聚合氯化铝复配絮凝剂的絮凝性能

控制，很难得到聚集能力（聚合度）相同的产品[1]。铁 盐絮凝剂不仅安全无毒，可避免二次污染，而且还有 混凝能力强、矾花大、沉降快、水温和 pH 适应范围 广、价格便宜等特点[2]。但其腐蚀性强，对设备要求 高，且铁盐絮凝剂中的 Fe3+与水中腐殖质等有机物 可形成水溶性污染物，使自来水带色[3]。
有机高分子絮凝剂可分为人工合成高分子絮凝 剂、天然高分子絮凝剂和微生物高分子絮凝剂三类。 人工合成高分子絮凝有一定量的残余单体，不可避 免地带来毒性，且存在难生物降解、价格偏高等缺 点，因而其应用受到了限制[4]。天然高分子絮凝剂的 研究开发尽管逐渐得到重视，但此类絮凝剂存在电 荷密度小，分子量低，易发生生物降解而失去混凝活 性等缺点，其应用少于合成高分子絮凝剂。微生物絮 凝剂的混凝能力受被混凝物质性质的影响极大[5]，
采用三因素二水平设计正交试验因素分别为packmno水合二氧化锰配比正交试验结果与分析tab1resultsndanaysisorthogonatst对复配絮凝剂各成分比例的正交试验结果进行分析发现三者在出水平均浊度及toc等方面的影响从大至小依次是packmno26复配絮凝剂的反应速度在水处理工程中混凝速度是一个非常重要的问题因为它涉及到工程实施的可能性和经济性
2.2 KMnO4 的强化混凝效果
图 2 为 PAC 投加量为 15 mg ／ L 时，KMnO4 强化 混疑效果。
浊度去除率 ／ ％ TOC 去除率 ／ ％
94
34
92
32
30 90
28
88
26
86
24
84
22
浊度去除率
20
82
TOC 去除率
18
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
水 合 二 氧 化 锰 制 备 方 法 ：参 照 文 献［10］采 用 KMnO4 与 MnSO4 等当量反应制备水合二氧化锰。化 学反应式为：
3MnSO4+2KMnO4+2H2O→5MnO2↓+K2SO4+2H2SO4
反应完成之后用蒸馏水洗涤 3 遍然后过滤，置 于 50 ℃烘箱中干燥 3 h。
絮凝剂复配方法：将絮凝剂与助凝剂先配制成
净水技术 2010，29（6）：51-56
净水技术 WATER PURIFICATION TECHNOLOGY
聚合氯化铝复配絮凝剂的絮凝性能
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Vol. 29, No. 6, 2010 Water PuDreicfiecmabteiro2n5tTh,e2c0h1n0ology
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KMnO4 投加量 （／ mg·L－1）
图 2 KMnO4 强化混凝效果 Fig.2 Enhanced Coagulation Effect of KMnO4
净水技术 WATER PURIFICATION TECHNOLOGY
Vol. 29, No. 6, 2010
December 25th, 2010
综合考虑无机絮凝剂和复合絮凝剂的特点可以 发现，在无机絮凝剂的基础上引入高电荷离子、羟基 以及加入氧化剂、不同金属离子、吸附剂等是复合絮 凝剂的研制方向[8-9]。我国大部分自来水厂仍使用铝 盐类和铁盐类无机絮凝剂，因其价格低廉应用普遍， 又积累了相当多的操作经验，故本试验使用最常见 的无机絮凝剂 PAC 与 KMnO4 及 MnO2 进行复配，研 究其对微污染水的处理效果，反应时间及复配成分 对去除污染效果的影响，以及絮体的沉淀性能。
无论是城市工业用水，还是城市工业废水处理， 混凝过程往往被作为众多处理工艺流程中不可缺少 的前置关键技术环节。絮凝剂种类繁多，按化学成 分可以分为无机、有机和复合型絮凝剂三大类。目 前市场上的常规絮凝剂多为无机絮凝剂，主要针对 浊度的去除，对有机污染物去除效果较差。应用较 广泛的无机絮凝剂是铝盐絮凝剂和铁盐絮凝剂两大 类。铝盐絮凝剂以 PAC 为代表，其优点是用量少、效 率高、絮凝体大、沉降快、净水性能好等，但其缺点是 生产受原料限制，成份复杂，生产过程长，条件难以
1 试验材料与方法
1.1 原水水质
原水取自珠江广州大学城段，其平均浊度为 33 NTU、pH 值为 7.1、色度为 20 度、TOC 浓度为 12.61 mg ／ L。
1.2 试验材料与仪器
KMnO4、PAC； ZR4-6 程控六联混凝试验搅拌仪、QZ201 散射 浊度仪、岛津 VCPH 型 TOC 测定仪。
Ye Tingjin1,2, He Jun1, Zhang Li1, Liang Yongmei1, Liu Wei1 (1. School of Environmental Science and Engineering, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, China; 2. Foshan Water Group Co., Ltd., Foshan 528000, China)
从图 2 中可见，KMnO4 具有比较明显的助凝效 果，浊度去除率在投加量为 0.3 mg ／ L 达到最佳。而 TOC 去除率则随着 KMnO4 投加量增加而持续上升， 在 KMnO4 投加量达到 0.8 mg ／ L 以上后基本不再增 加。KMnO4 强化混凝可以使 TOC 去除率提高约 10 %，但对浊度去除影响不大，高投加量反而导致去除 率下降。考虑到出水水质，后续试验中选择 KMnO4 最佳投加量为 0.3 mg ／ L。
影响以及絮凝沉降性能。试验结果表明：KMnO4、MnO2 与 PAC 具有极好的复配效果，复配后浊度及有机碳总量（TOC）去除率进
一步提高，絮凝沉降性能也得到改善。在浊度去除方面，要达到 92.33 %的去除率，复配絮凝剂比单独投加 PAC 节省 36.8 %的
投加量。在 TOC 去除方面，单独投加 15 mg ／ L 的 PAC 仅能达到 17.2 %的去除率，而投加 15.8 mg ／ L 的复配絮凝剂则能达到
30
TOC 去除率
82
25
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
水合二氧化锰投加量 （／ mg·L－1）
图 3 KMnO4-MnO2 联用强化混凝效果 Fig.3 Enhanced Coagulation Effect of Composite KMnO4 and MnO2
由图 3 可知，当水合二氧化锰投加量为 0.5 mg ／ L 时，浊度去除率达到了最大值 93.18 %，其后随着 MnO2 投加量继续增加，浊度去除率有微量下降的趋 势。原因可能是未反应完全的水合二氧化锰颗粒悬 浮在水中形成了新的浊度。因此，水合二氧化锰的 最优投加量不应高于 0.5 mg ／ L。TOC 的去除率随 着水合二氧化锰投加量的增加而逐渐上升。而水合 二氧化锰投加量为 0.5 mg ／ L 时，TOC 去除率可达 47.6 %，较单独 KMnO4 助凝效果提高近一倍，因此 确定后续试验中水合二氧化锰的最佳投加量为 0.5 mg ／ L。
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叶挺进，何 君，张 丽，等. 聚合氯化铝复配絮凝剂的絮凝性能
Vol. 29, No. 6, 2010
目前对微生物絮凝剂的研究大部分还处在实验室研 究阶段，暂时无法实现大规模工业化应用。
和其他絮凝剂相比，复合型絮凝剂具有以下优 点[6-7]：（1）复合型絮凝剂只是对传统絮凝剂作了很 小的改进，但能大大改善处理效果（如提高 SS 或 TOC 的去除率）；（2）使用复合型絮凝剂后，混凝产 生的固体物质会大大减少，减少量可达到 50 %左 右；（3）由于 pH 的影响和各组分的协同作用，可取 得更好的混凝效果，改善对低温水的处理；（4）采用 含铝的复合絮凝剂可减少铝的余留量；（5）避免了二 次投加，方便操作。
设备与材料
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叶挺进 1,2，何 君 1，张 丽 1，梁咏梅 1，刘 伟 1
（1.中山大学环境科学与工程学院，广东广州 510275；2.佛山市水业集团有限公司，广东佛山 528000）
摘 要 选用聚合氯化铝（PAC）和 KMnO4、MnO2 进行复配处理微污染水。考察了复配比例、复配成分、反应时间对絮凝效果的
47.6 %的去除率。在絮凝沉降性能方面，当浊度去除要求相同时，复配絮凝剂可缩短 27 %~50 %的反应时间。
关键词 聚合氯化铝 复标识码：A
文章编号：1009-0177（2010）06-0051-06
Flocculation Performance of Composite Flocculants of Poly Aluminum Chloride（PAC） with Potassium Permanganate（KMnO4）and Manganese Dioxide（MnO2）
2.3 KMnO4 和 MnO2 的强化混凝效果
图 3 为 PAC 投加量为 15 mg ／ L、KMnO4 投加量 为 0.3 mg ／ L 时，KMnO4 与 MnO2 联用强化混凝的效 果。
TOC 去除率 ／ ％
浊度去除率 ／ ％
94
65
92
60
55 90
50
88
45
86
40
35
84
浊度去除率
1.3 试验方法
采用混凝搅拌试验，将原水转移至 1 000 mL 的 烧杯中，投加絮凝剂后，先快速（300 r ／ min）搅拌 1 min，再慢速（160 r ／ min，60 r ／ min，25 r ／ min）分别 搅拌 2 min、3 min、5 min，静置 10 min 后抽取上清 液测定浊度及 TOC。
60
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
投加量 （／ mg·L－1）
图 1 PAC 混凝效果 Fig.1 Coagulation Effect of PAC
由图 1 可知，浊度去除率随着絮凝剂投加量 增加而先升后降，当投加量在 15 mg ／ L 时浊度去 除率达到 90 %，当 PAC 投加量为 15~35 mg ／ L 时 浊度去除率均保持在 90 %以上，但在此范围内浊 度去除率随投加量增加而缓慢上升。TOC 去除率 随着投加量增加而持续上升，去除效果明显。考虑 到高 PAC 投加量意味着制水成本高、高残余铝和 高排泥量，因此后续试验中选择 PAC 最佳投加量为 15 mg ／ L。
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一定浓度的溶液或悬浊液，再按照一定的比例混合， 静置待用，投加时需混合均匀。
2 结果与分析
浊度去除率 ／ ％ TOC 去除率 ／ ％
2.1 PAC 的混凝效果
图 1 为 PAC 对该种地表水的混凝效果。
95
45
90
40
85
35
80
30
25 75
20 70
15
65
浊度去除率
TOC 去除率
10
Abstract Composite flocculant of PAC, KMnO4 and MnO2 was applied to treatment of micro-polluted water. The dosage of each floc－ culant and ratios of them and reaction time on flocculation performance were investigated. The results show that turbidity and total oxygen demand (TOC) removal can be further improved with addition of KMnO4 and MnO2 when PAC is used as main flocculant. As turbidity removal is concerned, 92.33 % removal efficiency is obtained with saving of 36.8 % PAC dosage. The removal efficiency of TOC is 17.2 % when 15 mg ／ L PAC is used alone, whereas 42.6 % removal efficiency is obtained with composite flocculant of PAC, KMnO4 and MnO2 and the flocculation time may be shortened by 27 %~50 %. Key words poly aluminium chloride (PAC) composite flocculant micro-polluted water
[收稿日期] 2010-04-21 [基金项目] 广 东 省 产 学 研 专 项 资 金 项 目 （2009B090300369）；佛
山 市 禅 城 区 产 学 研 专 项 资 金 项 目（2009B1042） [作者简介] 叶挺进（1973-），男，工学博士，工程师，研究方向为给水
处理。电话：0757－82125310；E-mail：tingjinye@。 [通讯作者] 何 君，电话：13602445638，E-mail：48381326@。