氯化钙除磷 废水处理药剂相关知识总结
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北极星水处理网络：废水处理剂的类型
为了使废水达到排放标准或处理后再利用，处理过程中需要使用多种化学药剂，根据用途不同，这些药剂可分为以下几类：
1.絮凝剂
絮凝剂：有时也称为混凝剂，可作为增强固液分离的手段，用于初次沉淀池、二次沉淀池、浮选池和三级处理或深度处理工艺。
01 絮凝剂的作用
絮凝剂在污水处理领域作为强化固液分离的手段，可用于强化污水的初次沉淀、气浮处理和活性污泥法后的二次沉淀，也可用于污水的三级处理或深度处理，在用于脱水前的剩余污泥调理时，絮凝剂和混凝剂成为污泥调理剂或脱水剂。
使用传统絮凝剂时，可通过添加助凝剂来增强絮凝效果。例如，使用活性二氧化硅作为硫酸亚铁、硫酸铝等无机絮凝剂的助凝剂，依次添加，即可达到良好的絮凝效果。因此，通俗地说，无机高分子絮凝剂IPF其实就是将助凝剂与絮凝剂组合，然后一起添加而制备的，以简化用户操作。
混凝处理通常置于固液分离设施之前，与分离设施配合使用，可有效去除原水中粒径为1nm～100μm的悬浮物和胶体物质，降低出水浊度和CODCr，可用于污水处理工艺的预处理和深度处理，也可用于剩余污泥的处理。混凝处理还能有效去除水中的微生物和病原体，可去除污水中的乳化油、色度、重金属离子等污染物。用混凝沉淀处理污水中含磷时，去除率可高达90-95%，是最廉价、最高效的除磷方法。
02 絮凝剂的作用机理
水中的胶体粒子微小，表面水合带电，性质稳定，当水中加入絮凝剂后，絮凝剂水解为带电胶体，并与周围的离子形成双层结构。
采用投加后快速搅拌，促使水中胶体杂质颗粒与絮凝剂水解产生的絮凝剂发生碰撞的机会和时间，水中的杂质颗粒在絮凝剂作用下首先失去稳定性，然后凝聚成较大的颗粒，然后在分离设施中沉降或上浮。
搅拌产生的速度梯度G与搅拌时间T的乘积GT可以间接表示整个反应时间内颗粒碰撞的总次数，通过改变GT值可以控制混凝反应效果，一般将GT值控制在104~105之间。考虑到杂质颗粒浓度对碰撞的影响，可以采用GTC值作为表征混凝效果的控制参数，其中C表示污水中杂质颗粒的质量浓度，GTC值建议在100左右。
使絮凝剂迅速扩散到水中，并与全部废水混合均匀的过程叫混合。水中的杂质颗粒与絮凝剂发生反应，通过双电层的压缩、电中和而失去或降低稳定性，生成微絮体的过程叫混凝。混凝生成的微絮体在架桥物质和水流的搅拌下，通过吸附架桥、泥沙捕获等机理，不断长大成为大絮体的过程叫絮凝。混合、混凝和絮凝统称为混凝。混合过程一般在混合槽中完成，混凝和絮凝在反应槽中进行。
03 絮凝剂的种类
絮凝剂是能降低或消除水中分散粒子的沉降稳定性和聚集稳定性，使分散粒子凝聚絮凝成聚集体而被去除的物质。絮凝剂按其化学组成可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂三类。
无机絮凝剂包括铝盐、铁盐及其聚合物。
有机絮凝剂按聚合单体带电基团的电荷性质可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性型和其他类型；按其来源可分为人工合成和天然高分子絮凝剂两大类。
在实际应用中，常将无机絮凝剂与有机絮凝剂根据性质不同进行复配，制成无机-有机复合絮凝剂。微生物絮凝剂是现代生物学与水处理技术相结合的产物，是当前絮凝剂研究、开发和应用的一个重要方向。
04 无机絮凝剂的种类
传统使用的无机絮凝剂有低分子量的铝盐和铁盐，其中铝盐主要有硫酸铝（Al2(SO4)3∙18H2O）、明矾（Al2(SO4)3∙K2SO4∙24H2O）、铝酸钠（）；铁盐主要有氯化铁（FeCl3∙6H20）、硫酸亚铁（FeSO4∙6H20）、硫酸铁（Fe2(SO4)3∙2H20）。
一般来说，无机絮凝剂具有原料易得、制备简单、价格便宜、处理效果适中等特点，因此在水处理中得到广泛的应用。
05 絮凝剂硫酸铝的特点
自19世纪末美国首次将硫酸铝用于水处理并取得专利以来，硫酸铝以其优异的混凝沉降性能而得到广泛的应用。硫酸铝是目前世界上应用最广泛的絮凝剂。全世界硫酸铝年产量约500万吨，其中近一半用于水处理领域。
市场上销售的硫酸铝有固体和液体两种形态，固体形态根据不溶物含量分为精制和粗制两种。明矾是我国饮用水净化常用的固体产品，是硫酸铝和硫酸钾的复盐，但在工业用水和废水处理中应用并不广泛。
硫酸铝的pH值范围与原水硬度有关，处理软水时适宜的pH值为5-6.6，处理中硬水时适宜的pH值为6.6-7.2，处理高硬水时适宜的pH值为7.2-7.8。硫酸铝适用的水温范围为20℃-40℃，低于10℃时混凝效果很差。硫酸铝腐蚀性较小，使用方便，但水解反应较慢，需一定的碱量。
06 絮凝剂氯化铁的特点
三氯化铁是另一种常用的无机低分子混凝剂，产品为固体深棕色晶体或浓度较高的液体，易溶于水，矾花大而重，沉淀性能好，对温度、水质、pH的适应范围较广。
三氯化铁适用pH范围为9-11，形成的絮凝物致密，易沉淀，在低温或高浊度下效果依然良好。固体三氯化铁吸水性强，腐蚀性强，易腐蚀设备，对溶解、加药设备防腐要求高，有刺激性气味，操作条件较差。
三氯化铁的作用机理是利用三价铁离子逐步水解生成的各种羟基铁离子，达到絮凝水中杂质颗粒的目的。羟基铁离子的生成需要利用水中大量的羟基。因此，使用过程中会消耗大量的碱。当原水碱度不够时，需要补充石灰或其他碱源。
硫酸亚铁俗称绿矾，形成絮凝体迅速稳定，沉降时间短，适用于高碱度、高浊度的工况，但颜色不易去除，腐蚀性强。
07 无机高分子絮凝剂
无机高分子絮凝剂（IPF）是20世纪60年代发展起来的一类新型絮凝剂，目前，IPF的生产和应用在世界各地取得了迅速的发展。
铝、铁、硅等无机高分子絮凝剂实际上是它们从水解、溶胶到沉淀过程的中间产物，即Al(III)、Fe(III)和Si(IV)的羟基含氧聚合物。铝和铁是带正电的阳离子，硅是带负电的阴离子，它们在水溶状态下的单位分子量约为几百到几千，相互结合形成具有分形结构的聚集体。
它们的混凝-絮凝过程是水中颗粒电中和与黏附架桥两种作用的综合体现。水中悬浮颗粒的粒径在纳米至微米级，且大多带负电。因此，絮凝剂的正负电荷、电强度、分子量、聚集体的粒径及其形态是决定其絮凝效果的主要因素。目前，无机高分子絮凝剂已有几十种类型（主要品种见表8-1），产量已达絮凝剂总产量的30%～60%。其中，聚合氯化铝应用最为广泛。
08 无机高分子絮凝剂的特点
Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Si(Ⅳ)的羟基和氧的聚合物在一定条件下会进一步结合成聚集体并残留在水溶液中，其粒径大致在纳米范围，从而能发挥混凝絮凝作用，达到少用量、高效的效果。
如果比较它们的反应聚合速度，Al→Fe→Si的趋势较强，且从羟基桥连到氧桥连的趋势也是按此顺序排列。因此，铝聚合物反应较慢，形态较稳定；铁水解聚合物反应较快，易失去稳定性而析出；硅聚合物容易形成溶胶和凝胶颗粒。
IPF的优势体现在性能上比硫酸铝、氯化铁等传统絮凝剂更优越，价格上比有机高分子絮凝剂（OPF）更低廉，现已成功应用于给水、工业废水、城镇污水的预处理、中处理、深度处理等各个处理工艺，逐渐成为主流絮凝剂。但从形态、聚合度以及相应的混凝絮凝效果来看，无机高分子絮凝剂还介于传统金属盐絮凝剂和有机高分子絮凝剂之间。
其分子量、粒径、絮凝架桥能力与有机絮凝剂相比还是差很多，而且还存在进一步水解反应不稳定的问题，IPF的这些弱点促进了各种复合无机高分子絮凝剂的研究和开发。
09 PAC的特点
聚合氯化铝（PAC）又称碱式氯化铝，化学式为Aln(OH)mCl3n-m。PAC是一种多价电解质，能显著降低水中粘土杂质（多带负电）的胶体电荷。由于其相对分子质量大，吸附能力强，形成的絮凝体较大，絮凝沉淀性能优于其他絮凝剂。
PAC的聚合度较高，投加后快速搅拌，可大大缩短絮凝体的形成时间。PAC受水温影响较小，在低水温下也能发挥良好的作用。对水的pH值影响较小，适用pH范围较广（可在pH=5~9范围内使用），因此不需要加碱剂。PAC投加量少，产生的污泥量也少，使用、管理、操作方便，对设备、管道等腐蚀性较小。因此，PAC在水处理领域有逐步取代硫酸铝的趋势，但其缺点是价格较贵。
另外，从溶液化学角度看，PAC是铝盐水解-聚合-沉淀反应过程的动力学中间产物，热力学不稳定。一般液态PAC产品应在六个月内使用完。添加某些无机盐（如CaCl2、MnCl2等）或聚合物（如聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等）可提高PAC的稳定性，增加其粘结能力。
从生产工艺角度看，通过在聚合氯化铝生产过程中引入一种或几种不同的阴离子(如SO42-、PO43-等)，利用聚合效应可以在一定程度上改变聚合物的结构和形态分布，从而提高聚合氯化铝的稳定性和功效;如果在聚合氯化铝生产过程中引入其他阳离子组分，如Fe3+，可以实现Al3+和Fe3+交替水解聚合，生成复合絮凝剂聚合铝铁。
氧化铝含量是衡量聚合氯化铝有效成分的指标，一般来说，絮凝剂产品的密度越大，氧化铝含量越高。一般来说，聚合氯化铝的碱度越高，其吸附架桥能力越好，但由于它与[Al(OH)3]n接近，容易沉淀，因此其稳定性也较差。
10 PAC 碱度
由于聚合氯化铝可以看作是AlCl3逐渐水解转化为Al(OH)3过程中的中间产物，即Cl-逐渐被羟基OH-取代的各种产物，所以一定形态的聚合氯化铝中的羟基化程度就是碱度，是聚合氯化铝中羟基当量与铝当量的比值。
实践表明，碱度是聚合氯化铝最重要的指标之一，聚合氯化铝的聚合度、带电量、混凝效果、成品pH值、使用过程中的稀释倍数、贮存稳定性等都与碱度密切相关，常用的聚合氯化铝碱度多为50%～80%。
11复合絮凝剂的特点及注意事项
复合絮凝剂组份多样，其主要原料为铝盐、铁盐和硅酸盐，在制造工艺上，可以分别进行预羟基化聚合后混合，也可以先混合后羟基化聚合，但最终必须形成聚合度较高的羟基化无机聚合物才能达到优异的絮凝效果。
复合剂中各组分对整体结构和混凝絮凝过程均起着一定的作用，但在不同的方面可能具有积极或消极的作用。
IPF产品通常需要综合考虑稳定性、电荷中和能力和吸附架桥能力三个因素。聚合铝、聚合铁絮凝剂的弱点是分子量和粒径不够高，对聚集体的黏附和架桥能力不够强，因此需要添加粒径较大的硅聚合物来增强絮凝性能。但添加阴离子硅聚合物后，整体电荷会降低，从而削弱电荷中和能力。
因此，即使目前的复合絮凝剂制造品质优良，其效果也只能比聚合铝提高10-30%。作为使用IPF的废水处理技术人员，了解不同类型复合絮凝剂的特性、适应性、优缺点也同样重要。在选择最合适的絮凝剂和投加工艺操作程序时，只有根据废水水质特点进行认真的分析判断，才能获得最佳的处理效果。
12 合成有机高分子絮凝剂
人工合成的有机高分子絮凝剂多为聚丙烯、聚乙烯类物质，如聚丙烯酰胺、聚乙烯亚胺等。这类絮凝剂都是水溶性线型高分子物质，每个大分子由许多含有带电基团的重复单元组成，因此又称为聚电解质。含有正电基团的为阳离子聚电解质，含有负电基团的为阴离子聚电解质，同时含有正、负电基团的称为非离子聚电解质。
最常用的高分子絮凝剂为阴离子型，仅对水中带负电荷的胶体杂质起混凝作用，往往不单独使用，而是与铝盐、铁盐等配合使用；阳离子型絮凝剂既能起混凝作用，又能起絮凝作用，单独使用，因此发展较快。
目前，我国应用最广泛的高分子絮凝剂是聚丙烯酰胺，常与铁、铝盐等配合使用，利用铁、铝盐对胶体粒子电性的中和作用和高分子絮凝剂优良的絮凝作用，可取得满意的处理效果。聚丙烯酰胺具有用量少、混凝速度快、絮凝体大而强的特点，目前我国生产的合成有机高分子絮凝剂80%均为此类。
13 聚丙烯酰胺絮凝剂
聚丙烯酰胺（PAM）是应用最广泛的合成有机高分子絮凝剂，有时也用作助凝剂。生产聚丙烯酰胺的原料是聚丙烯腈{CH2-CHCN}n，在一定条件下，丙烯腈水解生成丙烯酰胺，再经悬浮聚合制得丙烯酰胺。聚丙烯酰胺是一种水溶性树脂，产品有颗粒状固体和一定浓度的粘稠水溶液两种形态。
聚丙烯酰胺在水中的实际存在形式为无规线团，由于无规线团具有一定的粒径，且其表面含有一些酰胺基团，能起到相应的架桥和吸附能力，即具有一定的絮凝能力。
但由于聚丙烯酰胺长链卷曲成线团，架桥范围较小，两个酰胺基团形成后，作用相互抵消，失去两个吸附位点，另外部分酰胺基团隐藏在线团结构内部，无法与水中的杂质颗粒接触吸附，其吸附能力不能充分发挥。
为了使结合的酰胺基团分离，使表面隐藏的酰胺基团暴露出来，人们试图适当延长无规卷曲，甚至尝试在长分子链上添加一些带有阳离子或阴离子的基团，从而提高吸附架桥能力和电中和、压缩双电层的作用。这样在PAM基础上衍生出一系列性能各异的聚丙烯酰胺絮凝剂或混凝剂。
例如，在聚丙烯酰胺溶液中加入碱，部分链段上的酰胺基团转化为羧酸钠，羧酸钠在水中易解离为钠离子，而侧链上只剩下COO-基团，这样就生成了部分水解的阴离子聚丙烯酰胺。
阴离子聚丙烯酰胺分子结构上的COO-基团使分子链带负电荷，相互排斥，将原来结合在一起的酰胺基团拉开，使分子链由线团逐渐拉长为长链，从而扩大了架桥范围，提高了絮凝能力，其作为助凝剂的优势更加突出。
阴离子聚丙烯酰胺的效果与其“水解度”有关，过低的“水解度”会导致混凝或助絮凝效果不好，“水解度”过高则会增加生产成本。
14 阴离子聚丙烯酰胺
阴离子聚丙烯酰胺的“水解度”就是水解过程中PAM分子中酰胺基转化为羧基的百分比，但由于羧基的数量难以测定，实际应用中多采用“水解比”，即水解时所用氢氧化钠的量与所用PAM的量的重量比。
水解比例过大，加碱成本高，水解比例过小，反应不充分，阴离子聚丙烯酰胺的混凝或絮凝效果差。一般水解比例控制在20%左右，水解时间控制在2～4小时。
15 影响絮凝剂使用的因素
（1）水的pH值
水的pH值对无机絮凝剂的效果影响很大，pH值与絮凝剂的种类、投加量及混凝沉淀效果有关，水中的H+和OH-参与絮凝剂的水解反应，因此pH值很大程度上影响着絮凝剂的水解速度、水解产物的存在形式及性能。
以铝盐为例，它通过生成带电的Al(OH)3胶体实现混凝，当pH值为
水的碱度对pH值有缓冲作用，碱度不足时需投加石灰等药剂进行补充，水的pH值较高时需投加酸调节至中性，而高分子絮凝剂受pH值影响较小。
（2）水温
水温影响絮凝剂的水解速度和矾花絮体形成的速度和结构，混凝水解多为吸热反应，水温较低时水解速度慢且不完全。
在低温条件下，水的粘度较大，布朗运动减弱，絮凝剂胶体粒子与水中杂质粒子之间的碰撞次数减少，同时水的剪切力增大，妨碍了凝聚絮体的相互黏附；因此，尽管增加絮凝剂的投加量，但絮体的形成仍然很缓慢，且结构松散、颗粒较小，不易去除。
低温对高分子絮凝剂影响不大，但要注意，使用有机高分子絮凝剂时，水温不宜过高，高温易引起有机高分子絮凝剂老化，甚至分解生成不溶性物质，从而降低混凝效果。
（3）水中的杂质
水中杂质颗粒大小不均匀有利于混凝，而细小均匀的杂质则会导致混凝效果不佳。杂质颗粒浓度过低往往不利于混凝，此时回流沉淀或投加混凝剂均能提高混凝效果。当水中杂质颗粒中含有大量有机物时，混凝效果会变坏，需要加大投加量或投加氧化剂等混凝剂。水中的钙镁离子、硫化物、磷化物一般对混凝有利，而某些阴离子和表面活性剂则对混凝有不利影响。
（4）絮凝剂的种类
絮凝剂的选择主要取决于水中胶体和悬浮物的性质和浓度。如果水中污染物主要以胶体状态存在，应首先采用无机絮凝剂，使其脱稳并凝聚。如果絮体较小，则需要投加高分子量絮凝剂或使用活化硅胶等混凝剂。
很多时候无机絮凝剂与高分子絮凝剂联合使用，可以明显提高混凝效果，扩大应用范围。对于高分子聚合物来说，链状分子上所带电荷越多，电荷密度越高，链能够伸展得越充分，吸附、架桥范围越大，混凝效果越好。
（5）絮凝剂投加量
采用混凝法处理任何废水都有最佳絮凝剂和最佳投加量，一般通过试验确定，投加量过多可能造成胶体再稳定，一般常用铁盐、铝盐投加量范围为10-100mg/L，聚合物盐投加量为常用盐投加量的1/2-1/3，有机高分子絮凝剂投加量范围为1-5mg/L。
（6）絮凝剂投加顺序
当使用多种絮凝剂时，最佳添加顺序需要通过试验来确定，一般来说，无机絮凝剂与有机絮凝剂并用时，应先加入无机絮凝剂，后加入有机絮凝剂。
在处理50μm以上的杂质颗粒时，往往先加入有机絮凝剂对杂质进行吸附和桥接，然后再加入无机絮凝剂来压缩双层，使胶体不稳定。