張郁松 汪 蕊 張國(guó)慶 張曉霞
鄭州市自來(lái)水公司

　　摘要 用聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁和水玻璃為原料，采用兩組份或三組份復(fù)配成系列凈水劑，模擬鄭州市自來(lái)水公司制水的工藝條件，對(duì)黃河原水進(jìn)行處理試驗(yàn)，測(cè)定了凈化后的余濁度，繪制了加藥量與余濁度的關(guān)系曲線。研究發(fā)現(xiàn)聚合硫酸鐵、聚合氯化鋁和聚多硅酸以3:3:2(W/W/W)復(fù)配的凈水劑效果最好，適用溫度范圍寬。研究了復(fù)合凈水劑的凈水機(jī)理。
　　關(guān)鍵詞 聚合硫酸鐵，聚合氯化鋁，聚多硅酸，凈水劑，濁度測(cè)定法。

　　黃河水是黃河中下游諸省市的工業(yè)用水和飲用水的原水。眾所周知，黃河中下游水含泥沙量大，濁度高。尤其在多雨季節(jié)，水質(zhì)條件則更加惡劣，有機(jī)雜質(zhì)含量偏高。夏季的河水藻類(lèi)繁衍旺盛，給常規(guī)的水質(zhì)處理工藝加大了處理難度。目前，使用的凈水劑品種很多，如聚丙酰胺、聚合鐵、聚合鋁等凈水效果都不甚理想，大都存在著投藥量大，不同溫度下凈化效果明顯有差異，對(duì)不同水質(zhì)適用能力差等弊端。因此，研究開(kāi)發(fā)新型、高效、無(wú)毒、價(jià)廉的凈水劑是一項(xiàng)急不待的任務(wù)，也是國(guó)際制水行業(yè)所關(guān)注的重要課題^[1]。Takao Hasegawo等^[7]研究發(fā)現(xiàn)，高聚合度多硅酸與金屬離子復(fù)合使用，可產(chǎn)生良好的混凝沉降效果。作者選用聚合鐵、聚合鋁和水玻璃為原料，研究開(kāi)發(fā)出一種新型復(fù)合凈水劑。該凈水劑具有加藥量少(≤15ppm)，對(duì)水溫適應(yīng)范圍較寬，沉降凈化效果好、無(wú)毒、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益十分顯著。同時(shí)還進(jìn)一步分析探討了復(fù)合凈水劑的凈水機(jī)理。

　　1. 實(shí)驗(yàn)部分

　　1.1 主要儀器和材料
　　JB90-D型強(qiáng)力攪拌器，SC956型攪拌器，STZ-A21型濁度儀、電爐、抽濾裝置和通用玻璃儀器。聚合硫酸鐵（簡(jiǎn)稱(chēng)PFS）鄭州市自來(lái)水公司生產(chǎn)，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
　　聚多硅酸(簡(jiǎn)稱(chēng)PSA)用市售水玻璃(約20％，W/W) 配制。取200克水玻璃于1000ml燒杯中，加600ml蒸餾水，攪拌下逐滴加入2MH₂SO₄溶液，當(dāng)pH=2時(shí)停止加酸，繼續(xù)攪拌2h，制得透明的聚多硅酸溶液，保存?zhèn)溆谩?
　　聚合氯化鋁(簡(jiǎn)稱(chēng)PAC)按文獻(xiàn)方法制備^[3]。
　　其他化學(xué)試劑均是市售分析純。
　　被處理水是鄭州市自來(lái)水公司柿園水廠引來(lái)的原水(黃河水經(jīng)預(yù)沉后提升)。
　　1.2 實(shí)驗(yàn)方法
　　試驗(yàn)操作模擬鄭州市自來(lái)水公司制水廠凈化水的工藝操作。加藥量不按理論純量計(jì)算，而是按商品材料或給定材料為純量計(jì)算。
　　取5個(gè)1000ml燒杯，分別向其中注入1000ml原水，以 200 轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速予攪拌1分鐘。稱(chēng)取1.0克相應(yīng)凈水劑用蒸餾水配成100ml溶液，其濃度認(rèn)定為1％。用移液管分別取1.0，1.5，2.0，2.5，3.0ml該溶液，加入到攪拌器所附帶的試管中，然后分別傾入盛有原水的燒杯中，用蒸餾水洗滌小試管三次，洗滌液并入相應(yīng)原水燒杯中。以200轉(zhuǎn)/min快速攪拌1分鐘，然后以55轉(zhuǎn)/min慢速攪拌15分鐘，靜置20分鐘，在距上清液表面深2~3cm處取水樣。調(diào)整STZ-A21型濁度儀的濁度值為0.00，用蒸餾水為空白，測(cè)定系列原水樣處理后的余濁度。

　　2. 結(jié)果與討論

　　2.1 PFS、PAC和PSA單獨(dú)凈水試驗(yàn)
　　聚合硫酸鐵和聚合氯化鋁是目前最常用的凈水劑。試驗(yàn)結(jié)果表明，這些凈水劑單獨(dú)使用時(shí)，PFS的凈水效果較好，但加藥量較大，用20ppm才能達(dá)到工藝處理標(biāo)準(zhǔn)(按工藝處理要求沉淀池出口余濁低于6 NTU)。PAC次之，其用藥量要用到25ppm才能達(dá)標(biāo)。PSA基本沒(méi)有凈水作用，當(dāng)用量超過(guò)20ppm，水中含出現(xiàn)大量絮狀沉淀，不易沉降，反而不利于水的凈化處理。 　　

　　2.2 PFS、PAC和PSA兩兩復(fù)配凈水試驗(yàn)。
　　2.2.1 PFS和PSA復(fù)配凈水試驗(yàn)
　　稱(chēng)取1.0克PFS于100 ml容量瓶中，加一定量水稀釋后，加入4ml 5%的聚多硅酸溶液，用水稀釋到刻度、搖勻，此時(shí)PFS:PSA=5:1。調(diào)整二者的比例制得系列PFS和PSA的復(fù)配凈水劑。按1.2 實(shí)驗(yàn)方法處理原水，測(cè)定余濁度。由比較可以看出，復(fù)配凈水劑的凈水效果比單獨(dú)使用PFS好的多，用藥量少(≤10ppm)，效果又好。實(shí)驗(yàn)表明，PFS:PSA=3:1為最佳組合。由此看出，PSA是一種很優(yōu)良的助凈水劑。但是PSA的加量不能太大，如果增加到1:1時(shí)，凈水效果稍差，還會(huì)產(chǎn)生大量的絮狀沉淀。
　　2.2.2 PAC和PSA及PAC和PFS復(fù)配凈水試驗(yàn)
　　PAC和PSA及PAC和PFS復(fù)配凈水試驗(yàn)操作與2.2.1相類(lèi)似。試驗(yàn)結(jié)果表明，PAC與PSA復(fù)配后也明顯提高了凈水效果，以3:1的比例為最佳，加藥量≤10ppm就能達(dá)到工藝標(biāo)準(zhǔn)。PAC與PSA復(fù)配不如PFS與PSA的凈水果好。當(dāng)增加PSA的量時(shí)，例如達(dá)到2:1，也會(huì)出現(xiàn)大量絮狀沉淀。PFS和PAS復(fù)配的凈水效果沒(méi)有明顯提高。
　　2.3 PFS、PAC和PSA三組份復(fù)配凈水試驗(yàn)
　　稱(chēng)取0.5克PFS于100ml容量瓶中，滴加少量2MpSO4，然后加0.5克PAC，加入一定量的蒸餾水。按PFS和PAC的總量計(jì)，總濃度為1％。按比例加入PSA，加蒸餾水稀釋到刻度。調(diào)整PSA 的加入量，配制出系列三組份復(fù)合凈水劑。與兩兩復(fù)配的凈水效果相比，可以看出，三組份復(fù)合凈水劑的凈水效果比單組份或雙組份的都更好，特別是大于 3: 1 的三種組合當(dāng)加藥量達(dá)到15ppm時(shí)，余濁度都小于2.00，效果非凡。但是，當(dāng)復(fù)配比例小于5:1時(shí)，其效果還不如雙組份的好。相比較，2:1或3:1 為在三組的最佳組合。作者曾進(jìn)一步減少加藥量考察凈水效果，發(fā)現(xiàn)小于10ppm的凈水效果都不甚好。
　　2.3.1 三組份復(fù)配比例的調(diào)整
　　現(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為，鋁是造成老年性癡呆癥的一個(gè)重要因素。作者對(duì)三組份復(fù)配比例進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)，將PFS :PAC調(diào)整為3:1和5:1的條件下，再與PSA進(jìn)行復(fù)配，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

　　(注：三組份比例順序:PFS:PAC:PSA)

　　由表2可以看出，調(diào)整比例后的凈水效果雖然沒(méi)有原先的效果好，但減少了對(duì)人體的影響因素，對(duì)環(huán)保和保健都是很有意義的。當(dāng)三組份的比例為5:1:2的情況下，加藥量為10ppm時(shí)也能達(dá)到工藝處理標(biāo)準(zhǔn)。
　　2.4 水溫對(duì)凈水效果的影響
　　一年四季原水的溫度變化比較大，實(shí)踐證明水溫對(duì)多種凈水劑的凈水效果都有影響。如PAC 在較高溫度下其凈水效果很好，在較低溫度下基本無(wú)凈水作用。PFS 在較低溫度下對(duì)高濁度原水還有較強(qiáng)的凈水能力，顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性^[4]。作者采用 PFS:PAC:PSA=3:3:2的復(fù)合凈水劑，對(duì)高溫水和低溫水分別做了凈水試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。由表3的結(jié)果可以看出，新型復(fù)合凈水劑在較高溫度下凈水效果很好，在較低溫度下，只要稍加大投藥量就能取得滿意的效果^[4]。作者采用 PFS:PAC:PSA=3:3:2的復(fù)合凈水劑，對(duì)高溫水和低溫水分別做了凈水試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。由表3的結(jié)果可以看出，新型復(fù)合凈水劑在較高溫度下凈水效果很好，在較低溫度下，只要稍加大投藥量就能取得滿意的效果^[4]。作者采用 PFS:PAC:PSA=3:3:2的復(fù)合凈水劑，對(duì)高溫水和低溫水分別做了凈水試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。由表3的結(jié)果可以看出，新型復(fù)合凈水劑在較高溫度下凈水效果很好，在較低溫度下，只要稍加大投藥量就能取得滿意的效果。

　　2.5 新型復(fù)合凈水劑凈水機(jī)理
　　聚合硫酸鐵和聚合氯化鋁在中性或偏堿性介質(zhì)中易發(fā)生水解，生成多聚體的Fe(OH)₃或A1(OH)₃膠體。新生態(tài)膠體的比表面積很大，有很強(qiáng)的吸附能力。它們能把原水中懸浮的帶負(fù)電荷的膠體雜質(zhì)^[1]，微生物及一些有害物質(zhì)吸附其表面，沉降后達(dá)到凈化水的目的。在單獨(dú)使用聚合鐵或聚合鋁，或把二者混配使用時(shí)，F(xiàn)e(OH)₃和A(OH)₃的膠粒表面都帶有正電荷，同性電荷相排拆，它們吸附雜質(zhì)后沉降很慢，顯示出凈水效果差。多聚硅酸也是膠體，其膠粒表面帶有負(fù)電荷，它不能吸附原水中帶負(fù)電荷的膠體雜質(zhì)，所以聚多硅酸的凈水效果很差。當(dāng)聚多硅酸與聚合鐵和聚合鋁復(fù)配在一起使用時(shí)，異性電荷的膠體相互接觸發(fā)生電性中和，這些膠體被破壞^[5]，很快由細(xì)小膠粒聚集成大顆粒迅速沉降，呈現(xiàn)出優(yōu)良的凈水效果。

　　3. 結(jié)論

　　聚合硫酸鐵和聚合氯化鋁單獨(dú)用作凈水劑，其凈水效果不甚理想。二者分別與聚多硅酸復(fù)配用作凈水劑，顯示出很好的凈水效果，特別是PFS、PAC和PSA三組份復(fù)配使用，凈水效果更佳。PFS:PAC:PSA＝3:3:2是復(fù)合凈水劑的最佳組合。新型復(fù)合凈水劑的凈水機(jī)理是膠體吸附和電性中和的共同作用。

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