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1、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
2、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
3、 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
4、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
5、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
6、 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
7、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
8、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
9、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、
10、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Fe 2(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
11、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(%) 16 10比重(g/mL) - 1.30碱化度(%) 820 820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
12、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
13、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
14、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
15、下关系：C sC s0p/p0 （1）式中：C s，C s0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=K La(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
