張郁松 汪 蕊 張國慶 張曉霞
鄭州市自來水公司 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配成系列凈水劑，模擬鄭州市自來水公司制水的工藝條件，對黃河原水進行處理試驗，測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)復配的凈水劑效果最好，適用溫度范圍寬。研究了復合凈水劑的凈水機理。
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，有機雜質(zhì)含量偏高。夏季的河水藻類繁衍旺盛，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，對不同水質(zhì)適用能力差等弊端。因此，研究開發(fā)新型、高效、無毒、價廉的凈水劑是一項急不待的任務，也是國際制水行業(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，研究開發(fā)出一種新型復合凈水劑。該凈水劑具有加藥量少(≤15ppm)，對水溫適應范圍較寬，沉降凈化效果好、無毒、價格低廉等優(yōu)點。經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。同時還進一步分析探討了復合凈水劑的凈水機理。 1. 實驗部分 1.1 主要儀器和材料
JB90-D型強力攪拌器，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（簡稱PFS）鄭州市自來水公司生產(chǎn)，符合國家標準。
聚多硅酸(簡稱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pH=2時停止加酸，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(簡稱PAC)按文獻方法制備[3]。
其他化學試劑均是市售分析純。
被處理水是鄭州市自來水公司柿園水廠引來的原水(黃河水經(jīng)預沉后提升)。
1.2 實驗方法
試驗操作模擬鄭州市自來水公司制水廠凈化水的工藝操作。加藥量不按理論純量計算，而是按商品材料或給定材料為純量計算。
取5個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。稱取1.0克相應凈水劑用蒸餾水配成100ml溶液，其濃度認定為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單獨凈水試驗
聚合硫酸鐵和聚合氯化鋁是目前最常用的凈水劑。試驗結(jié)果表明，這些凈水劑單獨使用時，PFS的凈水效果較好，但加藥量較大，用20ppm才能達到工藝處理標準(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才能達標。PSA基本沒有凈水作用，當用量超過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。 表1 PFS、PAC和PSA單獨凈水效果比較
(pH＝8.20，水溫21℃)| | 0 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | | PFS | 25.0 | 13.34 | 10.18 | 5.85 | 5.46 | 4.11 | | PAC | 25.0 | 13.98 | 8.67 | 6.99 | 5.69 | 5.45 | | PSA | 25.0 | 23.10 | 23.40 | 23.90 | 23.90 | 25.50 | 2.2 PFS、PAC和PSA兩兩復配凈水試驗。
2.2.1 PFS和PSA復配凈水試驗
稱取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PFS:PSA=5:1。調(diào)整二者的比例制得系列PFS和PSA的復配凈水劑。按1.2 實驗方法處理原水，測定余濁度。由比較可以看出，復配凈水劑的凈水效果比單獨使用PFS好的多，用藥量少(≤10ppm)，效果又好。實驗表明，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，凈水效果稍差，還會產(chǎn)生大量的絮狀沉淀。
2.2.2 PAC和PSA及PAC和PFS復配凈水試驗
PAC和PSA及PAC和PFS復配凈水試驗操作與2.2.1相類似。試驗結(jié)果表明，PAC與PSA復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就能達到工藝標準。PAC與PSA復配不如PFS與PSA的凈水果好。當增加PSA的量時，例如達到2:1，也會出現(xiàn)大量絮狀沉淀。PFS和PAS復配的凈水效果沒有明顯提高。
2.3 PFS、PAC和PSA三組份復配凈水試驗
稱取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，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合凈水劑。與兩兩復配的凈水效果相比，可以看出，三組份復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 的三種組合當加藥量達到15ppm時，余濁度都小于2.00，效果非凡。但是，當復配比例小于5:1時，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 三組份復配比例的調(diào)整
現(xiàn)代醫(yī)學認為，鋁是造成老年性癡呆癥的一個重要因素。作者對三組份復配比例進行調(diào)整試驗，將PFS :PAC調(diào)整為3:1和5:1的條件下，再與PSA進行復配，試驗結(jié)果如表2所示。 表2 三組份變化比例的凈水試驗結(jié)果（pH=8.20 22℃）| 濁 度 | 加藥量 | | 0 | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 | | 三組(NTU)份比例 | 3:1:2 | 25.10 | 5.36 | 3.65 | 2.73 | 2.13 | 1.97 | | 3:1:1 | 25.10 | 6.48 | 3.49 | 2.43 | 2.81 | 1.84 | | 3:1:1.5 | 25.10 | 5.62 | 3.44 | 2.53 | 2.45 | 1.82 | | 5:1:3 | 25.10 | 5.18 | 3.73 | 3.39 | 2.77 | 2.51 | | 5:1:2 | 25.10 | 4.41 | 3.20 | 2.76 | 2.21 | 2.16 | | 5:1:1.5 | 25.10 | 6.90 | 4.71 | 4.57 | 3.96 | 3.52 | (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有原先的效果好，但減少了對人體的影響因素，對環(huán)保和保健都是很有意義的。當三組份的比例為5:1:2的情況下，加藥量為10ppm時也能達到工藝處理標準。
2.4 水溫對凈水效果的影響
一年四季原水的溫度變化比較大，實踐證明水溫對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凈水作用。PFS 在較低溫度下對高濁度原水還有較強的凈水能力，顯示出獨特的優(yōu)越性[4]。作者采用 PFS:PAC:PSA=3:3:2的復合凈水劑，對高溫水和低溫水分別做了凈水試驗，結(jié)果如表3所示。由表3的結(jié)果可以看出，新型復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的復合凈水劑，對高溫水和低溫水分別做了凈水試驗，結(jié)果如表3所示。由表3的結(jié)果可以看出，新型復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的復合凈水劑，對高溫水和低溫水分別做了凈水試驗，結(jié)果如表3所示。由表3的結(jié)果可以看出，新型復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。 表3 溫度對三組份凈水劑凈水效果的影響| 濁度(NTU) | 加藥量 | | 0 | 10 | 15 | 20 | | 水溫℃ | 36~40 | 25.10 | 2.38 | 1.63 | 1.47 | | 4～6℃ | 25.10 | 7.70 | 5.24 | 3.57 | 2.5 新型復合凈水劑凈水機理
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，有很強的吸附能力。它們能把原水中懸浮的帶負電荷的膠體雜質(zhì)[1]，微生物及一些有害物質(zhì)吸附其表面，沉降后達到凈化水的目的。在單獨使用聚合鐵或聚合鋁，或把二者混配使用時，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，其膠粒表面帶有負電荷，它不能吸附原水中帶負電荷的膠體雜質(zhì)，所以聚多硅酸的凈水效果很差。當聚多硅酸與聚合鐵和聚合鋁復配在一起使用時，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用作凈水劑，其凈水效果不甚理想。二者分別與聚多硅酸復配用作凈水劑，顯示出很好的凈水效果，特別是PFS、PAC和PSA三組份復配使用，凈水效果更佳。PFS:PAC:PSA＝3:3:2是復合凈水劑的最佳組合。新型復合凈水劑的凈水機理是膠體吸附和電性中和的共同作用。 參考文獻 [1] 胡翔，周定，水處理技術(shù)，1994，25(2)，114-117.
[2] Tskao Hasegawo et al ，us 4，923，629，1990.
[3] 萬婕，倪筱玲，王靜秋，大學化學，1998，13(3)，30-41
[4] 湯志松，武漢化工，1995，4，15-21.
[5] 北京師范大學籌編，無機化學，人民教育出版社，1981年版，980. | 
