李風(fēng)亭(1963—),男,教授、博士生導(dǎo)師、上海市領(lǐng)軍人才、同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院副院長(zhǎng)、聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署-同濟(jì)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展學(xué)院常務(wù)副院長(zhǎng)、全國(guó)化學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)-水處理化學(xué)品標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)副主任(主持水處理劑國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定)、中國(guó)水處理劑創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事長(zhǎng)。 1 我國(guó)水處理中使用的混凝劑種類(lèi)繁多,常用的有鋁鹽、鐵鹽及一些復(fù)合混凝劑等。其中,聚合氯化鋁(PAC)作為一種無(wú)機(jī)高分子的多核高效混凝劑,是我國(guó)生活飲用水凈化的主導(dǎo)鋁鹽產(chǎn)品,在技術(shù)和原料方面都有很大優(yōu)勢(shì)。多年來(lái),我國(guó)針對(duì)PAC已開(kāi)展了多項(xiàng)關(guān)于原料及制備工藝方面的探索研究,其工藝路線和生產(chǎn)體系已基本滿足飲用水處理的發(fā)展需求,關(guān)鍵在于提升PAC品質(zhì)、減少重金屬污染、合理處置廢渣等方面。聚合硫酸鐵(PFS)作為污廢水處理的主導(dǎo)鐵鹽產(chǎn)品,其在城市污水脫除氨氮、總磷、臭味等方面的優(yōu)勢(shì)是鋁鹽混凝劑無(wú)法比擬的,其生產(chǎn)成本相對(duì)較低,且生產(chǎn)過(guò)程幾乎無(wú)二次污染(如廢渣、廢氣、廢水等問(wèn)題),在近幾年的市場(chǎng)增長(zhǎng)率持續(xù)上升。 為了進(jìn)一步規(guī)范混凝劑市場(chǎng)、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量,我國(guó)即將出臺(tái)新的混凝劑標(biāo)準(zhǔn),在原料選擇、工藝參數(shù)、檢測(cè)指標(biāo)等多個(gè)方面將會(huì)提出更高標(biāo)準(zhǔn)。 01 重金屬問(wèn)題不容忽視 生產(chǎn)鋁鹽的含鋁原料有幾種,如鋁礬土、鋁酸鈣、氫氧化鋁(包括新近市場(chǎng)化的易溶氫氧化鋁)、金屬鋁(鋁灰、鋁屑和鋁渣)等,通過(guò)酸法、堿法均可實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。但絕大多數(shù)鋁原料(如鋁礬土、鋁酸鈣、金屬鋁)都含有一定量的重金屬離子,如未經(jīng)有效控制,生產(chǎn)的鋁鹽混凝劑將難以達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn),限制其在飲用水處理中的應(yīng)用。這也是目前整個(gè)混凝劑行業(yè)面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)。 目前,常用的控制原料重金屬的方法主要是添加重金屬沉淀劑或吸附劑,例如在酸溶鋁原料時(shí),可適量加入Na2S等沉淀劑,將有害重金屬離子沉淀后去除。也可以采用活性炭吸附去除產(chǎn)品中的重金屬,得到無(wú)色透明的液體鋁鹽混凝劑。此外,還可以利用重金屬離子與鋁的氧化還原電位差,在成品中加入少量鋁屑,使重金屬沉積在鋁屑表面,再分離去除掉沉積了重金屬的鋁屑。 02 提高原料標(biāo)準(zhǔn)與監(jiān)管力度 對(duì)于飲用水用凈水劑聚氯化鋁,在酸原料的選擇方面,為了切實(shí)有效地控制有害重金屬和各種有機(jī)物進(jìn)入混凝劑成品,新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定生產(chǎn)鋁鹽用的鹽酸原料必須選用工業(yè)合成鹽酸,杜絕一切廢酸、副產(chǎn)酸作為生產(chǎn)原料,進(jìn)入混凝劑的最終產(chǎn)品。一方面是因?yàn)閺U酸中含有各類(lèi)有毒有害重金屬及有機(jī)污染物,如用來(lái)生產(chǎn)PAC,對(duì)于飲用水行業(yè)將造成安全隱患;另一方面,廢酸的有機(jī)污染物含量很低,加之現(xiàn)有的PAC檢測(cè)指標(biāo)中缺少有機(jī)物檢測(cè)項(xiàng),因此難以通過(guò)有機(jī)物檢測(cè)來(lái)辨別是否利用廢酸作為原料?;谝陨?,我國(guó)鋁鹽混凝劑的生產(chǎn)須在鹽酸原料方面加大監(jiān)管力度,并且須在成品檢測(cè)指標(biāo)方面新增檢測(cè)項(xiàng)。此外,即將實(shí)施的飲用水凈水劑聚氯化鋁是國(guó)家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn),凡是在制作過(guò)程中不遵循這一標(biāo)準(zhǔn)的任何企業(yè),都須承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任,尤其是在毒理指標(biāo)方面不達(dá)標(biāo)造成的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。 GB 15892新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施必將對(duì)于我國(guó)飲用水混凝劑的產(chǎn)品質(zhì)量起到規(guī)范、提升和震懾作用。在含鋁原料的選擇方面,新標(biāo)準(zhǔn)推薦使用氫氧化鋁,雖然沒(méi)有嚴(yán)格禁止使用鋁礬土礦石,但因其含有較高濃度的重金屬離子,包括有些鋁酸鈣的原料及加工過(guò)程中也會(huì)帶入重金屬,后兩種原料的使用都會(huì)使產(chǎn)品質(zhì)量受到影響。除此以外,在用鋁礬土原料生產(chǎn)鋁鹽混凝劑時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量廢渣,如長(zhǎng)久堆積將成為固廢。針對(duì)廢渣處理,目前較好的方案是“廢物資源化利用”,即采用水洗工藝或加熱法(600~700 ℃),將氯離子從廢渣中分離出來(lái),經(jīng)處理過(guò)后的廢渣仍可作為生產(chǎn)水泥的原料,或其他建材原料。 對(duì)于大型的飲用水企業(yè),可以借鑒上海水務(wù)局的經(jīng)驗(yàn),一是直接向生產(chǎn)企業(yè)采購(gòu),二是不定期檢查生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程和原料采購(gòu)狀況,保證供貨企業(yè)有合適利潤(rùn)的同時(shí),也可杜絕企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。另外,建議城鄉(xiāng)建設(shè)部和衛(wèi)生部要求所有供水企業(yè)必須向混凝劑的生產(chǎn)企業(yè)直接采購(gòu),不允許通過(guò)中間商采購(gòu)混凝劑,這樣可便于追蹤產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。 而鐵鹽混凝劑在酸原料的選擇上與鋁鹽略有不同。通常采用鈦白粉生產(chǎn)所副產(chǎn)的硫酸亞鐵和硫酸,以及氧氣作為主要原料生產(chǎn)。這種工藝生產(chǎn)的聚合硫酸鐵質(zhì)量相對(duì)較好,也可用于飲用水的處理。生產(chǎn)鐵鹽目前更多采用鋼鐵的酸洗廢液。通常用來(lái)清洗金屬表面的酸洗廢液被歸類(lèi)為危廢,因?yàn)檫@類(lèi)廢液含有較高濃度的重金屬(如鋅、鎳、鉻、銅、鎘等元素),如將重金屬分離出來(lái),此類(lèi)廢液也能成為生產(chǎn)鐵鹽混凝劑的原料,并且具有絕對(duì)的價(jià)格優(yōu)勢(shì),這為這一類(lèi)廢棄物的資源化利用提供了良好途徑,但是在實(shí)際運(yùn)行中也存在一些問(wèn)題,例如目前很多企業(yè)雖然獲得當(dāng)?shù)丨h(huán)保局頒發(fā)的危廢處理資質(zhì)證書(shū),但并不具備處置含重金屬?gòu)U酸的能力。為此,國(guó)家已于2017年下半年展開(kāi)全面督查工作,例如2017年和2018年,兩家處置廢酸企業(yè),因銷(xiāo)售高含鉛和含鋅氯化鐵,相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)受到處罰,這對(duì)于很多企業(yè)是種震懾。 因此,具備危廢處置資質(zhì)的企業(yè),監(jiān)管機(jī)構(gòu)應(yīng)該適當(dāng)對(duì)其引導(dǎo),完善綜合處置能力,這不僅可以解決這類(lèi)危廢的資源化出口,同時(shí)可創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。利用處理后的酸洗廢液所制成的聚合氯化鐵、PFS、氯化鐵、氯化亞鐵、硫酸鐵等產(chǎn)品,可允許進(jìn)入水處理藥劑行業(yè),并主要作為各類(lèi)污水和工業(yè)廢水的處理藥劑。 03 生產(chǎn)工藝須改進(jìn) 隨著混凝劑標(biāo)準(zhǔn)的日益完善和出臺(tái),生產(chǎn)技術(shù)路線、生產(chǎn)設(shè)備等都需要進(jìn)行大幅度調(diào)整。 (1)在鋁鹽方面,降低產(chǎn)品重金屬的含量以及降低砷的含量,適應(yīng)新標(biāo)準(zhǔn)的要求迫在眉睫。通過(guò)絡(luò)合沉淀分離重金屬,是一個(gè)簡(jiǎn)便快捷的方式,而且設(shè)備投入也不高。 (2)在鐵鹽方面,從提升生產(chǎn)效率的角度,同濟(jì)大學(xué)環(huán)境學(xué)院李風(fēng)亭課題組在20多年前就已研發(fā)了一項(xiàng)催化技術(shù),通過(guò)利用反應(yīng)熱來(lái)代替鍋爐加熱,其生產(chǎn)效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)加熱法。迄今為止,該項(xiàng)技術(shù)可在1 h內(nèi)生產(chǎn)出30~40 t鐵鹽混凝劑,提升生產(chǎn)效率的同時(shí),還可大大節(jié)約能耗并降低生產(chǎn)成本,未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)將可能實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)。 (3)從降低成品重金屬含量、減少?gòu)U渣量的角度,最近幾年上海及周邊城市的廠家已經(jīng)調(diào)整生產(chǎn)方案,即先利用氫氧化鋁與鹽酸反應(yīng)生成氯化鋁或低鹽基度產(chǎn)品,而后利用鋁酸鈣提升鹽基度。這一工藝可在常壓下進(jìn)行,便于大批量生產(chǎn),大幅降低了成品中的重金屬離子含量,同時(shí)又減輕了生產(chǎn)企業(yè)的廢渣處理壓力,能將固廢產(chǎn)量降低80%~90%,現(xiàn)在必須考慮剩余廢渣的綜合利用。 總的來(lái)說(shuō),為積極應(yīng)對(duì)新標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)的新挑戰(zhàn),必須充分了解我國(guó)水處理行業(yè)的現(xiàn)狀,在滿足行業(yè)要求的前提下,在現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn),以更好適應(yīng)我國(guó)水處理行業(yè)的需求。 04 突破傳統(tǒng)思維,復(fù)合型混凝劑是發(fā)展趨勢(shì) 為杜絕有害廢棄物質(zhì)進(jìn)入水處理藥劑行業(yè),即將出臺(tái)的新混凝劑標(biāo)準(zhǔn)對(duì)原料和成品要求均有所提升。依照傳統(tǒng)觀念,成品中不溶物含量越低,則產(chǎn)品純度越高、外觀越好、堵塞輸送管道的幾率越少。而事實(shí)上,在混凝劑中加入適量的不溶顆粒物或吸附劑,則更有助于加速絮體沉降、提高絮凝效果。例如,PFS與一些陽(yáng)離子聚合物、強(qiáng)無(wú)機(jī)氧化劑等有較好的復(fù)合性,復(fù)合后的新型混凝劑對(duì)于低溫低濁度水、高濁度水、市政污水、印染廢水等都具有更佳處理效果。此舉恰恰突破了傳統(tǒng)觀念,并印證了一個(gè)觀點(diǎn):混凝劑產(chǎn)品并非純度越高凈水效果就越好。 混凝劑的選用因水而異,以降低水體污染物為第一要?jiǎng)?wù)。不同種類(lèi)的污水所適用的混凝劑品質(zhì)有所不同,因此新的混凝劑國(guó)標(biāo)綜合考慮了實(shí)際需求與資源來(lái)源,促使符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的混凝劑產(chǎn)品有更好的市場(chǎng)接納度。目前,高效復(fù)合型混凝劑的研制與開(kāi)發(fā)逐漸成為熱點(diǎn),經(jīng)研究表明,復(fù)合型混凝劑的吸附和混凝效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于常規(guī)混凝劑。 復(fù)合型混凝劑一般由兩種以上成分組成,通常是由一種無(wú)機(jī)鹽類(lèi)(鋁鹽或鐵鹽)和另一種成分組配而成,其中另一種成分可以是酸、有機(jī)聚合物或無(wú)機(jī)鹽類(lèi)物質(zhì),以較小的比例進(jìn)行復(fù)合生產(chǎn)。根據(jù)另種成分的種類(lèi)不同,可將復(fù)合型混凝劑歸類(lèi)為無(wú)機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合型和無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合型兩種。從工藝上來(lái)看,有些復(fù)合型混凝劑只是在傳統(tǒng)混凝劑基礎(chǔ)上稍作改進(jìn),但能大大改善水處理效果,且產(chǎn)生污泥量大大減少。 此外,隨著人們對(duì)水質(zhì)要求的提高,在混凝過(guò)程中添加吸附劑的情況越來(lái)越普遍,通過(guò)將具有吸附功能的顆粒物(以粉末活性炭居多,其他如粉煤灰、黏土、凹凸棒粉、硅藻土等)與常規(guī)PAC、PFS結(jié)合,生產(chǎn)出具有強(qiáng)吸附-混凝雙重功能的混凝劑,可強(qiáng)化顆粒物對(duì)水體中溶解性有機(jī)物的吸附作用。目前,同濟(jì)大學(xué)李風(fēng)亭課題組已成功研制出多種復(fù)合型混凝劑,如鐵鋁復(fù)合型、鐵鋁復(fù)合有機(jī)物型、鐵鋁復(fù)合吸附劑型等產(chǎn)品,此類(lèi)復(fù)合型混凝劑產(chǎn)品比較適用于水環(huán)境應(yīng)急處理,成本略高于常規(guī)水處理藥劑,但是與膜工藝相比,藥劑法的成本更低、操作更簡(jiǎn)便、處理效果也比較理想。 05 結(jié)論與展望 綜上所述,我國(guó)混凝劑生產(chǎn)技術(shù)在不斷進(jìn)步,但是混凝相關(guān)理論仍舊沒(méi)有較大變革,工程經(jīng)驗(yàn)相比較于理論對(duì)于混凝劑行業(yè)發(fā)展的影響,前者起著更為現(xiàn)實(shí)、重要的作用,理論研究有待進(jìn)一步發(fā)展。其次,混凝劑在水處理行業(yè)中的應(yīng)用,最關(guān)鍵的問(wèn)題在于重金屬控制以及廢渣合理處置。 從復(fù)合型混凝劑的作用來(lái)看,當(dāng)前混凝劑的發(fā)展方向主要是無(wú)機(jī)-有機(jī)-吸附劑復(fù)合型。無(wú)機(jī)高分子混凝劑對(duì)于各類(lèi)復(fù)雜成分的水處理適用性強(qiáng),但用藥量大、絮體小、污泥產(chǎn)量大,有機(jī)高分子混凝劑正好可填補(bǔ)上述缺陷,再加上吸附劑的高吸附性能,三者結(jié)合使用的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于單獨(dú)使用,因此這是混凝劑未來(lái)發(fā)展的一個(gè)方向。 編輯札記 水處理藥劑的應(yīng)用關(guān)系著國(guó)計(jì)民生,如何規(guī)范其市場(chǎng)運(yùn)作、提高水處理劑質(zhì)量與安全性顯得尤為重要和迫切。我們需要用發(fā)展的眼光看待現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并能提出良好解決方案,希望GB 15892新標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)能夠?yàn)樗幚韯┦袌?chǎng)開(kāi)辟新局面,也為水處理行業(yè)發(fā)展提供重要新思路。 推薦參考 李風(fēng)亭.我國(guó)混凝劑應(yīng)用現(xiàn)狀及問(wèn)題探討[J].凈水技術(shù),2018,37(7):1-3,13. Li Fengting. Discussion on the application status and problems of coagulants in China [J]. Water Purification Technology, 2018, 37(7):1-3,13. 公眾號(hào)ID:sh_jsjs 凈水技術(shù) 《凈水技術(shù)》雜志是面向廣大市政給排水、工業(yè)水處理、建筑給排水和水環(huán)境治理等行業(yè),以宏觀綜述、理論研究、應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)、工程案例和工程信息為主要報(bào)道內(nèi)容的核心期刊。 市場(chǎng)部聯(lián)系人:阮辰旼 13585990831 孫麗華021-66250061-803 |
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