蔗渣復配混凝劑對地表水的處理效果研究

張雅楠，黃金陽，吳端楷

(廈門大學嘉庚學院 ，福建 漳州 363105)

蔗渣復配混凝劑對地表水的處理效果研究

張雅楠，黃金陽，吳端楷

(廈門大學嘉庚學院 ，福建 漳州 363105)

以蔗渣為原料制備纖維素懸液，分別與硫酸鋁、氯化鐵和聚合氯化鋁復配，應用于對地表水的處理過程，研究蔗渣纖維素投加量等因素對混凝沉淀處理效果的影響。結果表明，蔗渣纖維素與硫酸鋁復配使用的效果較差，聚合氯化鋁次之，而與氯化鐵的復配效果最佳，當氯化鐵的投加量為20 mg/L時，蔗渣纖維素的最佳投加量為60 mg/L，最佳沉淀時間為20 min，出水的濁度最低可達0.14 NTU，且絮體沉降性能得到顯著提升。

蔗渣；混凝劑；復配；地表水

當前世界正向著環境友好和可持續發展方向前進，天然可再生資源的開發利用尤為引人關注。纖維素是人類已利用的資源中儲量最大的可再生資源，其優勢在于生物降解性能好、生物相容和可衍生化等，是作為水處理藥劑的優質基材，主要被用作生物能源[1]、保水劑[2]、吸附劑[3]等。

混凝沉淀是目前水處理過程中的關鍵環節，其處理效果與混凝劑的種類和性能關系密切。混凝沉淀法是目前國內外應用最廣泛的水處理方法之一[4]。常用的混凝劑如硫酸鋁、氯化鐵等存在投藥量多、產生的污泥量大、余鋁余鐵殘留等問題。余鋁對人體的骨骼、細胞、肝、肺、大腦及生殖系統造成損傷，尤其可能導致帕金森綜合癥危害[5]，單獨投加三氯化鐵的混凝技術和僅靠增加投藥量來控制水質的處理方法已不能有效地滿足原水的水質凈化[6]，亟待新的藥劑或處理技術來解決這些問題。

研制開發高效復配混凝劑是混凝處理廢水技術發展的重要方向之一[7]。本項目以蔗渣作為纖維素的原料，經預處理加工成纖維素懸液，研究其對常規混凝劑復配處理地表水的效果，以期能夠拓寬纖維素的應用領域，又能為常規混凝沉淀處理工藝提供新的參考技術。

1 實驗部分

1.1 實驗藥劑與儀器

蔗渣：將新鮮的甘蔗渣剪碎，用自來水沖洗后浸泡去除殘余糖分，每兩天換一次水，兩周后取出并在烘箱中于60℃下烘干24 h，取出破碎，并配制成10 g/L的蔗渣懸液。混凝劑：10 g/L的硫酸鋁溶液，10 g/L的氯化鐵溶液，10 g/L的聚合氯化鋁溶液等。原水：原水取自漳州校區湖水作為實驗水樣，濁度為11～35 NTU。

儀器：JJ-4A 型六聯同步自動升降攪拌機、SGZ-2P 型微機濁度儀、SGZ-20B便攜式濁度、JRM-01濕式破碎機、pH 計等。

1.2 評價指標

依據處理對象和實驗過程，參照《地表水環境質量標準》和《生活飲用水衛生標準》，選擇采用濁度為主要檢測指標評價水處理的效果。

1.3 實驗步驟

取6個1 L的燒杯分別加入1 L水樣，置于六聯攪拌機上，分別加入一定量的混凝劑，快速攪拌1 min，速度200 r/min，再加入一定量的蔗渣纖維素，慢速攪拌10 min 速度50 r/min；停止攪拌，靜置沉淀20 min，取上清液測定剩余濁度。

2 實驗結果與討論

2.1 蔗渣纖維素與硫酸鋁的復配效果

當原水濁度為 26.80 NTU，pH值為7.35，使用蔗渣纖維素與硫酸鋁復配，硫酸鋁的投加量為20 mg/L，研究蔗渣纖維素投加量對混凝沉淀效果的影響，結果如圖 1 所示。

圖1 蔗渣纖維素與硫酸鋁的復配效果

由圖1可見，隨著硫酸鋁投加量的增加，出水剩余濁度呈現先增大后減小的趨勢，當蔗渣投加量不足時，會影響硫酸鋁的處理效果，當蔗渣投加量大于40 mg/L后，處理效果顯著提升。這可能是因為原水濁度較低，膠體顆粒物和蔗渣量均較少，二者未能共同形成足夠多的大塊絮體，但隨著投加量的增大，蔗渣與小絮體相互碰撞聚集形成大塊絮體，提高了網捕和沉淀性能。因此，增大蔗渣纖維素的投加量有利于提高硫酸鋁的混凝沉淀處理效果，但所需的投加量較大。

2.2 蔗渣纖維素與聚合氯化鋁的復配效果

當原水濁度為27.10 NTU，pH 值為7.01，使用蔗渣纖維素與聚合氯化鋁復配，聚合氯化鋁的投加量為20 mg/L，研究蔗渣纖維素投加量對混凝沉淀效果的影響，結果如圖 2 所示。

圖2 蔗渣纖維素與聚合氯化鋁的復配效果

由圖可見，隨著蔗渣纖維素投加量的增加，出水剩余濁度不斷減小，當蔗渣纖維素投加量為40 mg/L時，剩余濁度為1.75 NTU。除了電中和作用之外，聚合氯化鋁的高分子鏈狀結構使其在絮凝過程中能發揮吸附架橋和網捕作用，因而處理效果優于硫酸鋁，再與蔗渣纖維素復配使用，能夠增大絮體結構，改良沉降性能，從而進一步提高混凝沉淀效果。因此，蔗渣纖維素與聚合氯化鋁復配能夠起到更好的協同增效的作用，強化處理效果。

2.3 蔗渣纖維素與氯化鐵的復配效果

當原水濁度為 27.70 NTU，pH值為7.44，使用蔗渣纖維素與氯化鐵復配，氯化鐵的投加量為20 mg/L，研究蔗渣纖維素投加量對混凝沉淀效果的影響，結果如圖3所示。

圖3 蔗渣纖維素與氯化鐵的復配效果

由圖3可見，隨著蔗渣纖維素投加量的增加，出水剩余濁度持續降低，且與聚合氯化鋁相比，處理后剩余濁度更低，當蔗渣纖維素投加量為40 mg/L時，剩余濁度為0.97 NTU。究其原因，一方面是因為相比鋁系混凝劑而言，氯化鐵生成絮體沉降性能好，適于處理低溫低濁度水；另一方面，蔗渣纖維素的加入彌補了鐵系混凝劑在吸附架橋和網捕能力方面的不足。因此，蔗渣纖維素與氯化鐵復配能夠相互取長補短，其混凝沉淀處理效果優于硫酸鋁和聚合氯化鋁。

2.4 蔗渣投加量對混凝沉淀效果的影響

當原水濁度為 35.8 NTU，pH 值為 6.98，氯化鐵的投加量為20 mg/L，研究蔗渣纖維素投加量對混凝沉淀處理效果的影響，結果如圖 4 所示。

圖4 蔗渣投加量對混凝沉淀效果的影響

由圖4可見，隨著蔗渣纖維素投加量的增加，剩余濁度逐漸減小，當投加量為60 mg/L時，剩余濁度最小，為1.92 NTU，而后繼續增大投加量，濁度反而升高。這主要是因為適量的蔗渣纖維素能夠起到協同增效的作用，但過量投加后蔗渣纖維素濃度過高，一些細小纖維難于沉淀，反而影響出水水質。因此，當與氯化鐵復配時，蔗渣纖維素的最佳投加量為60 mg/L時，實驗條件下的處理效果最好。

2.5 沉淀時間對混凝沉淀效果的影響

當原水濁度為11.3 NTU，pH值為7.10，氯化鐵投加量為20 mg/L，蔗渣纖維素投加量為60 mg/L，研究沉淀時間對混凝沉淀效果的影響，結果如圖5所示。

由圖5可見，沉淀初期出水剩余濁度快速下降，經過5 min后剩余濁度緩慢下降，當沉淀時間為20 min時，出水濁度最低，達到0.14 NTU，而后趨于平緩。因此，確定沉淀時間為20 min即可達到理想處理效果。

圖5 沉淀時間對混凝沉淀效果的影響

3 結論

以蔗渣為原料制備纖維素，與常規混凝劑進行復配使用能夠提高混凝沉淀處理效果，但蔗渣與硫酸鋁的復配效果較差，與聚合氯化鋁PAC的效果次之，與氯化鐵復配的處理效果最好。當氯化鐵的投加量為20 mg/L時，蔗渣纖維素的最佳投加量為60 mg/L，最佳沉淀時間為20 min，出水的濁度最低可達0.14 NTU，且生成的絮體較大，沉淀速度較快。

雖然蔗渣纖維素能夠起到一定的助凝效果，但使用過程仍然存在預處理方法復雜，無法長期保存，可能存在糖分等物質殘留等問題，有待進一步研究解決。

[1] 曹軍衛，高 志，凌定元，等. 生物技術在能源領域的應用于發展前景[J].山東化工，2015，44(7)：60-63.

[2] 羅成成，王 暉，陳 勇. 纖維素的改性級應用研究進展[J]. 化工進展，2015，34(3)：768-773.

[3] 胡劍燦，肖 敏，李改利. 纖維素/殼聚糖復合吸附劑的制備及其對重金屬離子吸附的研究[J].山東化工，2016，45(14)：150-154.

[4] 徐慶源. 用于廢水凈化與資源化的新型化學絮凝劑[J]. 化工環保，1994，14(5)： 281- 289 .

[5] 謝 菁，陳有軍，畢 哲，等. 鐵鋁復配混凝劑處理低溫低濁水[J]. 環境工程學，2014，8(9)：3546-3552.

[6] 龔淑艷，宋慶原，高 斌，等. 強化混凝處理高藻水效果的研究[J]. 供水技術，2008，2(3)：20-23.

[7] 盧徐節，張森佳，韓 麗. 復合混凝劑在活性染料廢水中的應用[J]. 上海環境科學，2009，28(2)：87-89.

(本文文獻格式：張雅楠，黃金陽，吳端楷.蔗渣復配混凝劑對地表水的處理效果研究[J].山東化工，2017，46(10)：176-178.)

Research of the Surface Water Processing on theEffect of Remixeing Bagasse Cellouse with Coagulant

ZhangYanan，HuangJinyang，WuDuankai

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

Bagasse was used as raw material to prepare cellouse suspension by remixing with aluminium sulphate, ferric chloride and aluminium polychlorid, respectively. The prepared suspension was used for surface water processing. In this paper, the influence of factors including bagasse amount on coagulation sedimentation processing were studied. It was shown that combination of bagasse cellouse and aluminium sulphate led to the poorest result, followed by aluminium polychlorid and best result was from combination of bagasse and ferric chloride. When filling amount of ferric chloride was 20 mg/L, the optimum amount of bagasse cellouse was 60 mg/L and the optimium sedimentation time was 20 min. This combination resulted in a water turbidity as low as 0.14 NTU and a significantly improved sedimentation effect of floc.

bagasse; coagulation; remixed; surface water

2017-03-31

廈門大學嘉庚學院大學生創新創業訓練計劃項目(201613469032)"項目資助

張雅楠(1996—)，山西榆林人，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(2017)10-0176-03

資源與環境