宛西制藥動力車間的20 t/h鍋爐原水從西峽鸛河中取水,河水中含有泥沙、黏土等懸浮物和膠體,在對原水進行深度處理之前,必須將其除去。懸浮物顆粒的直徑大于0.1 μm,而膠體的顆粒直徑處于0.001～0.1 μm之間。大顆粒懸浮雜質可以通過自然沉降的方法去除,而微小粒徑的懸浮物和膠體雜質是難以用自然沉降的方法去除的。在水中投入某些絮凝劑來破壞膠體和細微顆粒在水中形成的穩定體系,使其相互聚合成較大的絮凝體,然后予以分離。向原水中投加絮凝劑聚鋁(PAC)沉淀水中膠體,再經陽離子交換、除氧處理作為鍋爐給水,該工藝成熟,技術完善,一直運行良好。但在冬季12月份至來年1月份時,原水取水濁度在5～50 NTU左右,經聚鋁絮凝后的余濁仍較大,且爐水取樣呈渾濁狀。停車檢修時鍋底有白色松軟狀垢物,經排污可將其沖走。經分析,爐水雖混濁但硬度仍為零,堿度符合標準,說明陰陽離子樹脂正常,問題在于絮凝沉淀不徹底。

　　爐水渾濁大大增加了除鹽系統的離子交換樹脂堵塞的可能,縮短離子交換樹脂的壽命,一旦樹脂失效,鍋爐結垢,將帶來較大經濟損失,因此企業迫切需要改進鍋爐原水的處理工藝。

　　針對此問題可添加超濾裝置,利用超濾膜為過濾介質,以壓力差為驅動力,溶劑水和小溶質粒子透過膜到達低壓側,大粒子組分被膜阻擋。超濾能夠有效地去除水中的懸浮物、膠體、有機大分子、細菌、微生物等雜質。但企業生產繁忙,且添加一套設備價值不菲。因此,從絮凝劑受溫度的影響和絮凝劑聯用等方面進行了研究,以期解決問題。

　　1 材料與方法

　　1.1 試驗材料

　　(1)鍋爐內垢樣采自停車檢修時鍋筒內壁。

　　(2)試驗用河水采自鸛河的取水口。主要水質狀況為： 濁度26 NTU,pH 7.5～8.5。

　　(3)無機絮凝劑：聚合氯化鋁(PAC,簡稱聚鋁),聚合硫酸鐵(PFS,簡稱聚鐵)。有機絮凝劑：聚丙烯酰胺(PAM,相對分子質量>300萬)。

　　(4)試驗儀器。WGZ-200 數顯濁度儀,上海滬粵明科學儀器有限公司;DBJ-623電動攪拌器,寧波海工集團公司。

　　1.2 試驗方法

　　(1)混凝劑的配制。聚鋁和聚鐵均用去離子水配成10 g/L溶液,有機絮凝劑聚丙烯酰胺配成0.1%溶液。

　　(2)采樣。取100 mL 河水水樣放入250 mL 燒杯中進行絮凝試驗,并觀察礬花形成過程。試驗結束靜沉20 min 后在距離液面1 cm 處取樣用于水質分析。

　　(3)水質分析。濁度采用WGZ-200數顯濁度儀進行測定。

　　2 結果與討論

　　2.1 絮凝劑單獨使用效果隨溫度的變化

　　考察溫度對聚鋁處理后水的余濁的影響,結果如圖 1所示。

 圖 1 溫度對聚鋁處理后水的余濁的影響

　　由圖 1可見,溫度對聚鋁的影響較大,隨著溫度的降低,聚鋁的絮凝效果快速下降。當水溫較低(5 ℃)時,濁度較高;水溫在20 ℃以上,絮凝效果較好。且聚鋁的投加量不是越多越好,投加量為2~4mg/L,余濁下降,投加量達到6 mg/L,余濁反而上升,一般在冬季投加3～4 mg/L即可。

　　聚鋁的絮凝經歷了水解、絮凝和沉淀的過程。水解反應是吸熱反應,當水溫過低時,水解困難。當水溫低于5 ℃時,鋁鹽的水解速度極慢,絮凝作用顯著降低,并且水中微粒的布朗運動減弱,不利于絮凝體的成長和微粒間碰撞、凝聚,其沉降性能變差。當溫度升高時,絮團比較緊密,易于沉降。水溫升高,使得水解容易,而且布朗運動增強,膠粒間碰撞機會增大,絮凝效果變好。一般說來,聚鋁的使用溫度為水溫20~30 ℃為宜〔1〕。

　　考察溫度對聚鐵處理后水的余濁的影響,結果如圖 2所示。

 圖 2 溫度對聚鐵處理后水的余濁的影響

　　由圖 2可見,聚鐵的適用溫度更廣,且聚鐵的絮凝效果比聚鋁稍好。聚鐵在水溶液中能提供大量的高凝聚力聚合鐵離子,其有顯著的吸附架橋和網捕作用,聚鐵比聚鋁絮凝能力強、效果好〔2〕。

　　考察溫度對聚丙烯酰胺處理后水的余濁的影響,結果如圖 3所示。

 圖 3 溫度對聚丙烯酰胺處理后水的余濁的影響

　　由圖 3可見,聚丙烯酰胺受溫度影響最小,且在較小的投加量下取得較好的效果。這是由于聚丙烯酰胺相對分子質量大,本身具有較大枝杈結構,且有很強的極性,因而有強吸附架橋作用,使原水中微小的膠粒得以迅速凝聚,因而受溫度影響小。

　　單獨使用聚鋁在低溫時絮凝效果不好,在冬季絮凝沉淀不徹底,部分膠體會通過鍋爐水處理系統進入鍋筒內,長時間富集后造成爐水混濁。

　　2.2 絮凝劑聯用效果隨溫度的變化

　　2.2.1 聚鋁與聚鐵協同作用

　　按聚鋁和聚鐵質量比1∶1投加到水中,總質量濃度為4 mg/L,考察溫度對處理后水的余濁的影響,結果如圖 4所示。

 圖 4 溫度對聚鋁和聚鐵聯用處理后水的余濁的影響

　　由圖 4可見,聚鋁和聚鐵混合使用比單獨使用效果要好,且受溫度影響較小。聚鐵和聚鋁作為無機高分子絮凝劑,各有特點：聚鐵生成的絮體密實,沉降速度快,強度好,但礬花小;而聚鋁生成礬花大,但生成絮團較慢,礬花輕,疏松,沉降慢〔3, 4〕。聯合投加聚鋁和聚鐵,可獲得對單一混凝劑取長補短的效果：聚鐵在水中生成細而重的礬花;聚鋁以其為核心,會生長成粗大的礬花,所以絮凝效果好〔5〕。

　　2.2.2 聚鋁與聚丙烯酰胺協同作用

　　按聚鋁和聚丙烯酰胺質量比3∶1投加到水中,總質量濃度為4 mg/L,考察溫度對處理后水的余濁的影響,結果如圖 5所示。

 圖 5 溫度對聚鋁和聚丙烯酰胺聯合處理后水的余濁的影響

　　由圖 5可見,加入聚鋁的同時投加聚丙烯酰胺來加強絮凝效果,其作用是聚丙烯酰胺的吸附架橋改善聚鋁的絮體結構,使得聚鋁細小而松散的絮體變得粗大而密實,架橋成為更大的絮凝體,增強了電中和和吸附架橋的作用〔6〕。

　　2.3 絮凝劑聯用工藝的工業應用效果

　　在2013年冬季,綜合考慮絮凝效果和原料成本,宛西制藥動力車間采用聚鋁和聚鐵聯用工藝(質量比1∶1,總質量濃度為4 mg/L)來絮凝沉淀低溫原水,其他工藝設備不變,爐水采樣不再混濁,停車檢修打開人孔檢查沒有污垢殘留。這種方法無需添加超濾設備,避免了昂貴的投資和停工安裝設備所帶來的其他損失,以較低的成本提高原有絮凝沉淀設備的效果,經濟效益好。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

　　3 結論

　　溫度對絮凝劑的絮凝效果影響大小順序：聚鋁>聚鐵>聚丙烯酰胺,聚鋁和聚鐵、聚鋁和聚丙烯酰胺聯用受溫度影響較小,絮凝效果比單獨使用效果好。在冬季采用聚鋁和聚鐵聯用工藝處理鍋爐低溫原水,爐水不再混濁。這種方法無需添加超濾設備,以較低的成本提高原有混凝沉淀設備的絮凝效果。