撞的总次数,通过改变GT值可以控制混凝反应效果。一般控制GT值在104~105之间,考虑到杂质颗粒浓度对碰撞的影响,可以用GTC值作为表征混凝效果的控制参数,其中C表示污水中杂质颗粒的质量浓度,而且建议GTC值在100左右。

促使絮凝剂迅速向水中扩散,并与全部废水混合均匀的过程就是混合。水中的杂质颗粒与絮凝剂作用,通过压缩双电层和电中和等机理,失去或降低稳定性,生成微絮粒的过程称为凝聚。凝聚生成微絮粒在架桥物质和水流的搅动下,通过吸附架桥和沉淀物网捕等机理成长为大絮体的过程称为絮凝。混合、凝聚和絮凝合起来称为混凝,混合过程一般在混合池中完成,凝聚和絮凝在反应池中进行。

4、助凝剂的作用是什么?

在废水的混凝处理中,有时使用单一的絮凝剂不能取得良好的混凝效果,往往需要投加某些辅助药剂以提高混凝效果,这种辅助药剂称为助凝剂。常用助凝剂有氯、石灰、活化硅酸、骨胶和海藻酸钠、活性炭和各种粘土等。

有的助凝剂本身不起混凝作用,而是通过调节和改善混凝条件、起到辅助絮凝剂产生混凝效果的作用。有的助凝剂则参与絮体的生成,改善絮凝体的结构,可以使无机絮凝剂产生的细小松散的絮凝体变成粗大而紧密的矾花。

5、常用助凝剂的种类有哪些?

助凝剂种类较多,但按它们在混凝过程中所起作用来说大致可分为如下两类:

⑴调节或改善混凝条件的药剂

混凝过程应该在一定的pH值范围内进行,如果原水pH值不能满足此要求,则应调整原水的pH值,这类助凝剂包括酸和碱。原水pH值较低、碱度不足而使絮凝剂水解困难时,可以投加CaO、Ca(OH)2、Na2CO3、NaHCO3等碱性物质(常用的为石灰);而PH值较高时,则常用硫酸或CO2来降低原水的pH值。

对溶解性有机物含量较大的废水,可用Cl2等氧化剂来破坏有机物,提高对溶解性有机物的去除效果。另外亚铁盐作絮凝剂时,可用氯气将亚铁(Fe2+)氧化成高价铁(Fe3+),以提高混凝效果。以上碱剂、硫酸和CO2、氯气等本身并不起凝聚作用,只起辅助混凝的作用。

⑵加大矾花粒度、密度和结实性的助凝剂

混凝的结果要求生成粒度大、密度大和结实的矾花,既有利于沉淀,又不易破碎。为获得此种结果,结合水质的特点,有时必须在水中加入某种物质或药剂。如含有不宜沉降的质地较轻杂质的低浊废水中,加入二氧化硅、活性炭、粘土一类较粗颗粒或回流部分沉淀污泥可起到加重、加大矾花的作用;当采用铝盐、铁盐作絮凝剂只能产生细小而松散的絮凝体时,可投加聚丙烯酰胺、活化硅酸及骨胶等高分子助凝剂,利用它们的强烈吸附架桥作用,使细小而松散的絮凝体变得粗大而密实。

6、絮凝剂、助凝剂在强化废水处理中的应用有哪些?

废水处理中投加絮凝剂可加速废水中固体颗粒物的聚集和沉降,同时也能去除部分溶解性有机物。这种方法具有投资少,操作简单,灵活等优点,特别适合于处理水量小,悬浮杂质含量较大的废水。采用无机絮凝剂时,因为投药量大,产生的污泥量也大,所以实际应用中主要采用人工合成有机高分子絮凝剂OPF,或采用无机絮凝剂与OPF相结合的方式。

据有关报道,在初级沉淀池,常使用阴离子型已水解的聚丙烯酰胺去除废水中的悬浮杂质,而使用非离子型聚丙烯酰胺(PAM)时的效果不好。经验表明,在初级沉淀池中投加1mg/L水解聚丙烯酰胺,可去除进场废水中50%以上的悬浮粒子及40%以上的BOD5。

在废水的初级沉淀处理中,将有机高分子聚电解质与无机絮凝剂的混合使用,要比它们各自单独使用效果更好。由于进场废水中悬浮粒子的浓度、粒径分布及种类等随时会发生变化,就使得絮凝剂的最佳剂量有时难以控制。这时若过量投加无机絮凝剂,用卷扫机理来沉淀去除悬浮杂质,方法虽然可行,但其缺点也是很突出的,一是作用时间比较长(15~30min),再是形成的絮体易破碎。如果在投加无机絮凝剂的同时,再加入一定量的有机高分子聚电解质,可使絮凝时间减少到2~5min,而且形成的絮体也比较结实。

在用沉淀法去除水中带色有机胶体杂质时,可使用双电解质系统。先用带有高正电荷的阳离子型聚电解质使这些有机胶体脱稳,然后再用大分子量非离子型或阴离子型聚电解质使已脱稳的有机胶体絮凝成易沉淀的絮体。

二次沉淀池中常使用阳离子型聚电解质作絮凝剂,如聚二甲基已二烯氯化铵或聚氨甲基二甲基已二烯氯化铵等,但其投加量要比在初次沉淀池中少一些。原因是初次沉淀池中所添加的阴离子型聚电解质有一部分在进入二次沉淀池后继续发挥作用,而且二次沉淀池中所添加的聚电解质在污泥回流中能反复得到利用。

另外,混凝处理还可以去除废水中的磷酸盐和重金属离子。长期以来,人们一直采用投加金属盐类无机絮凝剂的方法来去除废水中的部分磷酸盐。但实验证明,在保证磷酸根的去除率没有降低的前提下,用阳离子聚合物代替无机絮凝剂可以取得同样的除磷效果,这说明聚合物参与了对阴离子磷酸根的吸附。例如某废水处理场在混凝处理工艺中,用12mg/L硫酸铁和3mg/L高电荷密度的阳离子聚合物,以及0.2mg/L高分子量的阴离子聚合物复合,代替原来23mg/L的硫酸铁,在磷的去除率不变的情况下,使出水BOD5去除率从30%上升到了55%。同时,采用混凝处理后,可以使活性污泥阶段产生的污泥中无机物成分减少,提高活性污泥的生物降解功能。

废水处理中使用的过滤、浮选等处理工艺中,通过使用无机絮凝剂和聚电解质助凝剂,可以提高出水水质。结合废水水质特点,絮凝剂可以单独使用,也可以多种絮凝剂复合使用或一主一辅复配使用(辅者作为助凝剂)。絮凝剂的选择可以通过烧杯静态试验初步筛选,再在生产装置上验证确定。

7、常用污泥调理剂的种类有哪些?

调理剂又称脱水剂,可分为无机调理剂和有机调理剂两大类。无机调理剂一般适用于污泥的真空过滤和板框过滤,而有机调理剂则适用于污泥的离心脱水和带式压滤脱水。

⑴无机调理剂

最有效、最便宜也是最常用的无机调理剂主要有铁盐和铝盐两大类。铁盐调理剂主要包括氯化铁(FeCl3?6H2O)、硫酸铁(Fe2(SO4)3?4H2O)、硫酸亚铁(FeSO4?7H2O)以及聚合硫酸铁(PFS)([Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m)等,铝盐调理剂主要有硫酸铝(Al2(SO4)3?18H2O)、三氯化铝(AlCl3)、碱式氯化铝(Al(OH)2Cl)、聚合氯化铝(PAC)([Al2(OH)n?Cl6-n]m)等。

投加无机调理剂后,可以大大加速污泥的浓缩过程,改善过滤脱水效果。而且铁盐和石灰联用可以进一步提高调理效果。投加无机调理剂的缺点一是用量较大,一般来说,投加量要达到污泥干固体重量的5%~20%,从而导致滤饼体积增大;二是无机调理剂本身具有腐蚀性(尤其是铁盐),投加系统要具有防腐性能。应当注意的是,采用氯化铁作为调理剂时,会增加对脱水污泥处理设备金属构件的腐蚀性,因此所配备的脱水污泥处理设备的防腐等级应适当提高。

⑵有机调理剂

有机合成高分子调理剂种类很多,按聚合度可分为低聚合度(分子量约为1千~几万)和高聚合度(分子量约为几十万~几百万)两种;按离子型分为阳离子型、阴离子型、非离子型、阴阳离子型等。与无机调理剂相比,有机调理剂投加量较少,一般为污泥干固体重量的0.1%~0.5%,而且没有腐蚀性。

用于污泥调理的有机调理剂主要是高聚合度的聚丙烯酰胺系列的絮凝剂产品,主要有阳离子型聚丙烯酰胺、阴离子型聚丙烯酰胺和非离子型聚丙烯酰胺三类。其中阳离子型聚丙烯酰胺能中和污泥颗粒表面的负电荷并在颗粒间产生架桥作用而显示出较强的凝聚力,调理效果显著,但费用较高。为降低成本,可以使用较便宜的阴离子型聚丙烯酰胺-石灰联用法,利用带有正电荷的Ca(OH)2絮体物将带负电的絮凝剂和污泥颗粒吸附在一起,形成一种复合的凝聚体系。

聚丙烯酰胺


8、选择使用污泥调理剂应考虑的因素有哪些?

⑴调理剂的品种特点

就常用的铝盐和铁盐无机调理剂而言,使用铝盐时的药剂投加量 较大,所形成的絮体密度较小,调理效果较差,在脱水过程中会堵塞 滤布。因此,在选用无机调理剂时,尽可能采用铁盐;当使用铁盐会 带来许多问题时,再考虑采用铝盐。无机调理剂与有机调理剂相比, 药剂投加量较大,形成的絮体颗粒细小,但絮体强度较高。因此在利 用真空过滤机和板框压滤机使污泥脱水时,可以考虑采用无机调理 剂。与无机调理剂相比,有机调理剂药剂投加量较小,形成的絮体粗 大,但絮体强度较低,比无机调理剂形成的絮体更容易破碎。而且一 旦絮体被破坏,不论采用无机调理剂还是有机调理剂,都不易恢复到 原来的状态。因此在利用离心脱水机和带式压滤机使污泥脱水时,可 以考虑采用有机调理剂。在采用无机调理剂或有机调理剂中的一种难 以达到理想的调理效果时,可以考虑将无机和有机调理剂复配使用, 有时能取得更好的调理效果。比如石灰和三氯化铁联合使用,不但能 起到调节pH值的作用,而且石灰和污水中的重碳酸钙生成的碳酸钙 颗粒结构还能增加污泥的孔隙率,促进泥水分离。

⑵污泥性质

不同性质的污泥,选用调理剂的种类和投加量也有很大差异。对 有机物含量高的污泥,较为有效的调理剂是阳离子型有机高分子调理 剂,而且有机物含量越高,越适宜选用聚合度越高的阳离子型有机高 分子调理剂。而对以无机物为主的污泥,则可以考虑采用阴离子型有 机高分子调理剂。污泥性质的不同直接影响调理效果:初沉池污泥较 易脱水,而浮渣和剩余活性污泥则较难脱水,混合污泥的脱水性能则 介于两者之间。为达到一定的调理效果,所需调理剂的数量存在显著 差异。一般来说,越难脱水的污泥其调理用药剂量越大,污泥颗粒细 小,会导致调理剂消耗量的增加,污泥中的有机物含量和碱度高,也 会导致调理剂用量的加大。另外,污泥含固率也影响调理剂的投加量, 一般污泥含固率越高,调理剂的投加量越大。

⑶温度

污泥的温度直接影响着无机盐类调理剂的水解作用,温度低时, 水解作用会变慢。如果温度低于10oC,调理效果会明显变差,可通 过适当延长调理时间的方法改善调理效果。使用有机高分子调理剂 时,如果配制药液的母液或自来水温度过低或污泥温度过低,就会由 于水的动力粘滞度和高分子调理剂溶液本身的粘度变大而不利于稀 释均匀和调理混合均匀,进而影响污泥调理效果和脱水效果。因此, 冬季气温较低时,要重视污泥输送系统的保温环节(从污水处理系统 排出的污泥温度一般不低于15oC),尽量减少污泥输送过程中热量的损失。在必要的情况下,可以采取对有机高分子调理剂稀释罐加热 或适当延长混合溶解时间和加大搅拌强度的方法改善溶解条件。

⑷pH值

污泥的pH值决定无机盐类调理剂的水解产物形态,同一种调理 剂对不同pH值的污泥的调理效果也大不相同。铝盐的水解反应受pH 值的影响很大,其凝聚反应的最佳pH值范围为5~7。当pH值大于8 或小于4时,难以形成絮体,也就是说失去了调理的作用。而高铁盐 调理剂受pH值的影响较小,无论污泥呈酸性还是呈碱性,都能形成 水解产物Fe(OH)3絮体,最佳pH值范围为6~11。亚铁盐在pH值为 8~10的污泥中,其溶解度较高的水解产物能被氧化成溶解度较低的 Fe(OH)3絮体。因此选用无机盐类调理剂时,首先要考虑脱水污泥的 具体pH值,如果pH值偏离其凝聚反应的最佳范围,最好更换使用另 一种调理剂。否则就要考虑在对污泥进行调理之前,投加酸或碱调整 污泥的pH值,一般情况下,都不采取这种措施。

pH值对聚合电解质的调理效果也有影响,污泥的pH值影响着调 理剂分子的电离、荷电状况以及分子形状。阳离子型聚合电解质在低 pH值的酸性污泥中的电离度较大,分子形状趋向舒展;而在高pH值 的碱性污泥中电离度较小,分子形状趋向卷曲。与阳离子型聚合电解 质性质相反,阴离子型聚合电解质在低pH值的酸性污泥中的电离度 较小,分子形状趋向卷曲;而在高pH值的碱性污泥中电离度较大, 分子形状趋向舒展。阴阳离子型聚合电解质的情况稍有不同,在等电点时,整个分子呈中性,正负两种电荷相互吸引,故分子紧密卷曲成 团。在等电点两侧,分子上都会有一种电荷过剩,因互相排斥作用而 使分子趋向舒展。

⑸配制浓度

调理剂的配制浓度不仅影响调理效果,而且影响药剂消耗量和泥 饼产率,其中有机高分子调理剂影响更为显著。一般来说,有机高分 子调理剂配制浓度越低,药剂消耗量越少,调理效果越好。这是因为 有机高分子调理剂配制浓度越低,越容易混合均匀,分子链伸展得越 好,架桥凝聚作用发挥得越好,调理效果当然也越好。但配制浓度过 高或过低都会降低泥饼产率。而无机高分子调理剂的调理效果几乎不 受配制浓度的影响。经验和有关研究表明,有机高分子调理剂配制浓 度在0.05%~0.1%之间比较合适,三氯化铁配制浓度10%最佳,而铝 盐配制浓度在4%~5%最为适宜。

⑹投加顺序

当采用不止一种调理剂时,调理剂投加的顺序也会影响调理效 果。当采用铁盐和石灰作调理剂时,一般先投加铁盐,再投加石灰, 这样形成的絮体与水较易分离,而且调理剂总的消耗量也较少。当采 用无机调理剂和有机高分子调理剂联合调理污泥时,先投加无机调理 剂,再投加有机高分子调理剂,一般可以取得较好的调理效果。

⑺混合反应条件

要想达到最好的调理效果,污泥与调理剂实现完全充分的混合是 非常必要的。但值得注意的是,污泥与调理剂混合反应形成絮体后, 决不能再被破坏,因为絮体一旦受到破坏就很难恢复到原来的状态。 经验表明,针对某种污泥,使用某种调理剂,只有混合反应的强度和 时间在一定范围内,才能取得较好的调理效果,而且调理效果会随着 停留时间的增加而降低。这就是说,经过试验确定了调理的时间和强 度后,必须在实际操作中严格遵守执行。一方面不能随意延长或缩短 混合反应的时间,另一方面要尽可能快地使调理后的污泥进入脱水 机。

压泥脱水


9、调理剂的投加量如何确定?

污泥调理的药剂消耗量没有固定的标准,根据污泥的品种、消化 程度、固体浓度等具体性质的不同,投加量会出现一定的差异。因此, 大多是在实验室或在现场直接试验确定调理剂的种类及具体投加量。

一般来说,按污泥干固体重量的百分比计,三氯化铁的投加量为 5%~10%,硫酸亚铁约为10%~15%,消石灰的投加量为20%~40%,聚 合氯化铝和聚合硫酸铁约为1%~3%,阳离子型聚丙烯酰胺为0.1%~ 0.3%。据有关资料介绍,由于常用的聚丙烯酰胺系列有机合成高分子 调理剂的价格较为昂贵(有的品种是普通无机调理剂的十几甚至二十 倍以上),虽然其投加量较少,但折合调理每吨污泥的费用,使用有 机合成高分子调理剂的成本仍然较高。普遍的做法是优选无机调理剂,当无机调理剂作用较差、难以达到理想的调理效果时,再考虑使 用有机合成高分子调理剂或将无机和有机调理剂复配使用。

10、使用调理剂的注意事项有哪些?

为了更好地使用调理剂,应注意以下事项:①充分了解和掌握被 处理污泥的性质(浓度、成分等),②试验确定适合于污泥性质和脱 水机性质的调理剂种类,③试验确定调理剂的注入点、反应条件、投 加量等,④根据调理剂的性质确定调理剂的溶解、储存等使用方法。

一般来说,无机调理剂适用于真空过滤脱水和板框压滤脱水,而有机调理剂则较适用于离心脱水和带式压滤脱水。在使用离心脱水机 和带式压力脱水机时,为了形成不易破碎的粗大絮凝物,一般使用分子量在10万、甚至100万以上的阳离子系列高分子调理剂。同时还 要注意,由于离心脱水机是在2000~3000G的高离心力下进行固液分离,使用分子量越大的高分子调理剂,越容易形成坚固的絮凝物,越有利于脱水;而对带式压滤脱水机来讲,分子量过高时,调理剂的部分粘性会残留在絮凝物上,从而导致滤饼在滤布上的剥离性较差。就阳离子调理剂而言,对于同样污泥,和离心脱水机相比,带式压力脱水机要求调理剂的阳离子度较高、而投加量较少。

一般来说,污泥浓度高时,使用高分子量的调理剂效果较好,而 污泥浓度低时,使用分子量较低的调理剂效果较好。

废水生物处理产生的剩余污泥和回流污泥的性质相同,其主要成 分是微生物的絮凝物,一般带有负电荷,因此为使剩余污泥凝聚,最 好使用阳离子的调理剂。当前使用较多的阳离子调理剂是聚丙酰胺的 共聚物或氨基甲基化变性物,通过调整阳离子变性条件,可得到不同 阳离子度的调理剂。根据阳离子度的不同(可用胶体滴定法测定), 阳离子调理剂可分为高、中、低阳离子度调理剂。

11、絮凝剂、助凝剂,脱水剂、调理剂之间的关系

脱水剂是对污泥进行脱水之前投加的药剂,也就是污泥的调理剂,因此脱水剂和调理剂的意义是一样的。脱水剂或调理剂的投加量一般都以污泥干固体重量的百分比计。

絮凝剂应用于去除污水中悬浮物,是水处理领域的重要药剂。絮 凝剂的投加量一般以待处理水的单位体积内投加的数量来表示。

脱水剂(调理剂)与絮凝剂、助凝剂的投加量都可以称为加药量。 同一种药剂既可以在处理污水时应用为絮凝剂,又可以在剩余污泥处 理过程中应用为调理剂或脱水剂。

助凝剂用在水处理领域作为絮凝剂的助剂时被称为助凝剂,同一种助凝剂在剩余污泥处理时一般不称助凝剂,而是统称为调理剂或脱水剂。

使用絮凝剂时,由于水中的悬浮物数量毕竟有限,为了实现絮凝剂与悬浮颗粒的充分接触,需要配备混合、反应设施,并且都要具有足够的时间,比如混合需要几十秒到数分钟、反应则需要15~30min。 而污泥脱水时从投加调理剂到污泥进入脱水机往往只有几十秒的时间,即只有相当于絮凝剂的混合过程、没有反应的时间,而且经验也表明,调理效果会随着逗留时间的延长而降低。

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