聚合硅酸鐵處理低溫低濁水的效果研究*

張 毅 裴厚龍 方正梅 方正瓊

（云南梓康廷環保科技有限公司，云南 昆明650203）

0 前言

低溫低濁水是水處理技術中的一大難題。由于水溫低，水的粘度大，水中微粒濃度低，尺寸小且分布均勻，導致絮凝反應慢，生成的絮凝體（礬花）小而不易沉降[1]。混凝處理是低溫低濁水凈化處理中的一個重要過程。之前曾有研究表明[2]用聚合氯化鋁鐵處理低溫低濁水，存在投加量較大，生成的絮凝體輕而細小，沉淀慢，絮體破碎嚴重等缺點。所以急需開發更經濟、更有效的絮凝劑來處理低溫低濁水。

活化硅酸作為助凝劑在給水處理中應用已有幾十年的歷史，在強化低溫水的混凝、提高除濁效率、降低混凝劑的用量等方面效果顯著，在給水處理領域具有很好的應用空間。但由于配制時易凝膠化、保存期短等缺點，限制了它的廣泛使用[3]。

本公司研制出貯存期明顯延長的聚合硅酸鐵（PSF），本實驗用聚硅酸鐵處理低溫低濁水，并與市售聚合氯化鋁（聚合氯化鋁（PAC））的混凝效果相比較。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及藥品

ZR4-2混凝實驗攪拌機、721型可見分光光度計、SGZ-B圖像便攜式濁度儀、FA2204B電子天平、COD-11型化學需氧量速測儀、PHS-3C上海精科pH計。

市售聚合氯化鋁（PAC），Al2O3%為10.53%，鹽基度48%

自制Si/Fe摩爾比為1:1的聚合硅酸鐵（PSF）

1.2 溶液配置

分別稱取上述液體樣品混凝劑1g，稀釋至1000ml容量瓶，配成1g/L濃度溶液，搖勻，備用。

1.3 實驗步驟

水樣取自昭通大漁洞水庫，取10份1000圖像ml水樣，加入一定量的混凝劑，在轉速為500r/min下攪拌1圖像min，然后在50圖像r/min下攪拌10圖像min，攪拌停止后靜止沉降20圖像min，圖像期間觀察絮凝體形成時間、形狀、大小和沉降狀況，在液面下2～3圖像cm處吸取上清液，圖像用濁度計測濁度，用鉑鈷標準比色法測定色度，用重鉻酸鉀氧化法測定化學需氧量（COD），用pH計測定其pH值。

表1 原水條件Tab.1 The conditions of raw water

2 實驗結果與討論

2.1 處理低溫低濁水剩余濁度對比

聚合硅酸鐵（PSF）與同等劑量的聚合氯化鋁（聚合氯化鋁（PAC））處理后的剩余濁度進行對比，實驗結果如表2和圖1所示。

表2 聚合氯化鋁（PAC）和聚合硅酸鐵（PSF）對剩余濁度的影響Tab.2 Influence of PAC and PSF to residual turbidity

圖1 聚合氯化鋁（PAC）和聚合硅酸鐵（PSF）對剩余濁度的影響Fig.1 Influence of PAC and PSF to residual turbidity

由表2和圖1可以看出，聚合硅酸鐵（PSF）不僅能很好地降低低溫低濁水的濁度，而且與目前常用的聚合氯化鋁（PAC）混凝效果相比有明顯的優越性：用量少，在相同投加量情況下，剩余濁度遠低于聚合氯化鋁（PAC）。而且在實驗過程中觀察到，聚合硅酸鐵（PSF）在水處理過程中較聚合氯化鋁（PAC）產生的礬花大，沉降時間更短。可能是由于聚合硅酸鐵（PSF）能形成更長的分子鏈，具有更強的電中和作用和網捕作用，沉降速度也就更快。

2.2 處理低溫低濁水色度對比

聚合硅酸鐵（PSF）與同等劑量的聚合氯化鋁（PAC）處理后的色度進行對比，實驗結果如表3和圖2所示。

表3 聚合氯化鋁（PAC）和聚合硅酸鐵（PSF）對色度的影響Tab.3 Influence of PAC and PSF to chroma

圖2 聚合氯化鋁（PAC）和聚合硅酸鐵（PSF）對色度的影響Fig.2 Influence of PAC and PSF to chroma

由表3和圖2可見，聚合硅酸鐵（PSF）去除色度的能力比聚合氯化鋁稍強一些，最佳投加量在4.5mg/L-9mg/L，均符合飲用水標準（低于 15）。

2.3 處理低溫低濁水COD變化

聚合硅酸鐵（PSF）與同等劑量的聚合氯化鋁（PAC）處理后的COD進行對比，實驗結果如表4和圖3所示。

表4 聚合氯化鋁（PAC）和聚合硅酸鐵（PSF）對COD的影響Tab.4 Influence of PAC and PSF to COD

圖3 聚合氯化鋁（PAC）和聚合硅酸鐵（PSF）對COD的影響Fig.3 Influence of PAC and PSF to COD

由表4和圖3可看出，聚合硅酸鐵（PSF）對COD的去除效果明顯優于聚合氯化鋁（PAC），在投加量為4.5mg/L到6mg/L效果最好。

2.4 PSFC對處理后水pH值的影響

考慮到飲用水在處理后的pH值影符合飲用水標準pH=6.5～8.5，為此，專門測定了聚合氯化鋁（PAC）和聚合硅酸鐵（PSF）投加后對水處理后的PH的影響，原水樣的pH值為8.1。

表5 聚合氯化鋁（PAC）和聚合硅酸鐵（PSF）對水樣PH的影響Tab.5 Influence of PAC and PSF to PH

圖4 聚合氯化鋁（PAC）和聚合硅酸鐵（PSF）對水樣PH值的影響Fig.4 Influence of PAC and PSF to PH

由表5和圖4可看出，隨著PSF投加量的增加，雖然處理后水樣的pH值逐漸降低，但均符合飲用水標準。

3 結論

溫度較低時，而聚合硅酸鐵（PSF）助凝的主要機理為高分子鏈的吸附架橋作用，受溫度的影響很小，可以把顆粒連接起來形成大的礬花，從而保證混凝和沉淀的效果。因此聚合硅酸鐵（PSF）是一種新型的無機高分子混凝劑，混凝能力強、礬花大、沉降快、水溫和pH值適應范圍廣，能有效地處理低溫低濁水，效果優于聚合氯化鋁（PAC）作混凝劑時的混凝效果。而且處理前后pH值基本無變化，可以在水處理中大量用于低溫低濁水的處理。同時還可縮短水樣在處理系統中的停留時間，因而可提高系統的處理能力，并有望取代鋁鹽處理飲用水而根除水中殘余鋁對人體健康的影響。

［1］龔云峰,吳春華,丁桓如.低溫低濁水處理技術[J].華東電力,2004(11):14-16.

［2］徐錳,李風亭,張冰如.處理水庫低溫低濁水混凝劑的優選[J].凈水技術,2009(03):69-72.

［3］黃正杰,張楠.活化硅酸的制取和保存[J].山西建筑,2013(12):111-113.

［4］胡子斌,王向明,付紅亮.聚硅酸鐵處理低溫低濁水的研究[J].工業用水與廢水,2004(04):21-22.