第44卷 第7期 2017年7月天 津 科 技TIANJIN SCIENCE & TECHNOLOGYV 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)07-0059-04Coagulate Effect of PAC and Aluminum Sulfate ：Analysis and SelectionWANG 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.2017.07.020·60·天 津 科 技第44卷 第7期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 PH0mL无色，少量悬浮物 0.1080.747.3410mL无明显矾花形成 0.0300.107.0820mL出现矾花 0.0670.236.7330mL有较明显矾花 0.1000.346.5440mL出现矾花沉降 0.1290.446.4150mL矾花数量较多，沉降趋势不明显 0.1590.556.2560mL矾花数量较多，粒径变小，溶液渐浑浊 0.1980.68 6.170mL矾花颗粒较小，溶液较浑浊 0.2230.776.0280mL矾花颗粒较小，溶液较浑浊 0.2600.895.8390mL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 PH0mL无色，少量悬浮物 0.1350.937.32mL出现较多悬浮颗粒 0.0510.177.35mL悬浮颗粒数量增多，粒径增大 0.045 0.157.198mL颗粒数量多，粒径大，出现凝聚、沉降趋势0.042 0.147.0710mL颗粒数量较多，粒径较大，凝聚、沉降趋势不明显0.051 0.177.0512mL颗粒数量较多，粒径变小，凝聚、沉降趋势不明显0.054 0.18 6.9815mL颗粒数量较多，粒径变小，溶液渐浑浊0.070 0.24 6.9218mL颗粒粒径进一步缩小，溶液较浑浊0.091 0.31 6.8220mL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 PlantTP 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/L10,000 506 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 79105PAC 密度(g/mL ) 1.28PAC 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 1,8542,4713.2 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 pH0mL 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 6.8615mL 颗粒数量继续增多，但粒径变化不大0.005 0.013 6.7320mL 颗粒数量无明显变化，但粒径变小0.004 0.009,6 6.5925mL 颗粒数量、粒径无明显变化，溶液渐浑浊 0.001 0 6.5230mL 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。