新型高效复合混凝剂PFCG简介.doc

新型高效复合混凝剂PFCG简介1 概述 随着我国人口的增长和工农业的发展，尤其是化学工业的发展，环境问题日益突出。工业废水和生活污水的大量排放，已经对水体造成了严重的污染，对国民经济的发展和人们生活与健康造成了严重的影响。治理水体污染，保护环境，已经成为我国的一项基本国策。利用混凝净水剂对工业废水进行净化处理是水处理中最常采用的一种方法。 高效复合混凝剂PFCG等无机高分子净水剂是河南大学环境工程设计研究中心李明玉博士等研制成功的。项目组于90年代初开始了用铝土矿和含铁工业废渣等为主要原料研制聚合铝、铁等无机高分子净水剂的研究工作，近十年来经过我们的不懈努力，先后开发研制了聚合氯化铝PAC、聚合硫酸铁PFS、聚合氯化铁PFC等聚铝铁混凝剂系列产品。经对原聚合氯化铁进行改进，又研制了改性聚氯化铁和高效复合混凝剂PFCG，并成功地进行了中间试验。在水处理过程中，用中试产品处理吨水成本的性能价格比，明显优于目前市场上的聚合硫酸铁和聚合氯化铝。此外，项目组开发研制的最新复合净水剂系列产品LMY-X，具有较低的成本、更简单的生产工艺和很好的水处理效果，非常适用于低温低浊原水除浊、印染废水脱色、高浊度工业废水和造纸中段水等处理。该新型高效无机高分子净水剂的研制成功和在水处理中的应用，将有力地推动我国环保事业进一步向前发展。2 产品应用范围 高效复合混凝剂PFCG和LMY系列净水剂是继聚合氯化铝和聚合硫酸铁之后的新一代高效无机高分子混凝剂。它的应用范围广阔，既可以用于城市自来水原水的净化（LMY系列），又可以用于各种工业废水(皮革、造纸、油田、印染、味精、制药、日化、炼油、酒类以及其它许多化工生产过程中排放的废水)、城市综合污水和污泥脱水的处理。具有去除CODCr、BOD、SS、降低色度和除去重金属等作用。3 产品特点 (1) 高效复合混凝剂PFCG作为一种新型混凝剂，在水处理的应用中具有明显的优越性。它与一般的无机混凝剂硫酸铝、硫酸亚铁、明矾和聚合氯化铝等相比，具有对原水质的pH要求宽，混凝能力强，沉降速度快，生产成本低的优点。 (2) 高效复合混凝剂PFCG安全无毒，不产生二次污染。与铝系混凝剂相比，由于铝系列混凝剂(包括目前普遍采用的聚合氯化铝混凝剂)的水相转移较严重，经其处理的水中Al3的残留不仅会对水生生物有害，而且对人体健康非常不利。研究表明，当人们的饮用水(如地下水或经铝系混凝剂处理的自来水)中含铝时，若长期饮用将会造成人体的老年性痴呆等。发达国家已经明令禁止铝系混凝剂在饮用水中的应用，美国国家标准协会将铝化合物列入有毒物品。在我国铝系混凝剂的发展也将随着国民环保意识的增强而受到限制，尤其在饮用水的处理中。另外，铝系混凝剂在使用过程中所产生的高含铝混凝沉降物必将对环境造成二次污染。总之，铝盐混凝剂的使用所产生的环境效应可以概括为四个方面： 对水生生物的毒性: 当水中铝含量在0.10.5mg/L时，即可使蛙鱼和草鱼仔鱼等水生生物死亡。 在农业上，大量含铝污泥处置和含铝处理水的排放，会使环境土壤中铝含量增加，从而抑制植物根部生长，使植物叶黄和脱落。 铝对人体的毒性，临床表现为铝性脑病（老年性痴呆）、铝性骨病（骨质疏松）和铝性贫血； 在污水的生化处理过程中，铝对活性污泥和生物膜中的微生物的毒性效应。但是，对高效复合混凝剂PFCG而言，在用高效复合混凝剂PFCG处理过的水中Fe3-的后移很少，不会对人体和环境造成影响。(3) 高效复合混凝剂PFCG在某些工业废水的治理中还优于聚丙烯酰胺PAM等有机混凝剂，并且用高效复合混凝剂PFCG代替聚丙烯酰胺后，同样也避免了PAM降解后在水中残留的单体AM对人体的危害(AM对人体和其它生物有致癌作用)。 故从性能、安全、卫生、环保方面考虑，用PFCG代替其它混凝剂，是混凝剂的最终发展方向。4 产品的市场前景 采用混凝剂对工业废水、工业用水和生活饮用水进行混凝处理，是治理污染、水源净化的一条非常重要途径。净水剂为有机与无机二大类。对于有机絮凝剂，生产成本一般较高，且有机絮凝剂(如聚丙烯酰胺)的降解单体对水体造成二次污染，因此有机絮凝剂在水处理中的应用受到限制，尤其是在生活饮用水的处理中受到控制；对于无机混凝剂，有铝盐、铁盐、聚铝和聚铁，其中单纯的铝盐和铁盐由于混凝性较差很少采用，早已被聚铁盐和聚铝盐取代。对于聚铁盐（高效复合混凝剂PFCG）而言，在性能、价格和环保方面，聚铁具有广阔的市场前景，表现在以下几点： (1) 首先在性能上，聚铁具有在混凝过程中形成的矾花大和沉降速度快等优点，对废水的处理范围广阔（造纸、印染、制革、制药和化工等），pH适应范围广。 (2) 其次在价格上，利用工业废渣或矿渣生产的高效复合混凝剂PFCG成本低，以有效铁含量量为11%左右的产品为例，原料成本价约为300元/吨，市场价1000元/吨。而聚铝含氧化铝29%(折合铝15%左右)成本价在1000-1200元/吨左右，市场价约为2000元/吨。处理吨水成本时,高效复合混凝剂PFCG具有更优的性能价格比和很强的市场竞争力. (3) 最后在环保方面，由于聚铝其它铝系净水剂的使用会在水体中残留一定量的铝，对环境造成二次污染，因此在工业废水处理中受到限制，尤其是在生活饮用水净化中，聚合氯化铝等铝系混凝剂将会随着人们环境和健康意识的提高而受影响。 总之，PFCG作为一种新型、高效、无二次污染的无机高分子混凝剂,因它具有以上特点优点,用发展的眼光看,它将逐渐取代聚合铝等净水剂,具有很强市场竞争力的聚铁的市场份额会逐渐扩大。5 工艺特点及流程 现有工艺方法：目前市售聚合硫酸铁的生产方法是用硫酸亚铁为主要原料,主要通过催化氧化法生产的。在生产过程中,采用亚硝酸钠和氧气分别为催化、氧化剂。生产过程属于气液相反应,反应时间长,为加快反应需要高温、高压、喷雾等。其工艺复杂,生产周期长,设备投资大,因而产品成本较高。另外,在生产过程中有氮氧化物排放,而且在聚合硫酸铁产品中含有亚硝酸盐致癌物,对环境造成二次污染。若用氧化剂直接对硫酸亚铁进行氧化,尽管工艺简单,但氧化剂消耗量大,生产成本较高。 本工艺特点：我们研制的高效复合混凝剂PFCG的生产方法是以含铁工业废渣（如硫酸厂排放的废渣硫铁矿烧渣、天然铁沙或平炉尘等）为主要原料，只需经过酸溶、水解和聚合。所需原料充足、价廉易得，生产过程中无需催化、氧化,艺简单、易于操作、周期短、投资费用少,生产成本低。本方法生产的高效复合混凝剂PFCG产品,在高浊度原水和造纸废水等水处理过程中,性能价格比明显优于市售聚合铁和聚合铝。工艺流程：(略)6 混凝机理及质量指标6.1 混凝机理 高效复合混凝剂PFCG是三价铁和氢氧化铁的中间水解产物，通过羟基桥联成为多核配合物，然后核大量增加而形成无机高分子聚合物。在PFCG产品中，存在着单体、低聚体和高聚体，一般可以用通式Fe2(OH)n(Cl)n-1/2nm表示。它是一种胶体溶液，随高铁含量的增加，胶体电荷增大，对重金属离子的吸附能力增强，能使COD、BOD、SS、色度等在更大pH范围内有效的降低。其净水机理是基于双电层电学的物理凝聚理论以及悬浮物和溶液之间的化学凝聚理论。它对水中悬浮物的混凝作用，是由于其在水解过程中产生的多核配合物，通过吸附使静电中和，粒子间架桥凝聚，以及形成的氢氧化铁胶体的卷扫作用，使胶体粒子脱稳，发生混凝沉淀，从而除去悬浮物，降低COD和色度等。6.2 质量指标名 称固体指标液体指标铁含量(%)1610比重(g/mL)-1.30碱化度(%)820820不溶物(%) 0.2-外观棕黄或棕褐色粉状物棕红色悬浮液体7 投资概算、产品成本利润核算及经济评价7.1 设备投资(按9000吨/年液体产品计算) 合计: 23.0万元（该数据仅供参考）设备名称 数量 价格(万元)设备名称 数量 价格(万元)3 m3反应釜 2 8.0原料及成品储槽50m3 2 8.0固液分离设备 2 4.0辅助设备 2.0输送设备4 1.0（注： 若生产固体产品，需增加喷雾干燥设备投资约25万元）7.2 总投资估算：合计 36.0万元(不含喷雾干燥设备)名称 资金（万元） 名称 资金（万元）厂房200m2 10.0（按500元/ m2） 施工安装 1.5设备 23.0 不可预见费 1.57.3 成本核算 按年产9000吨液体产品计算，总投资43万元，需要流动资金约30万元。年工作日以300天，生产定员15人，工资600元/人月。则吨产品成本： (1) 原料动力费: 合计280元 名称 数量 单价 费用 含铁废渣 0.25吨 20元/吨 5.0元 酸及活化剂 240元 助聚稳定剂 5元 电/煤 20度/0.1吨 0.5元/度 10元 煤 0.1吨 200元/吨 20元 （2） 车间吨成本：合计35元 工资 10元（按月工资600元计） 折旧费 5元（按总投资10%,10年折旧） 维修 5元（按总投资10%） 企业管理费 15元（按车间成本80%计） （3） 工厂总成本 280 35 315元/吨 （4） 增值税17% 65元（产品销售按700元/吨） （5） 工厂综合成本 380元/吨 （6） 吨产品纯利润 320元/吨7.4 经济评价 年产值: 630万元；年税金: 58.5万元；年利润: 288万元; 利润率: 80.4. 投资回收期：约半年内收回投资(不考虑基建期，包括3个月产品试销期)。 新型接触氧化法处理啤酒生产废水 啤酒工业废水中含有大量的有机物，CODcr的质量浓度一般为10002500mg/L，可生化性较好。治理的方法多是采用好氧生物处理，也可先采用厌氧处理，降低污染负荷，再用好氧生物处理。目前国内外啤酒工业废水的处理工艺较多，大致有：活性污泥法、生物转盘法、生物接触氧化法、厌氧生物法等。而本文介绍的是一种新型的生化反应器。已知在常温和常压下，水中溶解氧与压力有如下关系：CsCs0p/p0 （1）式中：Cs，Cs0压力分别为p，p0时氧在水中的饱和溶解度，mg/L。当水中的溶解氧质量浓度低于饱和溶解度时氧的传递速率为：dC/dt=KLa(Cs-C）（2）式中：KLa氧总转移系数，L/h；C水中实际溶解氧质量浓度，mg/L。由以上两式知压力越高水中溶解氧质量浓度越大，氧传递速率越快，根据这一原理我们研制出了垂直折流生化反应器（VTBR）。其主要特点为：该反应器高达10m，由于水深，与传统生物接触氧化法相比增加了氧利用率，供气量小，容积负荷高，内设导流板，可以使水在反应器中形成环流，提高了处理效率。并且占地面积小，总投资少，操作管理方便，无污泥膨胀问题、无异味污染。该装置已在河南省新乡市亚洲啤酒有限公司废水处理工程中运用。实践证明该工艺是可行的，为啤酒废水处理提供了一个成功实例。该工程被评为1999年河南省环保局主办的环境污染防治工程优秀设计一等奖。 1 废水水质水量及排放标准 该啤酒厂生产能力为10104t/a，废水量排放为2040m3/d，主要废水指标如表1。 表1 啤酒废水水质 取样地点(CODcr)/(mg.L-1)(BOD5)/(mg.L-1)(SS)/(mg.L-1)pH值麦芽车7糖化车间4000200015006-7发酵车间200010005006-7罐装车间4002003006-7总排放口2000110010006-7设计水量：2040m3/d设计水质：p（CODcr）15002500mm/L；p（BOD5）8001500mg/L；（SS）10002500mg/L；pH6-7。根据环保部门要求废水处理后水质必须达到以下指标：（CODcr）150mg/L；(BOD5）60mg/L；（SS）200mg/L； pH=69。 2 废水处理工艺设计 废水处理工艺流程如图1所示。废水首先通过微滤机去除大部分悬浮物，出水进入调节池，然后中提升泵打入VTBR反应器中进行生化处理，通过风机强制供风使废水与填料接触，维持生化反应的需氧量，VTBR反应器出水进入沉淀器，去除一部分脱落的生物膜以减轻气浮设备的处理负荷，之后流人气浮设备去除剩余的生物膜，污泥及浮渣送往污泥池浓缩后脱水。 3 主要构筑物及设备 3.1 调节池由于啤酒厂所排废水水质、水量不稳定，波动大，故设调节池1座兼作提升泵集水井。外形尺寸为15m6m3.5m，停留时间4h。内设80WG污水泵2台，1用1备。3.2 VTBR反应器VTBR反应器利用原有废旧酒精罐改造而成，罐高10m，直径4.5m。分为并联运行的2组，每组串联5个，共计10个。均采用鼓风机供气，曝气装置为KBB215可变孔式曝气器，内设BRT半软性生物填料，反应器外部加有一层保温材料。VTBR反应器（）容积负荷（以CODcr计）为：3kg/(m3d），停留时间9h。VTBR反应器（）容积负荷（以CODcr计）为：2kg/（m3d），停留时间6h。3.3 沉淀器 利用原有废旧酒精罐改造而成，钢制设备直径6m，内设斜管，有效水深3.5m，停留时间1.5h，表面水力负荷：3m3/（m2h）。3.4 气浮设备 采用QF100型成套气浮设备包括溶气罐、空压机、刮渣机、回流泵、释放器。溶气罐压力为0.250.3MPa，回流比3040。3.5 风机 机房设RE145型高压鼓风机2台，1用1备，H98kPa，q24.5m3/min，N75kW。 4 处理效果 工程由环保监测部门连续2d采样监测，其监测结果如表2。 表2 啤酒废水验收监测结果 原水生化出水气浮出水(CODcr)/(mg.L-1)(BOD5)/(mg.L-1)(SS)/(mg.L-1)pH值(CODcr)/(mg.L-1)(BOD5)/(mg.L-1)(SS)/(mg.L-1)pH值(CODcr)/(mg.L-1)(BOD5)/(mg.L-1)(SS)/(mg.L-1)pH值16508467745.0620897.82267.4090.519.381377.60169084114175.98231109.41977.4097.224.521017.62178098016785.982