摘要：選用兩種無機(jī)高分子混凝劑聚合氯化鋁（PAC）和聚合氯化鋁鐵（PAFC），與傳統(tǒng)混凝劑Al₂(SO₄)₃處理微污染地表水。以濁度和COD_Mn去除率為主要指標(biāo)，考察投藥量和pH對(duì)混凝效果的影響。通過考察沉淀時(shí)間對(duì)濁度去除效果的影響，結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，討論三種混凝劑生成礬花的大小和沉降性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PAC和PAFC在5mg/L的投藥量下可以取得較好的混凝效果，出水符合GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。三種混凝劑的較佳pH為6，PAFC受pH影響較小，當(dāng)pH為5-8時(shí)可取得較好的COD_Mn去除效果。PAFC生成的礬花體積較大，沉降性能較好，在實(shí)際應(yīng)用中可縮短沉淀池的水力停留時(shí)間。

0引言

微污染地表水中的天然有機(jī)物（NOM）是形成具有“三致”毒性的消毒副產(chǎn)物的主要前驅(qū)物之一。目前，常用的去除NOM的方法是強(qiáng)化混凝，即通過研制新型混凝劑、增加混凝劑投藥量和強(qiáng)化混凝條件等方法提高NOM的去除率。無機(jī)高分子混凝劑是近二十年來發(fā)展起來的，并逐漸成為水處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。水體pH及混凝過程的水力條件是影響混凝效果的主要因素，因此調(diào)節(jié)pH和優(yōu)化水力條件也是提高混凝效果的主要途徑。本文以微污染水庫(kù)水為研究對(duì)象，選取聚合氯化鋁和聚合氯化鋁鐵兩種無機(jī)高分子混凝劑，考察兩種混凝劑強(qiáng)化混凝去除濁度和有機(jī)物的效果。

1、實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用水樣取自北方某大型水庫(kù)，水質(zhì)指標(biāo)為：水溫為17.6-19.3℃，濁度為7.87-9.40NTU，ρ（COD_Mn）為5.05-5.68mg/L。

1.2混凝劑的合成

取一定量的AlCl₃·6H₂O，用去離子水溶解。在磁力攪拌的條件下，按照OH^-/Al=1.0緩慢加入一定量的無水Na₂CO₃。待泡沫完全消失后，繼續(xù)攪拌3h，即得到PAC混凝劑。

用摩爾比為5:1的AlCl₃·6H₂O和FeCl₃·6H₂O代替上述步驟中的AlCl₃·6H₂O，并按OH^-/（Al+Fe）=1.0加入無水Na₂CO₃，即可制得PAFC混凝劑。

將制得的PAC和PAFC混凝劑稀釋至10mg/L（以Al₂O₃+Fe₂O₃計(jì)），備用。

1.3燒杯實(shí)驗(yàn)

燒杯實(shí)驗(yàn)在混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)上進(jìn)行。向6個(gè)燒杯中分別加入1L的水樣，加入一定量的混凝劑。以250r/min快速攪拌2min后，再以50r/min轉(zhuǎn)速繼續(xù)攪拌10min。靜置沉淀15min后，取一定量的上清液進(jìn)行指標(biāo)測(cè)試。部分水樣用濁度計(jì)和zeta電位儀測(cè)量濁度和zeta電位，部分水樣按酸性高錳酸鉀法測(cè)量COD_Mn。

2、結(jié)果與討論

2.1投藥量對(duì)混凝效果的影響

在原水pH條件下，向地表水樣中加入一定量的PAC和PAFC混凝劑，以傳統(tǒng)混凝劑Al₂(SO₄)₃為對(duì)比。考察混凝劑投加量對(duì)濁度和COD_Mn去除效果的影響。

圖1為3種混凝劑在不同投藥量下的濁度去除效果，從圖1可知：在實(shí)驗(yàn)條件下三種混凝劑對(duì)濁度的去除率均隨投藥量的增加而增加，其中當(dāng)投藥量到達(dá)4mg/L以上時(shí)，濁度去除率增加不大，出水濁度趨于穩(wěn)定。3種混凝劑對(duì)COD_Mn的去除效果也呈現(xiàn)出隨投藥量增加而升高的趨勢(shì)，見圖1b，當(dāng)PAC和PAFC兩種混凝劑的投藥量大于5mg/L時(shí)，COD_Mn去除率可達(dá)45%，此時(shí)上清液中COD_Mn＜3mg/L，達(dá)GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。在相同投藥量下，與Al₂(SO₄)₃相比，兩種高分子混凝劑可以取得較好的濁度和有機(jī)物去除效果；同時(shí)，復(fù)合混凝劑PAFC較PAC效果更佳，而在燒杯實(shí)驗(yàn)過程中可以發(fā)現(xiàn)加入PAFC混凝劑后，生成的礬花明顯較PAC和Al₂(SO₄)₃大，這可能是因?yàn)殍F鹽的加入可以與鋁鹽產(chǎn)生協(xié)同作用，使得生成礬花的體積增加，同時(shí)取得較好的濁度和有機(jī)物去除效果。有人在使用自制聚合氯化鋁鐵混凝劑處理黃河水和生活污水時(shí)發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象。

不同投藥量下混凝出水的zeta電位如圖2所示。結(jié)果表明：增加混凝劑的投藥量可以降低水中膠體顆粒表面所帶的負(fù)電荷，出水中膠體顆粒的zeta均隨投藥量的增加而升高。Al₂(SO₄)₃和PAC兩種混凝劑分別在投藥量3-4mg/L和5-6mg/L時(shí)達(dá)到等電點(diǎn)，繼續(xù)增加投藥量，水中膠體顆粒所帶電荷為正。而在實(shí)驗(yàn)投藥量范圍內(nèi)，PAFC混凝劑未能中和膠體顆粒表面的負(fù)電荷。在相同投藥量下，3種混凝劑相比較，Al₂(SO₄)₃的zeta電位較高，這說明其電中和能力較強(qiáng)。而圖1的結(jié)果表明，在相同投藥量下，PAFC的混凝效果較佳，而Al₂(SO₄)₃效果較差。這說明電中和能力并非影響混凝效果的因素。

2.2 pH對(duì)混凝效果的影響

改變水樣的pH，分別投加5mg/L的混凝劑，考察pH對(duì)濁度和有機(jī)物去除效果的影響，結(jié)果如圖3所示。結(jié)果表明：濁度去除率隨pH的增加而升高。這可能是因?yàn)樵谳^低的pH下混凝劑水解不充分，未能充分發(fā)揮網(wǎng)羅卷掃作用；而在中性或堿性條件下，水中OH^-含量增加，混凝劑水解形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以網(wǎng)捕水中的顆粒物質(zhì)，形成礬花，從而通過沉淀將其去除。而有機(jī)物的去除效果隨pH的升高呈現(xiàn)出先增加后下降的趨勢(shì)，三種混凝劑的較佳pH均出現(xiàn)在6附近。這可能是因?yàn)橛袡C(jī)物的去除機(jī)理與顆粒物質(zhì)不同，一般認(rèn)為，有機(jī)物的去除主要通過與混凝劑中的鐵鋁形成不溶于水的螯合物，在酸性條件下，水中有機(jī)物離解不全，且H⁺與金屬離子存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，導(dǎo)致去除率不高；而在堿性條件下，水中的OH^-與有機(jī)物相互競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致去除率下降。三種混凝劑相比較，傳統(tǒng)混凝劑Al₂(SO₄)₃受pH影響較大，在酸性條件和堿性條件下有機(jī)物去除效果均較差。而PAFC的較佳pH范圍較大，在pH＞5的范圍內(nèi)均可取得較高的濁度去除率，而在5-8的pH范圍內(nèi)COD_Mn去除率均可在45%以上，出水符合GB 5749-2006的要求。

混凝出水zeta電位隨pH的變化趨勢(shì)如圖4所示。結(jié)果表明，增加pH，混凝出水中膠體顆粒表面的正電荷逐漸增加，在越過等電點(diǎn)后，表面電性為負(fù)。Al₂(SO₄)₃和PAC出現(xiàn)在pH=6-7的范圍內(nèi)，而PAFC的等電點(diǎn)則出現(xiàn)在pH為5-6時(shí)。在此范圍內(nèi)，三種混凝劑均同時(shí)能夠取得較好的有機(jī)物去除效果（圖3）。

2.3沉淀時(shí)間對(duì)混凝效果的影響

在較佳混凝條件（水樣pH=6，投藥量為5mg/L）下，進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)。慢攪結(jié)束后，靜置一定時(shí)間后從燒杯中部取出適量水樣，測(cè)量其濁度，考察沉淀時(shí)間對(duì)混凝效果的影響，如圖5所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：三種混凝劑的濁度去除率均隨沉淀時(shí)間的增加而升高，在達(dá)到某一時(shí)刻后，出水濁度趨于穩(wěn)定。三種混凝劑出水濁度達(dá)到穩(wěn)定所需的沉淀時(shí)間分別為：Al₂(SO₄)₃：15min，PAC：9min，PAFC：5min。這說明PAFC生成的礬花具有較好的沉降性能，可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成沉淀過程。而Al₂(SO₄)₃的沉淀性能較差，需要較長(zhǎng)的沉淀時(shí)間。這與試驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象相符，向水樣中投加Al₂(SO₄)₃，生成的礬花較小，沉降速度慢，沉淀15min后仍有少量肉眼可見的白色礬花懸浮于水中。而投加PAFC后，慢攪5min后即可看到礬花，生成的礬花體積較大，沉降速度較快，經(jīng)過15min的沉淀后，幾乎全部沉至水底。

在工程應(yīng)用中，混凝劑生成的礬花大小及其沉降性能對(duì)后續(xù)的固液分離過程有著較大的影響。一般情況下，當(dāng)混凝階段生成的礬花體積較大，沉降性能較好時(shí)，可以縮短沉淀池的水力停留時(shí)間，減小沉淀池的體積。

3、結(jié)論

使用實(shí)驗(yàn)室制備的PAC和PAFC處理地表水時(shí)，混凝效果好于傳統(tǒng)混凝劑Al₂(SO₄)₃。在5mg/L的投藥量下，兩種高分子混凝劑均可取得較好的濁度和COD_Mn去除效果，出水濁度小于1NTU，COD_Mn小于3mg/L，符合GB 5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求。三種混凝劑的較佳pH均出現(xiàn)在6附近，pH對(duì)PAFC混凝效果的影響較小，在pH=5-8內(nèi)可取得較好的有機(jī)物去除效果。PAFC生成的礬花體積較大，沉降性能較好，靜置5min后即可取得較高的濁度去除率。