不同助凝剂对地表水的混凝效果的影响研究

姚鑫迪，黄金阳，李 昭，柯泽伟，杨 然，黄 元

(厦门大学嘉庚学院 ，福建 漳州 363105)

资源与环境

不同助凝剂对地表水的混凝效果的影响研究

姚鑫迪，黄金阳，李 昭，柯泽伟，杨 然，黄 元

(厦门大学嘉庚学院 ，福建 漳州 363105)

选择纤维素、PAM、壳聚糖、硅藻土等作为助凝剂，在减小常规混凝剂投加量的基础上，通过单因素实验研究不同助凝剂对地表水的混凝沉淀处理效果的影响，以期在降低处理后出水的余铝同时，对比不同类型助凝剂的强化净水效果，为助凝剂的合理选择和使用提供参考。实验结果表明，当原水浊度为33.60 NTU，硫酸铝投加量为20 mg/L时，以纤维素作为助凝剂的最佳投加量为20 mg/L，出水浊度为2.14 NTU，其助凝效果和处理成本优于其他助凝剂；而使用壳聚糖和硅藻土作为助凝剂，投加量越大出水的浊度越低，但壳聚糖残留水中易导致高锰酸盐指数升高；阳离子型PAM作为助凝剂使用应当严格控制投加量，否则反而会影响处理效果。

助凝剂；混凝；沉淀；地表水

1 绪论

常规混凝剂在使用时需配制成一定浓度的溶液后投加使用，常常导致过量的药剂在水中残留，随着水体污染的加重，对水处理的要求愈来愈高，尤其是给水处理中，对残留铝的限制越来越多[1]。而助凝技术作用广泛，具有减少混凝剂投加量、降低水质有机物含量、去除重金属及放射性物质等对环境和人体有负面影响的毒性物质等作用[2]，可一定程度上解决这一问题。

助凝剂种类繁多，如聚丙烯酰胺(PAM)[3]、聚丙烯酸等人工合成物质，以及壳聚糖[4]、硅藻土[5]等天然物质。此外，作为链状高分子有机物的纤维素因其来源广泛、价格低廉，具有吸附性和疏水性等特点，具备作为助凝剂的潜力。因此，本文选用纤维素、硅藻土、壳聚糖、PAM作为研究对象，对不同种类的助凝剂对地表水混凝沉淀处理效果进行研究，以为混凝沉淀处理过程中合理选择混凝剂和助凝剂提供参考。

2 混凝沉淀实验

2.1 实验仪器与药剂

本项目所用仪器主要有JJ-4A型六联同步自动升降搅拌机、SGZ-2P型微机浊度仪、SZ-1000A-3超高速多功能粉碎机、JRM-01湿式破碎机、pH计等。

10 g/L的硫酸铝溶液，10 g/L的纤维素悬浮液，1 g/L的阳离子聚丙烯酰胺溶液，1 g/L的壳聚糖溶液，硅藻土。原水取自厦门大学漳州校区湖水，水温为15～23℃，pH值为7.0～9.0。

2.2 评价指标

依据本实验的处理对象和过程，参照《地表水环境质量标准》和《生活饮用水卫生标准》，选择采用高锰酸盐指数和浊度为主要检测指标评价水处理的效果。

2.3 实验方法

取6个1 L烧杯，分别加入1 L水样，投加一定量的药剂，在六联搅拌机上高速搅拌1 min，速度200 r/min；中速搅拌5 min，速度100 r/min；慢速搅拌10 min，速度50 r/min，静置30 min后，在上清液面下2～3 cm处，取部分上清液测定其浊度或高锰酸盐指数。

3 结果分析与讨论

3.1 单独使用铝盐的混凝沉淀效果

当原水浊度为37.30 NTU，pH值为7.35，采用2.3中所述实验方法，研究单独使用铝盐时投加量对混凝沉淀效果的影响，结果如图1所示。

图1 硫酸铝投加量对混凝沉淀效果的影响

由图可见，随着硫酸铝投加量的增加，浊度快速下降，当投加量为40 mg/L时，浊度最低，为3.23 NTU，而后继续增大投加量，浊度反而上升。为便于与助凝剂的处理效果进行比较，确定助凝实验中硫酸铝的投加量为20 mg/L，相应的剩余浊度为10.79 NTU，浊度去除率为71.07%。

3.2 投加量对混凝沉淀出水浊度的影响

当原水浊度为33.60 NTU，硫酸铝投加量为20 mg/L，以纤维素、壳聚糖、PAM、硅藻土作为助凝剂，研究不同助凝剂对混凝沉淀效果的影响，结果如图2所示。

由图2可见，随着投加量的增加，不同助凝剂处理后的出水浊度均有不同程度的处理效果和变化趋势。当投加量为0～20 mg/L时，四种助凝剂均具有一定的助凝效果。其中以纤维素为助凝剂的出水浊度下降速度最快，壳聚糖和硅藻土分别次之，这是由于纤维素的纤维状、链状高分子、吸附性等特点使得其相比壳聚糖和硅藻土具有更好的吸附架桥和网捕能力；而PAM则呈现先下降后上升的趋势，这是因为带有正电荷的阳离子型PAM由于投加量过多使得水中胶体"再稳定"的结果。之后继续增大投加量，以纤维素为助凝剂的出水浊度逐渐上升，这可能是因为过量投加后纤维素中一些细小纤维难于沉降，反而影响了沉淀的处理效果；而壳聚糖和硅藻土作为助凝剂的出水浊度仍呈下降趋势，这是由于壳聚糖主要以吸附架桥作用为主帮助混凝，而硅藻土侧重于改良絮体沉降性能，因此投加量越多，助凝效果越好。

因此，当以厦门大学漳州校区湖水作为处理对象时，以纤维素作为助凝剂，最佳投加量为20 mg/L时，混凝沉淀后出水浊度为2.14 NTU，去除率为93.63%，其助凝效果和处理成本大大优于使用PAM的情况；而使用壳聚糖和硅藻土作为助凝剂，投加量越大出水的浊度越低，处理效果越好；阳离子型PAM的作为助凝剂使用，应当严格控制投加量，否则反而会影响处理效果。

图2 不同助凝剂对混凝沉淀效果的影响

3.3 不同助凝剂对混凝沉淀出水高锰酸盐指数的影响

高锰酸盐指数越低，说明水体中的还原性物质、有机物、微生物含量低。由于所用的助凝剂加入水中后可能引起残留，导致水中还原性物质增加，因此有必要研究不同助凝剂处理后出水的高锰酸盐指数。当原水浊度为33.60 NTU，硫酸铝投加量为20 mg/L，助凝剂投加量为20 mg/L时，研究不同助凝剂对混凝沉淀后出水的高锰酸盐指数的影响，结果如图3所示。

由图3可见，高锰酸盐指数由高到低依次为壳聚糖>PAM>硅藻土>纤维素，这可能是因为壳聚糖因部分溶解于水中而发生残留，导致高锰酸盐指数较高；PAM因该投加量下净水效果较差，使得高锰酸盐指数偏高，硅藻土虽然助凝效果一般，但由于其主要成分为矿物，投入水中后对还原性物质的量影响不大；纤维素由于其疏水性、吸附性和较好的助凝效果，因而高锰酸盐指数较低，为1.41 mg/L。而实验中却发现投加四种助凝剂的出水高锰酸盐指数却略高于不投加助凝剂的情况(高锰酸盐指数为1.09 mg/L)，这可能是因为测定高锰酸盐指数所取水样量大，其中仍有部分助凝剂残留，在测定过程中消耗了部分高锰酸钾，使得高锰酸盐指数偏高所致。该问题有望在自来水处理过程的过滤环节得到解决，因此不影响助凝剂在混凝沉淀环节的使用。

图3 不同助凝剂的高锰酸盐指数

4 总结

本文研究了不同助凝剂对地表水混凝沉淀处理效果的影响，实验结果表明，阳离子型聚丙烯酰胺作为助凝剂使用时应控制用量大小；壳聚糖虽然有一定的助凝效果，但却会因残留导致高锰酸盐指数上升较高；硅藻土具有较为稳定的助凝效果；而纤维素在投加量较低的情况下即可获得较好的净水效果，且处理成本相对较低，较为适合用于地表水混凝沉淀的助凝剂。但是，几种助凝剂因残留而导致高锰酸盐指数过高的问题仍有待进一步研究解决。

[1] 苗 晶，岳钦艳，高宝玉.高浓聚合氯化铁混凝剂的制备及其混凝效果研究[J].工业水处理，2002(8)：22-25.

[2] 王 华，何玉凤，何文娟，等.纤维素的改性及在废水处理中的应用研究进展[J].水处理技术，2012, 38(5):1-6.

[3] 郑幼松.聚丙烯酰胺类絮凝剂的现状与进展[J].山东化工，2009，38(7)：24- 27.

[4] 郭聪会.绿色天然高分子絮凝剂壳聚糖的应用研究[D].西安：西北大学，2009.

[5] 许小洁，吴纯德，董 琪，等.联合硅藻土与PAC强化混凝处理含藻微污染原水[J].环境工程学报，2011，5(9)：1979-1983.

(本文文献格式：姚鑫迪，黄金阳，李 昭，等.不同助凝剂对地表水的混凝效果的影响研究[J].山东化工，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

"厦门大学嘉庚学院大学生创新创业训练计划项目(201513469025)"资助。

姚鑫迪(1994—)，女，福建福州人，厦门大学嘉庚学院本科生，给排水科学与工程专业。

X703

A

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