聚硅酸铝铁（PSAF）混凝处理微污染原水中试试验研究

聚硅酸铝铁（PSAF）混凝处理微污染原水中试试验研究
韩燕飞;曾锦明;汪琳
【摘要】针对珠海市某水库水水质污染特征，采用聚硅酸铝铁（PSAF）作为混凝剂，通过小试试验和中试试验对其混凝效果进行研究。

结果表明，PSAF对此水库水具有良好混凝沉淀效果，形成的絮体密实、沉降速度快、产生污泥体积小。

对浊度的去除效果优于聚合氯化铝铁（PAFC），且远远优于聚合硫酸铁（PFS）、聚
合氯化铝（PAC）。

中试试验装置中，PSAF的最佳投加量为7mg/L，在此投加
量下，滤前浊度去除率达到70.8%，滤后出水对浊度去除率达到94.6%。

【期刊名称】《城镇供水》
【年(卷),期】2015(000)004
【总页数】4页(P70-73)
【关键词】PSAF;混凝;中试试验
【作者】韩燕飞;曾锦明;汪琳
【作者单位】珠海水务集团有限公司，广东珠海519020;珠海水务集团有限公司，广东珠海 519020;珠海水务集团有限公司，广东珠海 519020
【正文语种】中文
由于饮用水水源污染日趋严重，水中的有机物、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮以及铁和锰等污染物含量越来越多，而人们对饮用水水质的要求则越来越高，因此单独使用传统混凝剂已经越来越不能满足目前水质要求，在不改变传统给水处理工艺基
础上，寻找高效、无毒的新型混凝剂已经成为给水处理技术中研究的重点[1～5]。

PSAF是一种针对聚铝和聚铁混凝剂在使用中存在的不足而开发的新型无机高分子混凝剂, 国内外已经开展了对PSAF的深入研究，并取得了很大的进展[6～8]。

研
究结果表明，PSAF网状结构凝聚体具有较大的表面积、综合了聚硅酸网铺卷扫、吸附架桥等机理和铝盐混凝剂絮体大、脱色性能好以及铁盐混凝剂絮体密实、沉降速度快等特点。

大量资料证实，PSAF混凝剂比传统的铝、铁盐混凝剂的絮凝效果要好[9～10]。

而且在水处理中可以取代部分有机合成高分子混凝剂以避免毒性问题，对某些特定水质有广阔的应用前景。

珠海市某水厂以水库水为供水水源，水库容量大、水的流动性小，水库补给源的水质受城市生活污水、工业废水、农田排水以及养殖投饵等的影响，导致水质受到污染。

季节性藻类大量繁殖，使水体中的色度增加，pH值偏低；加上水库水交换过程缓慢，水不溶物由于沉降作用而含量较少，使水的浑浊度偏低。

多年来，水厂主要以PAFC作为主要的混凝剂，近年来PAFC已不能完全解决水质问题也难以达
到饮用水卫生标准的要求。

考虑到此问题急需解决，采用具有良好混凝沉淀效果的PSAF进行小试、中试试验，从而为水厂生产提供科学依据。

1.试验材料与方法
1.1 实验原水
试验用水取自上述水库水，试验取水时间为2013年4月～2013年8月，试验期间水库水水质见表1。

1.2 试验材料及仪器
表1 水库水的水质水质指标水温（℃）浊度（NTU） pH值溶解氧（mg/L）总氮（mg/L）总磷（mg/L）指标值范围 21～30 4.2～5.9 7.0～7.3 5.1～7.2 0.29～2.21 0.02～0.17指标均值 27 5.1 7.1 6.2 1.72 0.9
试剂：PSAF（市售，工业级）、PAFC（市售，工业级）、PFS（市售，工业级）、
PAC（市售，工业级），试验中其他试剂均为分析纯。

仪器：ZR4-6型混凝搅拌机（深圳中润公司）、HACH2100N浊度仪（美国哈希公司）、UV-1800紫外分光光度计（岛津公司）、SG2便携式pH计（梅特勒-托利多公司）。

1.3 试验方法
1.3.1 小试试验
分别取6份1L水库水置于6个混凝试验用的搅拌杯中，加入一定量的混凝剂，按照混凝搅拌程序运行试验。

混凝搅拌程序参数设置如下，试验运行过程中观察矾花形成时间和矾花外观、大小、密实程度等，静沉后取上清液分析测定浊度。

快速搅拌 300rpm / 1min；
慢速搅拌 60rpm / 10min；
静沉 30min；
1.3.2 中试试验
中试装置设计处理水量为5m3/h,试验装置流程为：原水→絮凝反应斜管沉淀池→砂滤池→清水池。

为确保试验结果的稳定性，针对各工况单元水质参数的研究均连续运行24h，期间定时对滤前水（沉淀池出水）和滤后水（砂滤池出水）进行取样分析。

1.4 分析项目及方法
分析项目主要是浊度、UV254、pH值等。

浊度采用HACH2100N浊度仪（美国哈希公司）测定；UV254检测方法：水样经过0.45nm滤膜过滤，使用1cm石英比色皿以纯水作为空白，在254nm波长下测定吸光度；pH值用SG2便携式pH计（梅特勒-托利多公司）测定。

2.结果与讨论
2.1 小试试验几种混凝剂效果比对及最佳投加量
取水库原水，按照1.3.1混凝搅拌试验条件，考察了PSAF、PAFC、PFS、PAC四种常用混凝剂在不同投加量下混凝效果，取上清液分析测定浊度并确定效果相对较优的混凝剂及最佳投加量。

图1 几种混凝剂对浊度去除效果
由图1可以看出，四种混凝剂的投加量的大小对浊度去除效果影响较大。

PSAF对水库水浊度去除效果最优。

在PSAF的投加量由4～8mg/L递增时，对浊度去除
效果逐渐增加，当PSAF的投加量在8mg/L时，对浊度去除效果最佳达到62.1%，但是随着投加量继续增大，PSAF对浊度的去除效率迅速下降，说明当投加量大于
8mg/L时，投加量过大，出现胶体再稳以及沉降困难现象，所以当投加量过大的
时候对浊度的去除效果越来越差。

在相同投加量下对比另外三种混凝剂PAFC、PFS、PAC对浊度的去除效果，可以发现PAFC对浊度的去除效果优于PFS和PAC，当投加量为18mg/L时，PAFC对浊度的去除效果最好，去除率达到
55.9%。

而PFS的最佳投加量为18mg/L时，在此投加量下PFS对浊度的去除率
达仅为30.8%；PAC投加量为16mg/L时，对浊度的去除率达到最大值为34.1%。

小试试验运行过程通过对矾花形成时间和矾花外观、大小、密实程度观察可以得出结论，PSAF絮凝沉降速度快、形成的污泥体积小、絮凝效果最好。

PAFC对浊度
去除效果整体也较好，对浊度的去除率仅次于PSAF，但形成的矾花不如PSAF密实。

PAC、PFS形成的絮体松散、絮凝沉降速度较慢，而且在沉降时间结束后还会有细小的微粒悬浮在溶液中，因此对浊度去除效果较差。

2.2 中试试验PSAF投加量处理实验
以同一水库水为原水，处理规模为5m3/h，对不同PSAF投加量下中试流程进行
试验。

PSAF的投加量用中试装置中的计量泵进行严格控制。

对滤前水（沉淀池出水）和滤后水（砂滤池出水）进行取样分析。

图2 PSAF投加量对浊度去除的影响
2.2.1 不同PSAF投加量下对浊度去除的影响
从图2可以看出，PSAF投加量的大小在中试试验工艺中对浊度去除效果影响较大，当PSAF投加量为7mg/L时，滤前、滤后出水效果都是最佳，滤前浊度去除率达
到70.8%，滤后出水对浊度去除率达到94.6%。

而且，处理后滤后水浊度小于
0.3NTU。

在PSAF的投加量由3～7mg/L递增时，滤前水对浊度去除效果逐渐增加，但是随着投加量继续增大，PSAF对浊度的去除效率迅速下降，说明此时投加量已经过大，中试试验结果和小试试验结果基本一致。

在试验过程中还观察到，在合适的投加量下PSAF形成的矾花密实、絮凝沉降速度快。

当投加量过大时，PSAF形成的矾花过多，会有少量絮体浮在水面。

2.2.2 不同PSAF投加量下对UV254去除效果的影响
图3 PSAF投加量对UV254去除率的影响
从图3可以看出，PSAF投加量的大小在中试试验工艺中对浊度去除效果影响不大，滤前水对UV254去除率在40～55%之间，滤后水对UV254去除率在75%左右。

混凝沉淀过程，就对UV254具有一定的去除效果，可以推断为有一部分有机物是粘附在混凝产生的絮体上，随着絮体的沉降而沉降，而砂滤的过滤作用进一步对UV254进行过滤去除。

表2 PSAF投加量对pH值影响PSAF投加量（mg/L）pH值原水滤前砂滤后3 7.1 6.9 7.1 4 7.2 6.9 7.1 5 7.2 6.9 7.1 6 7.2 6.9 7.1 7 7.2 6.9 7.1 8 7.2 6.9 7.0 10 7.1 6.8 7.0 11 7.1 6.6 6.9 12 7.1 6.4 6.9
2.2.3 不同PSAF投加量下对pH值的影响
由表2数据可知，不同投加量下PSAF混凝剂，均能引起pH值不同程度的下降；但是，当PSAF投加量4～7mg/L，滤前水pH下降幅度很小，而且砂滤后出水的pH值又基本上可以恢复到原水的的pH值。

而随着PSAF投加量进一步增大，pH 值下降幅度明显加大。

从中试试验结果可知，PSAF的最佳投加量为7mg/L，而
在此投加量下pH值改变并不明显，所以针对此原水水质PSAF投加并不会对pH
值产生影响。

2.2.4 四种混凝剂生产成本比对
PSAF的市场价格比其他三种混凝剂PAFC、PAC、PFS贵约百分之三十，但是针
对此水库水PSAF投加量却不到其他三种混凝剂PAFC、PAC、PFS的一半，所以针对此水质采用PSAF作为混凝剂可以为水厂节省生产成本。

3.结论
PSAF对此水库水具有良好混凝沉淀效果，形成的絮体密实、沉降速度快、产生污泥体积小。

对浊度的去除效果优于PAFC，且远远优于PAC、PFS。

中试试验结果表明，PSAF的最佳投加量为7mg/L，在此投加量下，滤前浊度去
除率达到70.8%，滤后出水浊度去除率达到94.6%。

而且，处理后滤后水浊度小
于0.3NTU，且在此投加量下聚硅酸铝铁的投加并不会对原水的pH值产生影响。

采用PSAF处理珠海市某水库水，不仅对浊度去除效果佳，而且由于投加量较小，可以为水厂降低生产成本，提供了依据。

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