废水处理药剂相关知识总结

（7）水力条件

在混合阶段，要求絮凝剂与水迅速均匀地混合，而到了反应阶段，既要创造足够的碰撞机会和良好的吸附条件让絮体有足够的成长机会，又要防止已生成的小絮体被打碎，因此搅拌强度要逐步减小，反应时间要足够长。

16 天然有机高分子絮凝剂

天然有机高分子絮凝剂在水处理中应用具有悠久的历史，直到今天，天然高分子化合物仍是一类重要的絮凝剂，只是使用量远低于人工合成高分子絮凝剂，原因是天然高分子絮凝剂电荷密度较小，分子量较低，且易发生生物降解而失去絮凝活性。

与人工合成的絮凝剂相比，天然有机高分子絮凝剂的毒性小，提取工艺简单，无论是化学成分还是生产工艺，都能很好地与自然和谐一致，因此研究、利用这些自然资源用作水处理药剂成为当前的热点，这与全球重视合理利用资源，保护和改善环境的形势密不可分。

目前天然高分子絮凝剂的种类很多，按照其主要天然成分(包括改性所用的基质成分)，可以分为：壳聚糖类絮凝剂、改性淀粉絮凝剂、改性纤维素絮凝剂、木质素类絮凝剂、树胶类絮凝剂、褐藻胶絮凝剂、动物胶和明胶絮凝剂等。

这些天然高分子多数具有多糖结构，其中淀粉主链中仅含有一种单糖结构，属于同多糖；壳聚糖、树胶、褐藻胶等含有多种单糖结构，属于杂多糖；木质素是一种特殊的芳香型天然高聚物；动物胶和明胶属于蛋白质类物质。

17 高分子有机絮凝剂注意事项

有机高分子絮凝剂属于线团结构的长链大分子，在水中必然经历一个溶涨过程，固体产品或高浓度液体产品在使用之前必须配制成水溶液再投加到待处理水中。

配制水溶液的溶药池必须安装机械搅拌设备，溶药连续搅拌时间要控制在30min以上。水溶液的浓度一般为0.1%左右，再高，溶液的粘度增大，投加困难，再低，需要的溶液池体积又会过大。溶药使用的水中应尽量避免含有大量的悬浮物，以避免有机高分子絮凝剂与这些悬浮物进行絮凝反应形成矾花，影响投加后的使用效果。

对固体有机高分子絮凝剂进行溶解时，固体颗粒的投加点一定要在水流紊动最强烈的地方，同时一定要以最小投加量向溶药池中缓慢投入，使固体颗粒分散进入水中，以防固体投加量太快在水中分散不及而相互粘结形成团块，团块的结构是内部有固体颗粒、外部包围部分水解物，这样的团块一旦形成，往往要花费很长时间才能再均匀地溶入水中，在连续溶药池中甚至可以存在长达数天。

固体颗粒的投加点一定要远离机械搅拌器的搅拌轴，因为搅拌轴通常是溶药池中水流紊动性最差的地方，溶解不充分的有机高分子絮凝剂经常会附着在轴上，日益积累，有时可以形成相当大的粘团，如果不及时认真地予以清理，粘团会越变越大，影响范围也就越来越大。

作为助凝剂时，一般要先在处理水中投加无机絮凝剂进行压缩双电层脱稳后，再投加有机高分子絮凝剂实现架桥作用。在无机絮凝剂投加充足的条件下，有机高分子絮凝剂的助凝效果不会因投加量的差异而有较大差别。因此，作为助凝剂时，有机高分子絮凝剂的投加量一般为0.1mg/L。

固体有机高分子絮凝剂容易吸水潮解成块，必须使用防水包装，保存地点也必须干燥，避免露天存放。

18 微生物絮凝剂的种类

微生物絮凝剂与传统无机或有机絮凝剂有显著不同，它们或是直接利用微生物细胞，或是利用微生物细胞壁提取物、代谢产物等。

前者是微生物絮凝剂研究的主要方面，至今发现的具有絮凝性能微生物有17种以上，包括霉菌、细菌、放线菌和酵母，后者与有机絮凝剂为同类物质。微生物絮凝剂具有传统无机或有机絮凝剂所不能比拟的许多优点，如不产生二次污染、生产成本低等。

微生物絮凝剂的絮凝性能受诸多因素影响，内在因素包括絮凝基因的遗传和表达，外在因素则有微生物培养基的组成、细胞表面疏水性的变化、环境中二价金属离子的存在等。

目前，国外已有性能良好的微生物絮凝剂商品，如日本生产的NOC--1。微生物絮凝剂从研究到生产的关键问题是发展成熟的微生物育种技术，同时努力降低生产成本。我国的微生物絮凝剂研制正朝着这一方向迈进，但是离工业化生产还有一定距离。

19 絮凝剂的种类和投加剂量

絮凝剂的选择和用量应根据相似条件下的水厂运行经验或原水混凝沉淀试验结果，结合当地药剂供应情况，通过技术经济比较后确定。选用的原则是价格便宜、易得，净水效果好，使用方便，生成的絮凝体密实、沉淀快、容易与水分离等。

混凝的目的在于生成较大的絮凝体，由于影响因素较多，一般通过混凝烧杯搅拌试验来取得相应数据。混凝试验在烧杯中进行，包括快速搅拌、慢速搅拌和静止沉降三个步骤。

投入的絮凝剂经过快速搅拌迅速分散并与水样中的胶粒相接触，胶粒开始凝聚并产生微絮体；通过慢速搅拌，微絮体进一步互相接触长成较大的颗粒；停止搅拌后，形成的胶粒聚集体依靠重力自然沉降至烧杯底部。通过对混凝效果的综合评价，如絮凝体沉降性、上清液浊度、色度、pH值、耗氧量等，确定合适的絮凝剂品种及其最佳用量。

试验用六联搅拌机，它有六个可垂直移动的转轴，其底部位置处带有搅拌叶片，叶片尺寸6cm×2cm。

转轴的旋转速度和旋转时间可以预先设定，能自动工作。一般试验按快速搅动2min，n=300r/min；慢速搅动3min，n=60r/min。试验时在6个1000mL大烧杯中加入1L原水后，分别放在六个转轴的正下方，将转轴下移到底；再在连接在一水平转轴上的6个小玻璃烧杯内，依次加入不同数量的药液，转动水平轴，则小管内的药液同时倒入相应的原水中。然后启动搅拌器使其自动工作。

搅动自动停止后，将叶片从烧杯中缓慢拉起，静置20min，用移液管自水面下约10cm处，吸取水样25ml，用浊度计测量上清液的浊度。以投药量为横坐标，上清液的剩余浊度为纵坐标，绘制成曲线将不同絮凝剂的效果进行对比，根据除浊效果和综合技术经济多方面因素，选择确定处理这种废水的絮凝剂。

烧杯搅拌试验方法可分单因素试验和多因素试验两种。试验时要做到所用原水与实际水质完全相同，同时在根据水的pH值、杂质性质等因素考虑确定絮凝剂的种类、投加量、投加顺序，而且试验应该是实际过程的模拟，两者的水力条件（主要是GT值）必须相同或接近。

2、助凝剂

助凝剂：辅助絮凝剂发挥作用，加强混凝效果。

01 助凝剂的作用

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。

02 常用助凝剂的种类

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：

（1）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。

（2）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。

03 絮凝剂、助凝剂的应用

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。

3、调理剂

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。

01 常用污泥调理剂的种类

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。

（1）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。

（2）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。

02 如何选择污泥调理剂？

（1）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。

（2）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。

（3）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15℃），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。

（4）pH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。

（5）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。

（6）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。

（7）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。

03 调理剂投加量的确定

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。