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(jìn)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(zhì)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(zhì)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(xì)微顆粒在水中形成的穩(wěn)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(jīng)陽離子交換、除氧處理作為鍋爐給水,該工藝成熟,技術(shù)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(jīng)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(jīng)排污可將其沖走。經(jīng)分析,爐水雖混濁但硬度仍為零,堿度符合標(biāo)準(zhǔn),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(tǒng)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(jié)垢,將帶來較大經(jīng)濟(jì)損失,因此企業(yè)迫切需要改進(jìn)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(zhì),以壓力差為驅(qū)動力,溶劑水和小溶質(zhì)粒子透過膜到達(dá)低壓側(cè),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(jī)大分子、細(xì)菌、微生物等雜質(zhì)。但企業(yè)生產(chǎn)繁忙,且添加一套設(shè)備價值不菲。因此,從絮凝劑受溫度的影響和絮凝劑聯(lián)用等方面進(jìn)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(nèi)垢樣采自停車檢修時鍋筒內(nèi)壁。

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

　　(3)無機(jī)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(jī)絮凝劑：聚丙烯酰胺(PAM,相對分子質(zhì)量>300萬)。

　　(4)試驗儀器。WGZ-200 數(shù)顯濁度儀,上海滬粵明科學(xué)儀器有限公司;DBJ-623電動攪拌器,寧波海工集團(tuán)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(jī)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(jìn)行絮凝試驗,并觀察礬花形成過程。試驗結(jié)束靜沉20 min 后在距離液面1 cm 處取樣用于水質(zhì)分析。

　　(3)水質(zhì)分析。濁度采用WGZ-200數(shù)顯濁度儀進(jìn)行測定。

　　2 結(jié)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(jié)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(dāng)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(dá)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(jīng)歷了水解、絮凝和沉淀的過程。水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng),當(dāng)水溫過低時,水解困難。當(dāng)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(dāng)溫度升高時,絮團(tuán)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(jī)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(jié)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(wǎng)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(jié)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(zhì)量大,本身具有較大枝杈結(jié)構(gòu),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(tǒng)進(jìn)入鍋筒內(nèi),長時間富集后造成爐水混濁。

　　2.2 絮凝劑聯(lián)用效果隨溫度的變化

　　2.2.1 聚鋁與聚鐵協(xié)同作用

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

 圖 4 溫度對聚鋁和聚鐵聯(lián)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(jī)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(tuán)較慢,礬花輕,疏松,沉降慢〔3, 4〕。聯(lián)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(xì)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(xié)同作用

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

 圖 5 溫度對聚鋁和聚丙烯酰胺聯(lián)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(jié)構(gòu),使得聚鋁細(xì)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(lián)用工藝的工業(yè)應(yīng)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(lián)用工藝(質(zhì)量比1∶1,總質(zhì)量濃度為4 mg/L)來絮凝沉淀低溫原水,其他工藝設(shè)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(shè)備,避免了昂貴的投資和停工安裝設(shè)備所帶來的其他損失,以較低的成本提高原有絮凝沉淀設(shè)備的效果,經(jīng)濟(jì)效益好。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　3 結(jié)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(lián)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(lián)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(shè)備,以較低的成本提高原有混凝沉淀設(shè)備的絮凝效果。