黃海
(安徽省蚌埠市供水有限公司，安徽 蚌埠 233000)
摘要：以水玻璃、硫酸鋁和硫酸為原料制備出了聚硅硫酸鋁(PASS)，制成 品聚硅硫酸鋁中Al2O3的質量分數為2.66％，SiO2的質量分數為2.54％，pH值為2.0—2.50。混凝 試驗表明：聚硅.硫酸鋁是一種適合處理低溫低濁水的凈水劑。在將冬季淮河原水的濁度從40 NTU處理到4.31 NTU時，需聚合氯化鋁(以Al2O3計)4.10mg／L；而處理到相近濁度3.56 NTU，僅需聚硅硫酸鋁(以Al2O3計)2.20mg／L，絮凝效果聚硅硫酸鋁好于聚合氯化鋁。每處理1× 103t冬季淮河水的混凝劑費用，聚硅硫酸鋁為15.4元，聚合氯化鋁為35.0元。
關鍵詞：聚硅硫酸鋁；絮凝劑；水處理；濁度；成本
中圖分類號：TU991.22 文獻標識碼：B 文章編號： 1009-2455(2004)03-0020-02
蚌埠市供水有限公司三水廠，多年來一直使用聚合氯化鋁(PAC）作凈水劑。但冬 季淮河水低溫低濁時，使用聚合氯化鋁(PAC)較難處理，只有加大PAC的投加量，才能使出廠的水 質達標，增加了制水成本。無機高分子混凝劑聚硅硫酸鋁(PASS)是一種適合處理低溫低濁水的新 型凈水劑。本文以水玻璃、硫酸鋁和硫酸成功制備出PASS，用于處理淮河原水，絮凝效果優于PAC ，并可降低制水成本。
1 聚硅硫酸鋁(PASS)的制備
1.1 原料
中性水玻璃，固體硫酸鋁，硫酸(AR)。
1.2 制備方法
攪拌條件下，將稀釋好的中性水玻璃加到20％的硫酸中，控制pH值在4.5～5.5之 間。在硅酸聚合到適宜程度時加入硫酸鋁攪拌溶解，然后按1：1稀釋即為制成品。
在PASS的制備中，活性硅酸的制備是關鍵的一環。可以由硫酸加到水玻璃中制得 ，也可反過來將水玻璃加到硫酸中制得。前者溶液要經歷由堿性變為酸性的過程，容易在pH值7.5 ～6.5時出現凝膠化使制備失敗。而后者溶液始終是酸性環境，只需將酸度調高到pH值4.5～5.5， 故后一投料順序更可取。
制成品經過熟化5d后使用效果更佳。
2 混凝試驗
2.1 試驗方法
2.1.1 試驗用水
取用冬季和夏季淮河水為試驗原水，冬季原水溫度為7℃，濁度為40NTU，pH=7.2 ；夏季原水溫度為26.5℃，濁度為146NTU，pH=7.4。
2.1.2 凈水劑
1kgPASS由96.14g中性水玻璃，173.58g硫酸鋁， 12.42g硫酸制得。Al2O3的質量 分數約2.66％，SiO2的質量分數約2.54％，pH值2.0～2.5。
PAC取自三水廠，冬季和夏季兩批料的Al2O3的質量分數 分別為，11.7％和12％。
2.1.3攪拌試驗
凈水劑均預先稀釋到2％(質量分數)。取1000mL淮河原水于燒杯中，攪拌條件下加 入一定的凈水劑，先以200r/min的轉速快速攪拌2min，再調到100r/min攪拌3min，最后以60r／ min的轉速慢速攪拌5min。靜置30min后，取上層清液測定濁度。
2.2 試驗結果
經過多組同步攪拌試驗，對比PASS和PAC處理結果發現，無論冬季或夏季，由PASS 處理產生的礬花大且較密實，沉降速度快。尤其是在處理冬季淮河水時，PASS的混凝效果明顯優 于PAC。試驗數據見表1～表4。
表1 PASS冬季混凝試驗結果 |
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投加量/mL | ρ(Al2O3)/(mg·L-1) | 上清液濁度/NTU | 上清液pH值 |
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5 | 1.37 | 9.09 | 7.2 |
6 | 1.6 | 6.57 | 7.1 |
7 | 1.93* | 4.90* | 7 |
8 | 2.20 | 3.56 | 7 |
9 | 2.48 | 2.79 | 7 |
10 | 2.76 | 2.21 | 6.9 |
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表2 PAC冬季混凝試驗結果 |
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投加量/mL | ρ(Al2O3)/(mg·L-1) | 上清液濁度/NTU | 上清液pH值 |
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0.75 | 1.76 | 18.8 | 7.2 |
1 | 2.34 | 14.9 | 7.2 |
1.25 | 2.93 | 10.7 | 7.2 |
1.5 | 3.51 | 7.03 | 7.2 |
1.75 | 4.10* | 4.31* | 7.2 |
2 | 4.68 | 3.4 | 7.2 |
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表3 PASS夏季混凝試驗結果 |
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投加量/mL | ρ(Al2O3)/(mg·L-1) | 上清液濁度/NTU | 上清液pH值 |
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22 | 6.05 | 8.55 | 6.7 |
24 | 6.60 | 6.65 | 6.6 |
26 | 7.15* | 5.01* | 6.6 |
28 | 7.71 | 3.72 | 6.6 |
30 | 8.25 | 2.91 | 6.6 |
32 | 8.80 | 2.6 | 6.5 |
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表4 PAC夏季混凝試驗結果 |
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投加量/mL | ρ(Al2O3)/(mg·L-1) | 上清液濁度/NTU | 上清液pH值 |
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1.25 | 5.40 | 42.3 | 7.3 |
1.5 | 6.01 | 25.1 | 7.3 |
1.75 | 6.62 | 14.9 | 7.2 |
2 | 7.21 | 8.52 | 7.2 |
2.25 | 7.80* | 5.43* | 7.1 |
2.5 | 8.41 | 3.22 | 7.1 |
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在PASS中，鋁離子的水解產物能使水中雜質脫穩，而高分子聚硅酸具 有較強的吸附架橋作用，即PASS具有凝聚和絮凝兩個作用[1]。在處理淮河原水時，水解鋁離子使 雜質脫穩并與聚硅酸大分子結合，脫穩過程與架橋作用同時進行，表現出了較好的去濁效果。試 驗表明，PASS形成的礬花大且較密實、沉降速度快，在低溫低濁的情況下，仍具有較好的混凝性 能。
照表1和表2可見，冬季處理40NTU的淮河原水到4.31 NTU需PAC的量(以Al2O3計)為 4.10mg／L，而處理到相近濁度(3.56NTU)需PASS的量(以Al2O3計)為2.20mg／L，約是前者的一半 。PASS去濁效果明顯優于PAC。這是由于兩者雖然都具有傳統鋁鹽的電中和脫穩作用和大分子吸附 架橋作用，但PASS中反應性鋁含量高[2]，更重要的是PASS能形成較大的聚硅酸長鏈分子，比PAC 具有更強的卷掃、聚集和吸附架橋能力。所以PASS形成的礬花大而密實，易于沉降，混凝效果優 于PAC。
從表3和表4可見，處理夏季淮河水時，PASS去濁效果仍優于PAC。這同樣可以認為 一是由于PASS中反應性鋁含量高，二是能形成較大的聚硅酸長鏈分子的緣故。
3 成本分析
蚌埠三水廠沉淀出水濁度標準為4～6NTU，表1～表4中帶“*”值均達標，故用作 成本核算引用值。PASS和PAC市場價分別為110元／t和1 000元／t(自制同含量的PASS每噸約92.7元)。按市場價計算：冬季千噸水凈水劑成本PASS為15.4元，PAC為35.0元；夏季千噸水制水成本PASS為57.5元，PAC為65.0元。蚌埠三水廠現在使用PAC為常規凈水劑，日供水約25×104t。若改用PASS，冬季每月可節約成本14.7萬元，夏季每月可節約成本5.85萬元，效益可觀。
4 結語
①以水玻璃、硫酸鋁和硫酸制備PASS原料易得，其工藝簡單，操作簡單，不需加熱，可現場制備；
②PASS凈水時礬花大且較密實，絮體沉降快，混凝效果明顯優于PAC，尤其適合難處理的低溫、低濁水。
③冬季使用PASS替代PAC處理淮河原水，混凝效果好且可大大節約制水成本。
參考文獻：
[1]高寶玉，岳欽艷，王吉順，等.含鋁離子聚硅酸絮凝劑的性能及應用[J].工業水處理，1993，7(3)：17-19.
[2]袁相理，程里，石瑞英.新型混凝劑聚硅硫酸鋁的研究[J].城市環境與城市生態，1997，10(3)：1-3.
作者簡介：黃海(1962-)，男，河北邯鄲人，工程師，中科大研究生畢業，安徽省蚌埠 市緯四路15號，電話(0552)4015531-7039，huangaaa@ahl63.com。
