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借助现代混凝——絮凝理论，阐述了聚合铝混凝机理，并通过工业对比试验，从理论和实 践上证明了在电厂水净化处理工艺中，聚合铝比硫酸铝具有更大的优越性。 . P; y$ ?( o# _$ O& M5 P
关键词
8 a y9 j- l! }4 V/ a" b3 X! g# ]& F( K Q4 p5 K1 ?' {: t
聚合铝 混凝机理 水净化工艺
9 j5 J n; ^1 ]- X+ M( A ], o( k1 V# ]$ t* q2 a
1 前言
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水的预处理包托混凝、澄清、过滤。混凝处理是火力发电厂水净化工艺中关键的第一道 工序，混凝效果的好坏，直接影响水预处理的质量，并在一定程度上决定和影响后续除盐过 程。/ x! e& e/ B5 O, I# |2 z2 h
/ p5 o! T+ p2 |) e1 E5 B. z 混凝处理需要选择聚合氯化铝，传统的聚合氯化铝主要是硫酸铝。由于其投放水中，水解生成形态受水质环境等条件制约，不能形成最有效的絮凝体和发挥其最高效能。随着现代工业的发展，以聚合铝为代表的高分子聚合氯化铝已在斜管填料领域中得到了广泛的应用。由于它是人工预制的最 佳混凝控制形态，投放水中即可发挥电中和及架桥絮凝作用，所以它与硫酸铝相比具有更大 的优越性和广泛的应用价值，本文通过工业试验，对聚合铝与硫酸铝混凝效果进行了对比。 2 [7 H1 t$ s& Q/ ~
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2 聚合铝和硫酸铝混凝机理
( B* n( I1 |& t) Z. j4 M; H- Q1 N, v
据有关资料介绍：A1(Ⅲ)聚合物的形态可分三类：(1)A1a：包括单体及初聚物(A11 -3)；(2)A1b包括低聚物(如A16-8)和中聚物(A113)；(3)A1c包括高聚物(A1＞13)和溶胶态nA1(OH)3。, E }0 \0 T$ o* N! s5 C% w5 o
0 {) k8 f7 A- w 传统的聚合氯化铝硫酸铝在浓溶液中化合态主要是A1a，即单体和初聚物。投入水中后，由于稀 释及PH值升高，迅速发生水解，向生成初聚体方向发展，最终生成沉淀物［nA1(OH)3］， 生成的沉淀物带正电荷，吸附水中带负电荷的胶体及杂质。在此期间，聚合氯化铝 生成物主要 发挥电中和及粘结架桥或卷扫作用去除水中杂质，在整个凝聚过程中，硫酸铝首先发生水解 反应，然后是吸过程，其混凝效果受环境条件、水质、水温、PH、颗粒物浓度及水流扰 动状况等因素影响。而预制的聚合铝中有效成份大多是A113，即［A112A1O4 (OH)24］7+，它是最佳凝聚——絮凝成份，它们对水解有较高稳定性，在投入 水中后相当时间内和不同PH环境中，可以保持其形态不变。由于其是高聚合度，其分子量和 整体电荷值较高，投入水中优先结合到颗粒物上，表现出很强的吸附力。即聚合铝投入水中 ，不经过水解，直接生成聚合物，吸附在颗粒物表面，由此进行电中和及粘结架桥的凝聚— —絮凝作用。
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' @( \" G+ Y- G- ` n& G* d3 斜管填料现状及存在问题
% H# a9 |- `# t8 Y! @- ?4 t9 i, e
一电厂化学预处理系统共有四台机械搅拌澄清池，单台出力为600吨/小时。水采用江水，预处理生产工艺流程为：混凝——澄清——过滤。原设计聚合氯化铝采用硫酸铝，经过多年应用发现，硫酸铝在处理低温低浊水时，效果不理想，出水浊度易超标，且时有胶体硅穿透现象，(常常造成炉水硅上升，必须通过锅炉大量换水才能使之恢复正常，造成较大汽水损失，给电厂机组安全、经济、稳定运行带来危害)。在汛期，由于江水浊度聚增，硫酸铝 剂量随之增加，澄清池出水PH大幅度降低(有时甚至达5.40以下)对清水系统造成较严重的腐 蚀。尤其是96年以来，我厂对家属宅区供应自来水后，对处理后水质的PH要求更加严格，鉴 于上述种种原因，我们决定更换聚合氯化铝，用聚合铝代替硫酸铝，以彻底解决上述问题。
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4 聚合铝与硫酸铝混凝效果对比小型试验
4 b' L# I: Z0 v6 z7 F w& d2 v' |0 f* H" Y: _) O
我们选用本厂生产的聚合铝与外进硫酸铝进行试验，通过试验室小型试验，确定最佳剂量与 除浊效果，为工业试验提供指导数据。
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8 j5 g, C X9 V# i/ g! v) M7 y- D# w4.1 试验方法( ~: L' r8 \8 K9 E6 i
) F( T' i9 O5 Y 聚合铝和硫酸铝各配成5%的稀溶液，分别按一定剂量加入1000毫升试验水样中，立即按规 定 时间和转速搅拌，(本试验采用磁力搅拌)然后静止一段时间，取上层清液测定其残余浊度。
/ K$ Q/ r+ f \8 R! c+ B& S5 S1 w M6 E9 v/ }
4.3 结论: u8 E {6 P4 O! \) m3 `
3 ^" U+ u* Z/ o; z( ~' S/ u. |2 T7 d (1)实验室聚合铝的最佳剂量为4-5mgAL2O3/L，此时出水浊度为2.0mg /L。而硫酸铝最佳剂量为5-6mgAL2O3/L，且随着投药量的增加(增至7mgAL2O3/L以 上)出水水质开始恶化，即发生理论上所说的胶体再稳定现象，失去了凝聚能力。
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: z, f/ Q6 a q8 a4 E (2)从混凝效果看，同等投药量和试验条件下，聚合铝比硫酸铝形成矾花速度快，颗粒大， 沉降时间短，混凝效果好。
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5 聚合铝和硫酸铝混凝效果工业对比试验 - S) m1 z% [ z7 X. S w5 r# N N
9 J; @8 D d9 R* ~0 d8 ?2 K
5.1 最佳剂量的确定及出水水质$ e. Q& L6 S; i& ?4 G
1 V! q8 z4 b! T0 L; C8 ~# y 5.1.1 设备控制参数! ?! y5 l9 d' o1 p& J7 E, A
4 B) ]* {, V' l6 a$ E+ N' u
本次工业试验我们选择两台澄清池分别加硫酸铝和聚合铝进行不同加药量的对比试验。设备参数控制相同：搅拌机转数3.5转/分，二反五分钟沉降比5-10%。两池负荷控制在500吨 /小时,组合填料。
1 f5 ]7 h0 J6 s, N/ N2 c! g6 v" u; t: D8 L& Y4 |! l" B0 P( q& }* _
5.1.2 试验结果: Q) f( `0 L5 S9 m. m
, Q. Q- v2 m. C& ^% q$ L) m试验结果见表1。: J+ s0 |6 Q1 f
6 C) B9 r! u( M( ^* p 5.1.3 结论$ E6 G0 o" ~* p% B* }
7 [: v E8 x, t& d$ ]6 H* n; z$ J* { 聚合铝现场控制最佳剂量为4.0mgAL2O3/L，此时出水平均浊度为3.0 mg/L，去除率80.8%；化学耗氧量平均为2.61mg/L，去除率55.5%；PH平均值为7.04，PH下降 幅度0.06；酸度增加0.11mmol/L。
6 A( J8 S! M4 L0 p0 n2 s8 g$ {7 O
+ _8 C4 x2 ]4 O9 Z 表1 聚合铝和硫酸铝混凝效果工业试验结果 6 D2 e4 {: f2 ?4 b
4 `0 `& ]* _* c% Y( [
3 i! J/ i: N+ X; h时间项目 剂量mg/L 江 水
- s9 e Y- Q6 R; I9 L9 R4 Y 4号澄清池加聚合铝$ \ f9 P$ x# o& c9 `
3号澄清池加硫酸 铝* `; w ^, j' g0 a
7 b+ Q0 V" F6 K+ u) `9 ^1 P6 I' kZD PH COD SD ZD PH COD SD ZD PH COD SD
3 o" h, ]$ C! `# V+ V3 I1 3.0 15.8 7.13 5.34 0.64 6.8 7.10 3.4 0.71 9.2 7.09 5.12 1.04 ; `* i! C/ L( h6 N( B2 s, Y6 {
2 3.5 / / / / 6.0 7.10 3.18 / 7.9 7.00 4.47 / " [+ U3 H/ N2 m- y) {
3 3.5 / / / / 6.4 7.09 3.90 / 7.2 6.98 / / " X1 H+ x$ ~1 n c+ x3 t* H
4 3.5 / / / / 5.2 7.10 3.20 / 6.7 6.95 4.40 / * y4 i: @/ Y5 M: y
5 4.0 15.2 7.10 6.02 0.64 3.8 7.03 3.0 0.78 6.0 6.80 4.28 1.08
6 Y+ D6 G+ F* e% y6 4.0 / / / / 3.0 7.04 2.90 / 6.2 6.80 3.24 /
. x0 K+ D# `* ^4 A% _4 u z7 4.0 15.8 7.12 6.20 / 2.1 7.04 2.87 / 6.5 6.83 3.50 /
& ?$ i6 U8 w9 g) y/ ?6 n8 4.5 / / / / 1.8 7.02 2.74 0.81 5.1 6.72 / 1.11 : I( y* t* n8 }
9 4.5 / / / / 1.5 7.00 2.90 / 5.9 6.70 3.16 /
0 B0 I0 |- h$ F% E, n3 j% @0 g- I10 5.0 15.3 7.10 5.89 0.66 1.5 6.95 2.42 / 4. 6 6.65 3.10 / 3 U9 F8 r% W; Q/ _! N
11 5.0 / / / / 1.4 7.00 3.17 / 4.8 6.63 / /
8 g9 x9 v- U* Y- o12 5.5 16.1 7.09 5.90 0.68 1.7 6.92 1.98 0.84 4.2 6.60 2.90 1.12 9 z3 L, _0 |" o- U- g5 J
13 5.5 / / / / 1.6 6.94 1.19 / 3.8 / / /
& q7 E2 ?6 _- @5 v* D14 6.0 16.0 /
% V( i( e. }* `8 B8 A- r { 6.12 / 2.0 6.91 2.00 / 2.3 6.60 / / v* m3 u- ~1 v) h
5 F% |+ {3 S k6 G) {. N( u" p1 b* g
硫酸铝最佳剂量为5.5mgAL2O3/L，此时出水平均浊度为4.01mg/L，去除率72.2%； 化学耗氧量平均为3.40mg/L，去除率41.7%；PH下降幅度0.40；酸度增加0.44mmol/L。
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# I; k8 h! T' X5.2 低温低浊斜管填料效果对比试验
) f& E% Z3 C0 E) U. A. H
* h6 f, o8 f( f 5.2.1 试验条件6 R2 T, z1 g4 S% q+ f5 D
3 @5 @: ~2 v$ ^; _# b; Z/ B* k
江水温度5—7℃，浊度8—10mg/L，澄清池负荷为500吨/小时。
6 r n7 M2 `* h
% S8 q8 G3 @6 E' e* ?5 m 5.2.3 结论
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1 g% x8 [' {: S! t3 p, z4 W: O对于低温低浊水，聚合铝混凝效果比硫酸铝好，处理后水中残余浊度较低 。
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0 {, Z: Q7 ~1 {2 A; K6 }0 a' k5 ~6 经济成本计算
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6 M, g: A) ~. ?( {/ ^2 E4 C 6.1 聚合氯化铝药品消耗
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聚合铝：AL2O3含量为10%。价格1000元/吨，若剂量按4.0mgAL2O3/L计算，则水处 理成本：4.0÷10%×100000=4.0分/吨: @; n8 A% H/ W+ Q6 A+ s
1 ~0 W# O8 \' w/ M硫酸铝：AL2O3含量为15%。价格700元/吨，若剂量按5.5mgAL2O3/L计算，则斜管填料 成本：5.5÷15%×7000=2.6分/吨
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4 C/ W& o) [7 x7 Q) @' a9 [使用聚合铝比硫酸铝多增加药品费用为1.4分/吨。4 A; p! w$ W! g+ H0 b8 o7 x
. g& f$ | A. \1 X i- M 6.2 热网补水加碱费用计算6 @; q8 E+ Y$ U8 M2 f# ]
6 V0 A7 m) p( u& G因硫酸铝处理后水的PH下降较大，需加碱处理，为此我们做了如下试验：
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6 q0 t* T& k7 B" @0 ^& \2 L2 e取生水2000ml，加入硫酸铝剂为5.5mgAL2O3/L，以0.1mol/LNaOH标液滴定，测定溶液 PH：(见表2)
( X$ F# N1 w0 d; p+ D- |
- w s4 m( E2 D1 C4 }. `- n( l4 s 表2 测定溶液PH值 % o! e( J9 N7 n+ M9 s
8 r9 V+ Z& s P2 TNaOH(ml) 0
- \. C7 Q5 y+ x" @3 T0 O 1
- E6 C( p6 B; F, Y2 {- e0 ^ 2
2 P, R3 C( |8 z) S. z+ t' | 3
* u% K! n9 s1 z0 O 4
( @/ g+ S7 w: n/ \* S ( E/ y$ y8 ?' u3 }3 u
溶液PH 6.58, U$ r1 d1 e- [, u B* l
6.69
4 ?- f/ w) G4 c; C/ l 6.84
0 {) Y+ i3 C8 G1 Q5 [) c6 e, \ 6.98+ }: n \- y4 _. m6 d7 j
7.15
. B$ g8 A: F3 q" v% Y
, r' i& {# E) v% k4 v9 a% a" X: M- V& s! c
" r F2 `+ a' o8 ~: ^' d
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经计算每吨热网补水需加碱8克，碱纯度按40%计，碱价700元/吨，则处理1吨水加碱 费用为8÷40%×10-6×70000=1.4分/吨水。6 \, H) Q3 v. t. s- } e! Y
/ ^8 Y, Z8 X/ v' b$ s+ Y x4 N6.3 斜管填料设备碱耗的增加
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加入聚合氯化铝，使处理后水的离子含量增加，酸度增大，增加了阴床负担，造成碱耗上升 。 用硫酸铝比聚合铝总阴离子量增加1.12-0.81=0.31mmol/L，增加碱的费用为0.31×40÷40% ×70000×10-6=2.17分/吨。' n9 e$ X5 g4 ?. r7 q M' R
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经以上综合计算：用聚合铝处理水，可节约成本为2.17+1.4-1.4=2.17分/吨，若日制 水量按48000吨计算，则每年可节约费用38万元。
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2 W# u* p5 p! y5 F" h7 结论
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w6 Q4 I% G/ L @+ L3 i8 ` 7.1 通过对比，聚合铝混凝效果优于硫酸铝，它具有混凝速度快、出水水质好、适用水质 变化范围广等特点。对于低温低浊水，聚合铝仍具有较好的混凝效果。% m$ q; V& v& l# X# @8 m, y
9 N" R/ q4 K, g7 d; ~2 p% R7 T& w# r/ E( r
7.2 用聚合铝处理水，由于其有效成分含量高，故用药量少，仅为硫酸铝用量的1/2— —1/3。" q% ~& T6 O4 e5 ]% O1 N3 n
2 ?8 y& |5 c3 F- r6 H# d: ] 7.3 聚合铝处理后，出水PH下降幅度较小，减轻了对清水管路的腐蚀。产品本身无毒， 做为生活水符合国家饮用水标准，其间接经济效益显著。 |
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狗仔卡
发表于 2009-11-10 04:35
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