聚合氯化铝替代硫酸铝作废水絮凝剂工业试验
【摘要】本文通过实验室静置实验和现场工业性试验以验证验证聚合氯化铝替代硫酸铝作为废水处理絮凝剂，针对马坑矿业外排水的有效性，并探索降低废水处理成本的方案。结果表明，聚合氯化铝是一种比硫酸铝更有效，更适合马坑矿业废水处理的絮凝剂，并且很大的降低了废水处理成本。
前言
近年来，随着城市化和工业化程度的不断提高，水资源环境日益受到严重污染导致水质恶化。随着水质标准逐渐提高，工业废水处理成本是水处理领域的一个重要课题。絮凝法是一种重要的水处理技术，絮凝剂种类、性质是决定絮凝处理效果好坏的关键因素。在我国废水理中，使用的絮凝剂主要有两大类：一类是铝盐，如硫酸铝，氯化铝，硫酸铝钾，聚合氯化铝；另一类是铁盐，如硫酸亚铁，硫酸铁，氯化铁，聚合硫酸铁等。其中使用较广泛的是硫酸铝和聚合氯化铝两种。硫酸铝加人水后，发生的化学反应生成的Al（OH）3胶体带正电荷，它与水中悬浮杂质（带负电荷）发生中和反应，同时Al（OH）3胶体还通过架桥作用形成网状结构吸咐水中杂质，结合成为较大的矾花颗粒沉淀下来，从而达到澄清水质的作用。
聚合氯化铝（PAC，Polyaluminumchloride）是无机高分子絮凝剂，本质上是铝离子水解-聚合-沉淀反应过程的中间产物具有形成絮体快、沉淀性能好等优点。
聚合氯化铝也叫碱式氯化铝，是介于氯化铝和氢氧化铝两种物质之间的一种水溶性无机高分子聚合物，其形式可以看作复杂的多核络合物，其分子中带有数量不等的经基，它具有较强的交联吸附性能水解生成[Al（OH）3·H2O]n大分子沉淀，水解过程中伴随着发生电化学凝集吸附沉淀等物理化学过程，从而达到混凝沉淀的效果。长期以来，聚合氯化铝作为一种高效的絮凝剂一直广泛用于水处理过程中。
1 室内静置实验
1.1 主要实验仪器及试剂
（1）1%硫酸铝（工业级）；
（2）1%硫酸铝（工业级）；
（3）0.1%聚合氯化铝（工业级）。
1.2 实验条件
（1）硫酸铝（工业级）价格以1239元/t计；
（2）聚合氯化铝（工业级）价格以1850元/t计；
（3）取+100水平矿坑水30L备用（现取现用），测得SS为316mg/L。
1.3实验过程
量取300mL矿坑水分别倒入500mL的烧杯中，根据试验需要分别加入相应的絮凝剂（见表1）。静置60min，分别测出水样悬浮物含量。
| 序号 | 絮凝剂添加量 | SS 值（mg/L） |
| 1 | 硫酸铝按0.03 元/m3投放 | 62 |
| 2 | 硫酸铝按0.10 元/m3投放 | 49 |
| 3 | 硫酸铝按0.15 元/m3投放 | 37 |
| 4 | 硫酸铝按0.25 元/m3投放 | 36 |
| 5 | 聚合氯化铝按0.03 元/m3投放 | 28 |
| 6 | 聚合氯化铝按0.10 元/m3投放 | 18 |
| 7 | 聚合氯化铝按0.15 元/m3投放 | 12 |
| 8 | 聚合氯化铝按0.25 元/m3投放 | 3 |
1.4室内静置实验结果讨论
（1）聚合氯化铝对马坑矿坑水沉降效果良好。
（2）聚合氯化铝按0.03元/m3投放也能满足水质排放标准。
2现场工业试验
2.1硫酸铝作为絮凝剂的现状
选矿厂废水处理加药点在钼矿车间砂泵池，每天投放硫酸铝约30.67包（计1.53t/d）。每天需处理水量约19200m3。选矿厂废水成本为1.53t×1239（元/t）/19200m3=0.099元/m3。
马坑铁矿废水加药点分两个，一个在300水泵，一个在100水泵，每天投放硫酸铝约32包（计1.6t/d），每天需处理水量约27000m3。马坑铁矿废水处理成本为1.60t×1300（元/t）/27000m3=0.073元/m3。
2.2试验过程
工业性试验共分两个阶段进行，阶段主要验证聚合氯化铝作为絮凝剂对于马坑矿业废水处理的有效性，为期3d。选厂废水处理每天投放聚合氯化铝0.6t，矿坑废水处理每天投放聚合氯化铝0.6t。第二阶段主要寻求成本较低投放量。选厂废水处理的聚合氯化铝投放量由0.4t，0.3t，0.2t依次递减，每个投放量试验持续6d以保证试验的代表性，试验结果如表2所示。
| 选矿厂投放量 | 选厂废水处理后外排水 | |||||
| SS | pH | |||||
| 平均 | 较大 | 较小 | 平均 | 较大 | 较小 | |
| 0.6t/d | 15.74 | 34 | 5 | 7.52 | 7.75 | 6.84 |
| 0.4t/d | 21.8 | 43 | 5 | 7.62 | 7.8 | 7.45 |
| 0.3t/d | 28.71 | 56 | 10 | 7.47 | 7.88 | 6.62 |
| 0.2t/d | 32.00 | 117 | 11 | 7.63 | 8 | 6.97 |
矿坑废水处理的聚合氯化铝投放量由0.4t，0.3t，0.2t依次递减，每个投放量试验持续6d以保证试验的代表性，试验结果如表3所示。
| 矿坑水投放量 | 矿坑废水处理后外排水 | |||||
| SS | pH | |||||
| 平均 | 较大 | 较小 | 平均 | 较大 | 较小 | |
| 0.6t/d | 24.74 | 43 | 9 | 7.76 | 7.98 | 7.01 |
| 0.4t/d | 28.09 | 44 | 10 | 7.82 | 8.12 | 7.11 |
| 0.3t/d | 31.48 | 57 | 16 | 7.84 | 8.04 | 6.79 |
故聚合氯化铝添加量还有减少空间。第二阶段试验表明聚合氯化铝投放量为0.4t/d和0.3t/d时，公司废水保证完全达标排放。
（3）当聚合氯化铝投放量降低为0.2t/d时，选厂外排水开始出现很标现象。
（4）成本分析，见表4~5。
| 硫酸铝投放量 | 价格（元/t） | 废水处理量 | 药剂成本 | |
| 马坑铁矿 | 1.6t/d | 1239 | 27000m3 | 0.073 元/m3 |
| 选矿厂 | 1.53t/d | 1239 | 19200m3 | 0.099 元/m3 |
| 聚合氯化铝每天投放量 | 价格（元/t） | 废水量 | 处理成本 | |
| 矿坑废水 | 0.6t/d | 1850 | 27000m3 | 0.020 元/m3 |
| 选矿废水 | 0.6t/d | 1850 | 19200m3 | 0.029 元/m3 |
| 矿坑废水 | 0.4t/d | 1850 | 27000m3 | 0.020 元/m3 |
| 选矿废水 | 0.4t/d | 1850 | 19200m3 | 0.029 元/m3 |
| 矿坑废水 | 0.3t/d | 1850 | 27000m3 | 0.020 元/m3 |
| 选矿废水 | 0.3t/d | 1850 | 19200m3 | 0.029 元/m3 |
根据试验的结果确定了马坑铁矿+100m水平水仓口矿坑水每天添加0.30t聚合氯化铝比较合适。折合聚合氯化铝处理成本约0.020元/m3，经计算，马坑铁矿矿坑水投放聚合氯化铝较添加硫酸铝较多可节省0.053元/m3，节省率为72.6%。每天按27000m3矿坑水计，预计年节省絮凝剂成本522315元。
在选矿厂钼矿车间确定每天添加0.30t聚合氯化铝比较合适，其处理成本约0.029元/m3。选矿厂废水中投放聚合氯化铝较佳可节省0.070元/m3，节省率为70.7%。选矿厂废水按每天19200m3计，预计年节省絮凝剂成本490560元。
4 结论
基于以上试验，在废水中投放聚合氯化铝比投放硫酸铝效果确实较好，并确定在马坑铁矿矿坑水和选矿厂废水处理中每天分别添加0.3t聚合氯化铝较合适，且能够满足公司外排水要求。若公司排放的废水中改为添加聚合氯化铝絮凝剂后预计年总成本可节省1012875元，且排放废水中SS含量和PH值均在达标范围之内。建议公司使用聚合氯化铝作为废水处理絮凝剂，并在我公司废水处理中推广应用。