不同助凝劑對地表水的混凝效果的影響研究

姚鑫迪，黃金陽，李 昭，柯澤偉，楊 然，黃 元

(廈門大學嘉庚學院 ，福建 漳州 363105)

資源與環境

不同助凝劑對地表水的混凝效果的影響研究

姚鑫迪，黃金陽，李 昭，柯澤偉，楊 然，黃 元

(廈門大學嘉庚學院 ，福建 漳州 363105)

選擇纖維素、PAM、殼聚糖、硅藻土等作為助凝劑，在減小常規混凝劑投加量的基礎上，通過單因素實驗研究不同助凝劑對地表水的混凝沉淀處理效果的影響，以期在降低處理后出水的余鋁同時，對比不同類型助凝劑的強化凈水效果，為助凝劑的合理選擇和使用提供參考。實驗結果表明，當原水濁度為33.60 NTU，硫酸鋁投加量為20 mg/L時，以纖維素作為助凝劑的最佳投加量為20 mg/L，出水濁度為2.14 NTU，其助凝效果和處理成本優于其他助凝劑；而使用殼聚糖和硅藻土作為助凝劑，投加量越大出水的濁度越低，但殼聚糖殘留水中易導致高錳酸鹽指數升高；陽離子型PAM作為助凝劑使用應當嚴格控制投加量，否則反而會影響處理效果。

助凝劑；混凝；沉淀；地表水

1 緒論

常規混凝劑在使用時需配制成一定濃度的溶液后投加使用，常常導致過量的藥劑在水中殘留，隨著水體污染的加重，對水處理的要求愈來愈高，尤其是給水處理中，對殘留鋁的限制越來越多[1]。而助凝技術作用廣泛，具有減少混凝劑投加量、降低水質有機物含量、去除重金屬及放射性物質等對環境和人體有負面影響的毒性物質等作用[2]，可一定程度上解決這一問題。

助凝劑種類繁多，如聚丙烯酰胺(PAM)[3]、聚丙烯酸等人工合成物質，以及殼聚糖[4]、硅藻土[5]等天然物質。此外，作為鏈狀高分子有機物的纖維素因其來源廣泛、價格低廉，具有吸附性和疏水性等特點，具備作為助凝劑的潛力。因此，本文選用纖維素、硅藻土、殼聚糖、PAM作為研究對象，對不同種類的助凝劑對地表水混凝沉淀處理效果進行研究，以為混凝沉淀處理過程中合理選擇混凝劑和助凝劑提供參考。

2 混凝沉淀實驗

2.1 實驗儀器與藥劑

本項目所用儀器主要有JJ-4A型六聯同步自動升降攪拌機、SGZ-2P型微機濁度儀、SZ-1000A-3超高速多功能粉碎機、JRM-01濕式破碎機、pH計等。

10 g/L的硫酸鋁溶液，10 g/L的纖維素懸浮液，1 g/L的陽離子聚丙烯酰胺溶液，1 g/L的殼聚糖溶液，硅藻土。原水取自廈門大學漳州校區湖水，水溫為15～23℃，pH值為7.0～9.0。

2.2 評價指標

依據本實驗的處理對象和過程，參照《地表水環境質量標準》和《生活飲用水衛生標準》，選擇采用高錳酸鹽指數和濁度為主要檢測指標評價水處理的效果。

2.3 實驗方法

取6個1 L燒杯，分別加入1 L水樣，投加一定量的藥劑，在六聯攪拌機上高速攪拌1 min，速度200 r/min；中速攪拌5 min，速度100 r/min；慢速攪拌10 min，速度50 r/min，靜置30 min后，在上清液面下2～3 cm處，取部分上清液測定其濁度或高錳酸鹽指數。

3 結果分析與討論

3.1 單獨使用鋁鹽的混凝沉淀效果

當原水濁度為37.30 NTU，pH值為7.35，采用2.3中所述實驗方法，研究單獨使用鋁鹽時投加量對混凝沉淀效果的影響，結果如圖1所示。

圖1 硫酸鋁投加量對混凝沉淀效果的影響

由圖可見，隨著硫酸鋁投加量的增加，濁度快速下降，當投加量為40 mg/L時，濁度最低，為3.23 NTU，而后繼續增大投加量，濁度反而上升。為便于與助凝劑的處理效果進行比較，確定助凝實驗中硫酸鋁的投加量為20 mg/L，相應的剩余濁度為10.79 NTU，濁度去除率為71.07%。

3.2 投加量對混凝沉淀出水濁度的影響

當原水濁度為33.60 NTU，硫酸鋁投加量為20 mg/L，以纖維素、殼聚糖、PAM、硅藻土作為助凝劑，研究不同助凝劑對混凝沉淀效果的影響，結果如圖2所示。

由圖2可見，隨著投加量的增加，不同助凝劑處理后的出水濁度均有不同程度的處理效果和變化趨勢。當投加量為0～20 mg/L時，四種助凝劑均具有一定的助凝效果。其中以纖維素為助凝劑的出水濁度下降速度最快，殼聚糖和硅藻土分別次之，這是由于纖維素的纖維狀、鏈狀高分子、吸附性等特點使得其相比殼聚糖和硅藻土具有更好的吸附架橋和網捕能力；而PAM則呈現先下降后上升的趨勢，這是因為帶有正電荷的陽離子型PAM由于投加量過多使得水中膠體"再穩定"的結果。之后繼續增大投加量，以纖維素為助凝劑的出水濁度逐漸上升，這可能是因為過量投加后纖維素中一些細小纖維難于沉降，反而影響了沉淀的處理效果；而殼聚糖和硅藻土作為助凝劑的出水濁度仍呈下降趨勢，這是由于殼聚糖主要以吸附架橋作用為主幫助混凝，而硅藻土側重于改良絮體沉降性能，因此投加量越多，助凝效果越好。

因此，當以廈門大學漳州校區湖水作為處理對象時，以纖維素作為助凝劑，最佳投加量為20 mg/L時，混凝沉淀后出水濁度為2.14 NTU，去除率為93.63%，其助凝效果和處理成本大大優于使用PAM的情況；而使用殼聚糖和硅藻土作為助凝劑，投加量越大出水的濁度越低，處理效果越好；陽離子型PAM的作為助凝劑使用，應當嚴格控制投加量，否則反而會影響處理效果。

圖2 不同助凝劑對混凝沉淀效果的影響

3.3 不同助凝劑對混凝沉淀出水高錳酸鹽指數的影響

高錳酸鹽指數越低，說明水體中的還原性物質、有機物、微生物含量低。由于所用的助凝劑加入水中后可能引起殘留，導致水中還原性物質增加，因此有必要研究不同助凝劑處理后出水的高錳酸鹽指數。當原水濁度為33.60 NTU，硫酸鋁投加量為20 mg/L，助凝劑投加量為20 mg/L時，研究不同助凝劑對混凝沉淀后出水的高錳酸鹽指數的影響，結果如圖3所示。

由圖3可見，高錳酸鹽指數由高到低依次為殼聚糖>PAM>硅藻土>纖維素，這可能是因為殼聚糖因部分溶解于水中而發生殘留，導致高錳酸鹽指數較高；PAM因該投加量下凈水效果較差，使得高錳酸鹽指數偏高，硅藻土雖然助凝效果一般，但由于其主要成分為礦物，投入水中后對還原性物質的量影響不大；纖維素由于其疏水性、吸附性和較好的助凝效果，因而高錳酸鹽指數較低，為1.41 mg/L。而實驗中卻發現投加四種助凝劑的出水高錳酸鹽指數卻略高于不投加助凝劑的情況(高錳酸鹽指數為1.09 mg/L)，這可能是因為測定高錳酸鹽指數所取水樣量大，其中仍有部分助凝劑殘留，在測定過程中消耗了部分高錳酸鉀，使得高錳酸鹽指數偏高所致。該問題有望在自來水處理過程的過濾環節得到解決，因此不影響助凝劑在混凝沉淀環節的使用。

圖3 不同助凝劑的高錳酸鹽指數

4 總結

本文研究了不同助凝劑對地表水混凝沉淀處理效果的影響，實驗結果表明，陽離子型聚丙烯酰胺作為助凝劑使用時應控制用量大小；殼聚糖雖然有一定的助凝效果，但卻會因殘留導致高錳酸鹽指數上升較高；硅藻土具有較為穩定的助凝效果；而纖維素在投加量較低的情況下即可獲得較好的凈水效果，且處理成本相對較低，較為適合用于地表水混凝沉淀的助凝劑。但是，幾種助凝劑因殘留而導致高錳酸鹽指數過高的問題仍有待進一步研究解決。

[1] 苗 晶，岳欽艷，高寶玉.高濃聚合氯化鐵混凝劑的制備及其混凝效果研究[J].工業水處理，2002(8)：22-25.

[2] 王 華，何玉鳳，何文娟，等.纖維素的改性及在廢水處理中的應用研究進展[J].水處理技術，2012, 38(5):1-6.

[3] 鄭幼松.聚丙烯酰胺類絮凝劑的現狀與進展[J].山東化工，2009，38(7)：24- 27.

[4] 郭聰會.綠色天然高分子絮凝劑殼聚糖的應用研究[D].西安：西北大學，2009.

[5] 許小潔，吳純德，董 琪，等.聯合硅藻土與PAC強化混凝處理含藻微污染原水[J].環境工程學報，2011，5(9)：1979-1983.

(本文文獻格式：姚鑫迪，黃金陽，李 昭，等.不同助凝劑對地表水的混凝效果的影響研究[J].山東化工，2016，45(12)：173-175.)

The Research of Coagulation and Settlement on the Effect of Different Coagulant for the Surface Water

Yao Xindi，Huang Jinyang，Li Zhao，Ke Zewei，Yang Ran，Huang Yuan

(Tan Kah Kee College ,Xiamen University , Zhangzhou 363105,China)

We choose Cellulose, PAM, Chitin and Diatomite as coagulant aids in this paper, through the single factor experiment to research different coagulant aids' influence for the surface water in coagulation sedimentation treatment effect is based on reducing the dosage of the conventional coagulant, which is looking forward to reducing the content of residual aluminum in the treated water while comparing different types of coagulant aids to strengthen the effect of water purification, it can be served as a reference in the selection of coagulants and the use of coagulants. Experimental result shows that when the raw water turbidity is 33.60 NTU, the dosage of aluminum sulfate is 20 mg / L, treating cellulose as coagulant aid and the best dosage of cellulose is 20 mg/L, turbidities of treated water is 2.14 NTU. We can see that the effect and costing of cellulose is better than other coagulant aids. While treating chitin and diatomite as coagulant aids, the more dosage of them, the lower turbidities of treated water is, but the residual chitin in water can higher the permanganate index. Last but not least, when cationic PAM is treated as coagulant aid, whose dosage should be controlled strictly , otherwise will cause some bad effects on the effect of treatment.

coagulant aid;coagulation; sedimentation; surface water

2016-04-26

"廈門大學嘉庚學院大學生創新創業訓練計劃項目(201513469025)"資助。

姚鑫迪(1994—)，女，福建福州人，廈門大學嘉庚學院本科生，給排水科學與工程專業。

X703

A

1008-021X(2016)12-0173-03