废水处理药剂相关知识总结

絮凝剂：有时又称为混凝剂，可作为强化固液分离的手段，用于初沉池、二沉池、浮选池及三级处理或深度处理等工艺环节。

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、浮选处理及活性污泥法之后的二次沉淀，还可用于污水三级处理或深度处理。当用于剩余污泥脱水前的调理时，絮凝剂和助凝剂就变成了污泥调理剂或脱水剂。

在应用传统的絮凝剂时，可以使用投加助凝剂的方法来加强絮凝效果。例如把活化硅酸作为硫酸亚铁、硫酸铝等无机絮凝剂的助凝剂并分前后顺序投加，可以取得很好的絮凝作用。因此，通俗地讲，无机高分子絮凝剂IPF其实就是把助凝剂与絮凝剂结合在一起制备然后合并投加来简化用户的操作。

混凝处理通常置于固液分离设施前，与分离设施组合起来、有效地去除原水中的粒度为1nm～100μm的悬浮物和胶体物质，降低出水浊度和CODCr，可用在污水处理流程的预处理、深度处理，也可用于剩余污泥处理。混凝处理还可有效地去除水中的微生物、病原菌，并可去除污水中的乳化油、色度、重金属离子及其他一些污染物，利用混凝沉淀处理污水中含有的磷时去除率可高达90～95%，是最便宜而又高效的除磷方法。

水中胶体颗粒微小、表面水化和带电使其具有稳定性，絮凝剂投加到水中后水解成带电胶体与其周围的离子组成双电层结构的胶团。

采用投药后快速搅拌的方式，促进水中胶体杂质颗粒与絮凝剂水解成的胶团的碰撞机会和次数。水中的杂质颗粒在絮凝剂的作用下首先失去稳定性，然后相互凝聚成尺寸较大的颗粒，再在分离设施中沉淀下去或漂浮上来。

搅拌产生的速度梯度G和搅拌时间T的乘积GT可以间接表示在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。一般控制GT值在104～105之间，考虑到杂质颗粒浓度对碰撞的影响，可以用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，而且建议GTC值在100左右。

促使絮凝剂迅速向水中扩散，并与全部废水混合均匀的过程就是混合。水中的杂质颗粒与絮凝剂作用，通过压缩双电层和电中和等机理，失去或降低稳定性，生成微絮粒的过程称为凝聚。凝聚生成微絮粒在架桥物质和水流的搅动下，通过吸附架桥和沉淀物网捕等机理成长为大絮体的过程称为絮凝。混合、凝聚和絮凝合起来称为混凝，混合过程一般在混合池中完成，凝聚和絮凝在反应池中进行。

絮凝剂是能够降低或消除水中分散微粒的沉淀稳定性和聚合稳定性，使分散微粒凝聚、絮凝成聚集体而除去的一类物质。按照化学成分，絮凝剂可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂以及微生物絮凝剂三大类。

无机絮凝剂包括铝盐、铁盐及其聚合物。

有机絮凝剂按照聚合单体带电集团的电荷性质，可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性型等几种，按其来源又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，往往根据无机絮凝剂和有机絮凝剂性质的不同，把它们加以复合，制成无机有机复合型絮凝剂。微生物絮凝剂则是现代生物学与水处理技术相结合的产物，是当前絮凝剂研究发展和应用的一个重要方向。

传统应用的无机絮凝剂为低分子的铝盐和铁盐，铝盐主要有硫酸铝(Al₂(SO₄)₃∙18H₂O)、明矾(Al₂(SO₄)₃∙K₂SO₄∙24H₂O)、铝酸钠(NaAlO₃)，铁盐主要有三氯化铁(FeCl₃∙6H₂0)、硫酸亚铁(FeSO₄∙6H₂0)和硫酸铁(Fe₂(SO₄)₃∙2H₂0)。

一般来讲，无机絮凝剂具有原料易得，制备简便、价格便宜、处理效果适中等特点，因而在水处理中应用较多。

自19世纪末美国最先将硫酸铝用于给水处理并取得zhuanli以来，硫酸铝就以卓越的凝聚沉降性能而被广泛应用。硫酸铝是目前世界上使用最多的絮凝剂，全世界年产硫酸铝约500万吨，其中将近一半用于水处理领域。

市售硫酸铝有固、液两种形态，固态的又按其中不溶物的含量分为精制和粗制两种，我国民间常用于饮用水净化的固态产品明矾，就是硫酸铝与硫酸钾的复盐，但在工业水及废水处理中应用不多。

硫酸铝适用的pH值范围与原水的硬度有关，处理软水时，适宜pH值为5～6.6，处理中硬水时，适宜pH值为6.6～7.2，处理高硬水，适宜pH值为7.2～7.8。硫酸铝适用的水温范围是20℃～40℃，低于10℃时混凝效果很差。硫酸铝的腐蚀性较小、使用方便，但水解反应慢，需要消耗一定的碱量。

三氯化铁是另一种常用的无机低分子凝聚剂，产品有固体的黑褐色结晶体，也有较高浓度的液体。其具有易溶于水，矾花大而重，沉淀性能好，对温度、水质及pH的适应范围宽等优点。

三氯化铁的适用pH值范围是9～11，形成的絮体密度大，容易沉淀，低温或高浊度时效果仍很好。固体三氯化铁具有强烈的吸水性，腐蚀性较强，易腐蚀设备，对溶解和投加设备的防腐要求较高，具有刺激性气味，操作条件较差。

三氯化铁的作用机理是利用三价铁离子逐级水解生成的各种羟基铁离子来实现对水中杂质颗粒的絮凝，而羟基铁离子的形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，需要补充石灰等碱源。

硫酸亚铁俗称绿矾，形成絮凝体快而稳定，沉淀时间短，适用于碱度高、浊度大的情况，但色度不易除净，腐蚀性也较强。

无机高分子絮凝剂（IPF）是从60年代起发展起来的新型絮凝剂，目前，IPF的生产和应用在全世界都取得了迅速进展。

铝、铁和硅类的无机高分子絮凝剂实际上分别是它们由水解、溶胶到沉淀过程的中间产物，即Al(Ⅲ)、Fe(Ⅲ)、Si(Ⅳ)的羟基和氧基聚合物。铝和铁是阳离子型荷正电，硅是阴离子型荷负电，它们在水溶态的单元分子量约为数百到数千，可以相互结合成为具有分形结构的集聚体。

它们的凝聚—絮凝过程是对水中颗粒物的电中和与粘附架桥两种作用的综合体现。水中悬浮颗粒的粒度在纳米到微米级，大多带负电荷，因此絮凝剂及其形态的电荷正负、电性强弱和分子量、聚集体的粒度大小是决定其絮凝效果的主要因素。目前无机高分子絮凝剂的种类已有几十种(主要品种见表8--1)，产量也达到絮凝剂总产量的30%～60%，其中广泛使用的为聚合氯化铝。

常用的消毒剂有次氯酸类、二氧化氯、臭氧、紫外线辐射等。次氯酸类消毒剂有液氯、漂白粉、漂粉精、氯片、次氯酸钠等形态，主要是通过HOCl起消毒作用。

次氯酸类消毒剂的弱点是容易和水中的有机物生成氯代烃，而氯代烃已被确认为是对人体健康极为不利的，同时处理过的水会有一些令人不快的气味。

次氯酸类消毒剂粉尘和放出的氯气对人的呼吸道、眼睛及皮肤都有强烈的刺激作用，如果不慎溅入眼睛或触及皮肤，要立即用大量清水冲洗。存放环境要阴凉、通风和干燥，远离热源和火种，不能与有机物、酸类及还原剂共储混运，运输过程中要防止雨淋和日光曝晒，装卸时动作要轻，避免碰撞和滚动。

次氯酸类消毒剂消毒时往往发生的是取代反应，这也是使用次氯酸类消毒剂会产生氯代烃的根本原因，而臭氧和二氧化氯消毒时发生的是纯氧化反应，因而可以破坏有机物的结构，在杀菌的同时还可以提高废水的可生化性（BOD5/CODCr值），去除水中的部分CODCr。

二氧化氯消毒与臭氧或紫外线消毒相比，前者一次性投资低，运行费用高（大约0.1元/m³）；后者一次性投资高，运行费用低（大约0.02元/m³）。

臭氧消毒和紫外线消毒可以在很短的时间内达到消毒的效果，经过臭氧消毒和紫外线消毒的二沉池出水或回用水细菌总数和总大肠菌群等微生物指标可以达到要求，但他们的缺点是瞬时反应，无法保持效果，抵抗管道内微生物的滋生和繁殖，因此在回用水系统使用这两种方法消毒时，往往需要在其出水中再投加0.05～0.1mg/L二氧化氯或0.3～0.5mg/L的氯，以保持管网末梢有足够的余氯量。

氯在常压下是黄绿色气体，在0oC和一个大气压时的密度为3.2mg/mL，即约为空气的2.5倍重，具有强烈的刺激性。一般采用电解食盐水溶液的方法制取氯气，然后将氯气加压冷却制得液氯，液氯极易气化，沸点是-34.5℃。

加压后的液氯成为黄绿色透明液体，1kg液氯气化后体积可以变为300L。氯性质很活泼，能溶于水，溶解度随水温的升高而降低。氯是具有强烈刺激性的窒息气体，对人的呼吸系统、眼部及皮肤都能产生伤害，空气中最高允许浓度为1mL/m³。

虽不自燃，但可以助燃，在日光下与其他易燃气体混合时会发生燃烧和爆炸，可以和大多数物质起反应。

氯是一种强氧化剂，具有杀菌能力强、价格低廉、来源方便的优点，是水处理行业应用历史最为悠久的消毒剂。

氯消毒的机理是依靠水解生成的次氯酸HOCl向微生物的细胞壁内扩散，与细胞的蛋白质反应生成化学稳定性极好的N-Cl键。另外，氯能氧化微生物的某些活性物质，抑制并杀死微生物。

虽然空气中最高允许浓度为1mL/m³，但长期在低于此值的环境中工作，也会导致慢性中毒，表现为患慢性支气管炎、慢性胃肠炎、牙龈炎、口腔炎、皮肤搔痒症等疾病。

短时间暴露在高氯环境中，会导致急性中毒。轻度急性中毒表现为喉干胸闷、脉搏加快等症状，重度急性中毒表现为支气管痉挛和水肿，甚至出现昏迷或休克。为防止出现氯中毒的措施可总结如下：

（1）经常接触氯气的工作人员对氯味的敏感程度会有所降低，常常会在闻不到氯味的时候，人就已经受到氯的伤害。因此操作人员的值班室要和加氯间分开设置，并在加氯间安装监测及警报装置，随时对其中的氯浓度进行检测。

（2）加氯间要靠近加氯点，两者间距不超过30m。加氯间建筑要坚固防火、耐冻保温、通风良好、大门外开，并与其他工作间严格分开、没有任何直接连通。由于氯比空气重，因此当氯气在室内泄漏后，会将空气排挤出去，在封闭的室内下部积聚并逐渐向上扩散。所以加氯间的底部必须安装强制排风设施，进气孔要设在高处。

（3）加氯间门外要备用检修工具、防毒面具和抢救器具等，照明和通风设备的开关也要设在室外，在进入加氯间之前，先进行通风。通向加氯间的压力水管必须保证不间断供水，并保持水压稳定，同时还要有应对突然停水的措施。加氯间内要设置碱液池，并定时检验，保证碱液随时有效。当发现氯瓶有严重泄漏时，戴好防毒面具，然后将氯瓶迅速移入碱液池中。

（4）当发现现场有人急性氯中毒后，要设法迅速将中毒者转移到具有新鲜空气的地方，对呼吸困难者，应当让其吸氧，严禁进行人工呼吸，可以用2%的碳酸氢钠溶液为其洗眼、鼻、口等部位，还可以让其吸入雾化的5%碳酸氢钠溶液。

液氯是目前国内外应用最广的消毒剂，除消毒外还有氧化作用。液氯通常在钢瓶中贮存和运输，使用时，液氯转变成氯气加入水中。

⑴氯瓶内压力一般为0.6～0.8MPa，所以不能在太阳下曝晒或靠近炉火或其他高温热源，以免气化时压力过高发生爆炸。液氯和干燥的氯气对铜、铁和钢等金属没有腐蚀性，但遇水或受潮时，化学活性增强，能腐蚀大多数金属。因此贮氯钢瓶必须保持0.05～0.1MPa的余压，不能全部用空，以免进水。

⑵液氯变成氯气要吸收热量，1kg液氯变成1kg氯气约需要289kJ热量。在气温较低时，氯瓶从空气中吸收的热量有限，液氯气化的数量受到限制时，需要对氯瓶进行加热。但切不可用明火、蒸汽直接加热氯瓶，也不宜使氯瓶温度升高太多或太快，一般可使用15～25℃的温水连续淋洒氯瓶的方法对氯瓶加温。

⑶要经常用10%氨水检查加氯机与氯瓶的连接处是否泄漏，如果发现加氯机的氯气管出现堵塞现象，切不可用水冲洗，可以用钢丝疏通，再用打气筒或压缩空气将杂物吹掉。

⑷开启前要检查氯瓶的放置位置是否正确，一定要保证出口朝上，即放出来的是氯气而不是液氯。开氯瓶总阀时，要先缓慢开半圈，随即用10%氨水检查是否漏气，一切正常后再逐渐打开。如果阀门难以开启，不能用榔头敲击，也不能长板手硬扳，以防将阀杆拧断。

固态次氯酸钠NaClO为白色粉末，具有刺激性气味，在空气中极不稳定，受热后迅速分解。商品固态次氯酸钠的有效氯一般为10%～12%，常用制备方法是液碱氯化法，即在30%以下的氢氧化钠溶液中通入氯气进行反应。商品固态次氯酸钠使用方便，但消毒效果比氯差，费用也高于氯消毒。

由于次氯酸钠容易因阳光、温度的作用而分解，一般用次氯酸钠发生器就地制备后立即投加。利用钛阳极电解食盐水(沿海地区可用海水作为盐溶液)，得到的次氯酸钠溶液是淡黄色透明液体，含有效氯6g/L～11g/L。一般每生产1kg有效氯，食盐消耗量约3～4.5kg，耗电量5～10kWh，通常其消耗比使用漂白粉消毒还要低。

次氯酸钠固体或溶液都不宜久存，而且必须在避光低温环境下存放。电解生产次氯酸钠溶液最好是使用多少，随时生产多少。气温低于30℃时，每天损失有效氯0.1～0.15mg/L，如果气温超过30℃，每天损失有效氯可达0.3～0.7mg/L。因此，如果为了具有一定储备量以备用，一般夏天储存时间不超过一天，冬天不超过7d。

漂白粉CaCl₂∙Ca(ClO)₂∙2H₂O为白色粉末，有氯的气味，含有效氯20%～25%。漂白粉易吸潮，性质极不稳定，日光照射、受热均能使其变质而降低有效氯成分。

与有机物、易燃液体混合能发热自燃，受高热会发生爆炸。氯片是用漂粉精3Ca(OCl)₂∙2Ca(OH)₂∙2H₂O加工成的片剂，含有效氯60%～70%。氯片和漂粉精稳定性比漂白粉高，可以在常温下储存200d以上不分解。两者的消毒作用与氯相同，以有效氯计的加氯量、接触时间等参数可以参照液氯。

使用漂白粉作消毒剂，需配成溶液加注，而且一般需设混合池。每包50kg的漂白粉先加400～500kg水搅拌成10%～15%溶液，再加水调成1%～2%浓度的溶液。混合池通常有隔板式与鼓风式两种。用氯片消毒时，废水流入特制的氯片消毒器，浸润溶解氯片，并与之混合，然后再进接触池。

二氧化氯（ClO₂）是一种黄绿色气体，性质极不稳定，与氯一样的刺激性气味，毒性比氯要大，相对密度为2.4。二氧化氯在常温下即能压缩成液体，并很容易挥发。

二氧化氯很容易爆炸，温度升高、暴露在光线下或与某些有机物接触摩擦，都可能发生爆炸，而且液体二氧化氯比气体二氧化氯更易爆炸。在空气中的体积浓度超过10%时或水中二氧化氯浓度超过30%就会发生爆炸。

二氧化氯易溶于水，在水中的溶解度是氯的5倍，但ClO₂不和水起化学反应，在水中极易挥发，在光线照射下容易发生光化学分解。贮存在敞开容器中的ClO₂水溶液，ClO₂含量会下降很快。因此，二氧化氯不宜贮存，最好现场制取和使用。

市场上销售的商品稳定二氧化氯溶液，多为无色或略带黄绿色透明液体，二氧化氯含量一般在2%左右，而且要加入一定量的特制稳定剂（如碳酸钠、硼酸钠及过氯化物的水溶液或二乙烯三胺五亚甲基膦酸等），但运输和储存时仍要注意避开高温和强光。因此，采用二氧化氯消毒时，最好在现场边生产边使用。二氧化氯杀菌后生成无毒物质，对环境水体没有污染。

⑴在水处理中，二氧化氯的投加量一般为0.1～1.5mg/L，具体投加量随原水性质和投加用途而定。当仅作为消毒剂时，投加范围是0.1～1.3mg/L；当兼用作除嗅剂时，投加范围是0.6～1.3mg/L；当兼用作氧化剂去除铁、锰和有机物时，投加范围是1～1.5mg/L。

⑵二氧化氯是一种强氧化剂，其输送和存储都要使用防腐蚀、抗氧化的惰性材料，要避免与还原剂接触，以免引起爆炸。

⑶采用现场制备二氧化氯的方法时，要防止二氧化氯在空气中的积聚浓度过高而引起爆炸，一般要配备收集和中和二氧化氯制取过程中析出或泄漏气体的措施。

⑷在工作区和成品储藏室内，要有通风装置和监测及警报装置，门外配备防护用品。

⑸稳定二氧化氯溶液本身没有毒性，活化后才能释放出二氧化氯，因此活化时要控制好反应强度，以免产生的二氧化氯在空气中的积聚浓度过高而引起爆炸。

⑹二氧化氯溶液要采用深色塑料桶密闭包装，储存于阴凉通风处，避免阳光直射和与空气接触，运输时要注意避开高温和强光环境，并尽量平稳。

二氧化氯的制备方法有很多种，在水处理行业中，一般用氯、盐酸或稀硫酸与亚氯酸钠或氯酸钠反应的办法生产，还有使用次氯酸钠酸化后与亚氯酸钠合成二氧化氯的。反应式分别如下：

2NaClO₃+2NaCl+2H₂SO₄→2ClO₂+Cl₂+2Na₂SO₄+2H₂O

Cl₂+2NaClO₂→2ClO₂+2NaCl

5NaClO₂+4HCl→4ClO₂+5NaCl+2H₂O

10NaClO₂+5H₂SO₄→8ClO₂+5Na₂SO₄+4H₂O+2HCl

NaClO+2HCl+2NaClO₂→2ClO₂+3NaCl+H₂O

使用氯和亚氯酸钠合成二氧化氯时，先调制pH﹤2.5的氯水溶液，再和一定量的10%亚氯酸钠溶液一起进入反应室，在反应室中充分混合和反应，生成二氧化氯。理论上，每10g亚氯酸钠加3.9g氯，可生成7.5g二氧化氯。为了防止未起反应的亚氯酸钠被带入水中，通常要加入比理论值多的过量氯。

其他方法与上述方法的操作基本类似，为保证反应过程的安全性，酸和氯酸钠或次氯酸钠都配成水溶液，也都是要加入过量的酸，以提高氯酸钠或次氯酸钠的转化率。生成的ClO₂溶液可按照合适的投加量直接加到水中进行消毒。

国内市场上有许多使用电解法生产二氧化氯的设备，但实际上，这些设备制造的所谓二氧化氯至多是二氧化氯和氯的复合物，不可能彻底解决氯类消毒剂会产生氯代烃的问题，而且已经有使用复合二氧化氯时发生爆炸的事例。