混凝劑與高分子絮凝劑聯(lián)合投加去濁試驗研究

陳益濱 何 超 孔楊勇

(浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 浙江 杭州 311231)

絮凝沉淀法是應(yīng)用最廣泛，成本最低的水處理方法之一。為提高混凝效果，經(jīng)常在水處理中在投加混凝劑的同時投加高分子絮凝劑，使之形成大而密實的絮體，從而得到更好的出水水質(zhì)。

高分子絮凝劑在水中的絮凝機理主要是高分子物質(zhì)的吸附架橋[1]。混凝劑與高分子絮凝劑在水處理過程中聯(lián)合投加可以形成一種密度大，具有類凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高密度網(wǎng)狀絮體。這種結(jié)構(gòu)是單獨投加方式形成的普通絮體所不具備的。該種高密度網(wǎng)狀絮體區(qū)別于普通絮體的不同特性在水處理過程中對于出水水質(zhì)有著特殊影響。

1 試驗條件

1.1 試驗裝置

武漢恒嶺科技生產(chǎn)的TDT-2型濁度儀

深圳中潤水工業(yè)技術(shù)發(fā)展公司的ZR4-6型混凝試驗攪拌機

1.2 試驗材料

原水配制：采用河底泥，用自來水浸泡后，經(jīng)0.053mm的篩網(wǎng)過濾，用加權(quán)平均法粗算定容量某一濁度的原水所需的泥水和自來水量，根據(jù)濁度大小加入自來水或泥水直到滿足為止。

混凝劑和助凝劑種類：試驗混凝劑選用蘭州澤銳凈水劑公司生產(chǎn)的聚合鋁鐵PAFC、聚合氯化鋁PAC、Al2(SO4)3· 8H2O、FeCl3·6H2O，助凝劑選用上述公司生產(chǎn)的聚丙烯酰胺（陰離子PAM）。

2 試驗過程

試驗水樣：配制一定濁度的原水，分別量取1000mL混凝試驗攪拌機的燒杯內(nèi)。

藥劑投加：配制10g/L劑溶液，0.5g/L的助凝劑溶液，做混凝劑單獨投加試驗時，分別按不同的投量投加到原水燒杯對應(yīng)的加藥管內(nèi)，待反應(yīng)開始由攪拌機自動投加。做混凝劑和助凝劑聯(lián)合投加時，混凝劑按單獨投加時的最佳投量投加到六個試管中，手動投加。助凝劑按不同的投量投加到原水燒杯對應(yīng)的加藥管內(nèi)，在反應(yīng)到1min拌機自動投加。

攪拌控制：混凝攪拌機的參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 混凝攪拌機的參數(shù)設(shè)置

水質(zhì)測定：將混凝反應(yīng)后的水樣靜沉3min，在燒杯的取樣口取水樣并測定濁度。

3 結(jié)果及分析

3.1 和絮凝劑的最佳投藥量

試驗條件下，混凝劑和絮凝劑的最佳投藥量隨著濁度的升高而增加，結(jié)果如表2所示。

表2 不同濁度下高分子混凝劑最佳投藥量(mg/L)

3.2 加和單獨投加出水余濁

PAFC和PAC在不同濁度原水條件下，不論無機混凝劑選用的是PAFC或PAC，采用聯(lián)合投加方式所得的最佳靜沉出水余濁均小于單獨投加方式，如圖1所示。由此，可以說明聯(lián)合投加方式形成的高密度網(wǎng)狀絮體的自由沉降性能優(yōu)于單獨投加方式所形成的普通絮體。

圖1 兩種投加方式最佳靜沉出水余濁對比圖

這是由于投機高分子有機絮凝劑后，大大加強了吸附架橋作用。從而使高分子鏈上所吸附的分子量大大增加。這加大了絮體的密度，提高了自由沉淀的效率。而高分子鏈相互架橋形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在沉降過程中也有助于加強對一些微粒的網(wǎng)捕卷掃作用，進一步降低靜沉余濁。這些作用在原水濁度較高（300NTU）時效果相對明顯，是由于原水中懸浮物濃度相對較高，絮凝劑可吸附的分子量較多，導(dǎo)致絮體密度較高。而且，高分子鏈相互架橋形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也更為致密。

3.3 凝劑出水濁度最佳狀態(tài)對比

原水濁度在50NTU左右時，PAFC、PAC、氯化鐵、硫酸鋁的最佳投藥量分別為20mg/L、25mg/L、60mg/L、70mg/L。圖2為這四種混凝劑與PAM聯(lián)合投加的最佳投藥量狀態(tài)下的靜沉余濁和PAM的最佳投量。

圖2 不同混凝劑聯(lián)合投加最佳靜沉出水余濁和PAM投量對比圖

對于聯(lián)合投加方式所形成的高密度網(wǎng)狀絮體而言，PAFC和PAC的出水余濁相當(dāng)，氯化鐵和硫酸鋁的靜沉余濁相當(dāng)。PAFC和PAC的出水余濁明顯較低，出水效果較好。與氯化鐵和硫酸鋁相比，PAFC和PAC所需的PAM只相當(dāng)于前者的一半。這說明由無機高分子混凝劑和PAM聯(lián)合投加所形成的高密度網(wǎng)狀絮體的自由沉降性能優(yōu)于投加簡單無機混凝劑所形成的高密度網(wǎng)狀絮體，且PAM的投加量少。

這是由混凝劑的自身的物理化學(xué)特性所決定的。以鋁鹽為例，其在水中的水解產(chǎn)物分成四類：單體和小聚合物；中等大小聚合物；大聚合物；固體A1(OH)3(S)。就可以看出它們的各種物種的分布比例極為不同[72]。硫酸鋁在水中的水解產(chǎn)物以單體和小聚合物、固體A1(OH)3(S)居多，而中等大小聚合物和大聚合物較少或沒有。PAC在水中的水解產(chǎn)物的分布從數(shù)量和種類上都比較均勻。

正是由于本身水解產(chǎn)物中有大量的中等大小聚合物和大聚合物，無機高分子混凝劑自身就具有相當(dāng)?shù)奈郊軜蚰芰Γ瑫r相互吸附架橋的聚合物也比單體有更高的分子量，可以形成更加致密的絮體。因此，由高分子無機混凝劑聯(lián)合投加所形成的高密度網(wǎng)狀絮體，在投加較少量的PAM的情況下，仍能取得比簡單無機混凝劑聯(lián)合投加所形成的高密度網(wǎng)狀絮體有更好的自由沉降特性和更好的出水余濁。

4 結(jié)論

4.1 混凝劑與高分子絮凝劑聯(lián)合投加有更低的出水余濁，其形成的高密度網(wǎng)狀絮體的自由沉降性能優(yōu)于單獨投加方式所形成的普通絮體。

4.2 高分子無機混凝劑與高分子絮凝劑聯(lián)合投加的效果較之簡單無機混凝劑與高分子絮凝劑聯(lián)合投加的效果要好。

［1］嚴(yán)世熙，編.給水工程 [M].4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999，12∶263.

［2］許保玖，編.給水處理理論 [M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000，10∶181-182.