不同助凝剂对地表水的混凝效果的影响研究_姚鑫迪

1 绪论
常规混凝剂在使用时需配制成一定浓度的溶液后投加 使用，常常导致过量的药剂在水中残留，随着水体污染的加 重，对水处理的要求愈来愈高，尤其是给水处理中，对残留铝 的限制越来越多［1］。而助凝技术作用广泛，具有减少混凝剂 投加量、降低水质有机物含量、去除重金属及放射性物质等 对环境和人体有负面影响的毒性物质等作用［2］，可一定程度 上解决这一问题。
第 12 期
姚鑫迪，等： 不同助凝剂对地表水的混凝效果的影响研究
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加助凝剂的情况（ 高锰酸盐指数为 1． 09 mg / L） ，这可能是因 因残留导致高锰酸盐指数上升较高； 硅藻土具有较为稳定的
为测定高锰酸盐指数所取水样量大，其中仍有部分助凝剂残 助凝效果； 而纤维素在投加量较低的情况下即可获得较好的
2016 年第 45 卷
2． 1 实验仪器与药剂
本项目所用仪器主要有 JJ － 4A 型六联同步自动升降搅 拌机、SGZ － 2P 型微机浊度仪、SZ － 1000A － 3 超高速多功能 粉碎机、JＲM － 01 湿式破碎机、pH 计等。
10 g / L 的硫酸铝溶液，10 g / L 的纤维素悬浮液，1 g / L 的 阳离子聚丙烯酰胺溶液，1 g / L 的壳聚糖溶液，硅藻土。原水 取自厦门大学漳州校区湖水，水温为 15 ～ 23℃ ，pH 值为 7． 0 ～ 9． 0。
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第 12 期
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资源与环境
姚鑫迪，等： 不同助凝剂对地表水的混凝效果的影响研究
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不同助凝剂对地表水的混凝效果的影响研究
姚鑫迪，黄金阳，李 昭，柯泽伟，杨 然，黄 元
（ 厦门大学嘉庚学院 ，福建 漳州 363105）
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摘要： 选择纤维素、PAM、壳聚糖、硅藻土等作为助凝剂，在减小常规混凝剂投加量的基础上，通过单因素实验研究不同助凝剂对地
留，在测定过程中消耗了部分高锰酸钾，使得高锰酸盐指数 净水效果，且处理成本相对较低，较为适合用于地表水混凝
The Ｒesearch of Coagulation and Settlement on the Effect of Different Coagulant for the Surface Water
Yao Xindi，Huang Jinyang，Li Zhao，Ke Zewei，Yang Ｒan，Huang Yuan
3． 2 投加量对混凝沉淀出水浊度的影响
当原水浊度为 33． 60 NTU，硫酸铝投加量为 20 mg / L，以 纤维素、壳聚糖、PAM、硅 藻 土 作 为 助 凝 剂，研 究 不 同 助 凝 剂 对混凝沉淀效果的影响，结果如图 2 所示。
由图 2 可见，随着投加量的增加，不同助凝剂处理后的 出水浊度均有不同程度的处理效果和变化趋势。当投加量 为 0 ～ 20 mg / L 时，四种助凝剂均具有一定的助凝效果。其
图 2 不同助凝剂对混凝沉淀效果的影响 Fig． 2 The effect of different kinds of
coagulant aid on coagulation sedimentation
3． 3 不同助凝剂对混凝沉淀出水高锰酸盐指数的 影响
高锰酸盐指数越低，说明水体中的还原性物质、有机物、 微生物含量低。由于所用的助凝剂加入水中后可能引起残 留，导致水中还原性物质增加，因此有必要研究不同助凝剂 处理后出水的高锰酸盐指数。当原水浊度为 33． 60 NTU，硫 酸铝投加量为 20 mg / L，助凝剂投加量为 20 mg / L 时，研究不 同助凝剂对混凝沉淀后出水的高锰酸盐指数的影响，结果如 图 3 所示。
2． 2 评价指标
依据本实验的处理对象和过程，参照《地表水环境质量 标准》和《生活饮用水卫生标准》，选择采用高锰酸盐指数和 浊度为主要检测指标评价水处理的效果。
2． 3 实验方法
取 6 个 1 L 烧杯，分别加入 1 L 水样，投加一定量的药 剂，在六联搅拌机上高速搅拌 1 min，速度 200 r / min； 中速搅 拌 5 min，速度 100 r / min； 慢速搅拌 10 min，速度 50 r / min，静 置 30 min 后，在上清液面下 2 ～ 3 cm 处，取部分上清液测定 其浊度或高锰酸盐指数。
助凝剂种类繁多，如聚丙烯酰胺（ PAM） ［3］、聚丙烯酸等 人工合成物质，以及壳聚糖［4］、硅藻土［5］等天然物质。此外， 作为链状高分子有机物的纤维素因其来源广泛、价格低廉， 具有吸附 性 和 疏 水 性 等 特 点，具 备 作 为 助 凝 剂 的 潜 力。 因 此，本文选用纤维素、硅藻土、壳聚糖、PAM 作为研究对象，对 不同种类的助凝剂对地表水混凝沉淀处理效果进行研究，以 为混凝沉淀处理过程中合理选择混凝剂和助凝剂提供参考。
因此，当以厦门 大 学 漳 州 校 区 湖 水 作 为 处 理 对 象 时 ，以 纤维素作为助凝剂，最佳投加量为 20 mg / L 时，混凝沉淀后 出水浊度为 2． 14 NTU，去除率为 93． 63% ，其助凝效果和处 理成本大大优于使用 PAM 的情况； 而使用壳聚糖和硅藻土 作为助凝剂，投加量越大出水的浊度越低，处理效果越好； 阳 离子型 PAM 的作为助凝剂使用，应当严格控制投加量，否则 反而会影响处理效果。
3 结果分析与讨论 3． 1 单独使用铝盐的混凝沉淀效果
当原水浊度为 37． 30 NTU，pH 值为 7． 35，采用 2． 3 中所 述实验方法，研究单独使用铝盐时投加量对混凝沉淀效果的 影响，结果如图 1 所示。
中以纤维素为助凝剂的出水浊度下降速度最快，壳聚糖和硅 藻土分别次之，这是由于纤维素的纤维状、链状高分子、吸附 性等特点使得其相比壳聚糖和硅藻土具有更好的吸附架桥 和网捕能力； 而 PAM 则呈现先下降后上升的趋势，这是因为 带有正电荷的阳离子型 PAM 由于投加量过多使得水中胶 体" 再稳定" 的结果。之后继续增大投加量，以纤维素为助凝 剂的出水浊度逐渐上升，这可能是因为过量投加后纤维素中 一些细小纤维难于沉降，反而影响了沉淀的处理效果； 而壳 聚糖和硅藻土作为助凝剂的出水浊度仍呈下降趋势，这是由 于壳聚糖主要以吸附架桥作用为主帮助混凝，而硅藻土侧重 于改良絮体沉降性能，因此投加量越多，助凝效果越好。
（ Tan Kah Kee College ，Xiamen University ，Zhangzhou 363105，China）
Abstract： We choose Cellulose，PAM，Chitin and Diatomite as coagulant aids in this paper，through the single factor experiment to research different coagulant aids＇ influence for the surface water in coagulation sedimentation treatment effect is based on reducing the dosage of the conventional coagulant，which is looking forward to reducing the content of residual aluminum in the treated water while comparing different types of coagulant aids to strengthen the effect of water purification， it can be served as a reference in the selection of coagulants and the use of coagulants． Experimental result shows that when the raw water turbidity is 33． 60 NTU，the dosage of aluminum sulfate is 20 mg / L，treating cellulose as coagulant aid and the best dosage of cellulose is 20 mg / L，turbidities of treated water is 2． 14 NTU． We can see that the effect and costing of cellulose is better than other coagulant aids． While treating chitin and diatomite as coagulant aids，the more dosage of them，the lower turbidities of treated water is，but the residual chitin in water can higher the permanganate index． Last but not least，when cationic PAM is treated as coagulant aid，whose dosage should be controlled strictly ，otherwise will cause some bad effects on the effect of treatment． Key words： coagulant aid； coagulation； sedimentation； surface water
2 混凝沉淀实验
收稿日期： 2016 － 04 － 26 基金项目： " 厦门大学嘉庚学院大学生创新创业训练计划项目（ 201513469025） " 资助。 作者简介： 姚鑫迪（ 1994—） ，女，福建福州人，厦门大学嘉庚学院本科生，给排水科学与工程专业。
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山东化工 SHANDONG CHEMICAL INDUSTＲY
表水的混凝沉淀处理效果的影响，以期在降低处理后出水的余铝同时，对比不Leabharlann Baidu类型助凝剂的强化净水效果，为助凝剂的合理选
择和使用提供参考。实验结果表明，当原水浊度为 33． 60 NTU，硫酸铝投加量为 20 mg / L 时，以纤维素作为助凝剂的最佳投加量为
20 mg / L，出水浊度为 2． 14 NTU，其助凝效果和处理成本优于其他助凝剂； 而使用壳聚糖和硅藻土作为助凝剂，投加量越大出水的
浊度越低，但壳聚糖残留水中易导致高锰酸盐指数升高； 阳离子型 PAM 作为助凝剂使用应当严格控制投加量，否则反而会影响处
理效果。
关键词： 助凝剂； 混凝； 沉淀； 地表水
中图分类号： X703
文献标识码： A
文章编号： 1008 － 021X（ 2016） 12 － 0173 － 03
DOI:10.19319/j.cnki.issn.1008-021x.2016.12.066
由图 3 可见，高锰酸盐指数由高到低依次为壳聚糖 ＞ PAM ＞ 硅藻土 ＞ 纤维素，这可能是因为壳聚糖因部分溶解于 水中而发生残留，导致高锰酸盐指数较高； PAM 因该投加量 下净水效果较差，使得高锰酸盐指数偏高，硅藻土虽然助凝 效果一般，但由于其主要成分为矿物，投入水中后对还原性 物质的量影响不大； 纤维素由于其疏水性、吸附性和较好的 助凝效果，因而高锰酸盐指数较低，为 1． 41 mg / L。而实验中 却发现投加四种助凝剂的出水高锰酸盐指数却略高于不投
图 1 硫酸铝投加量对混凝沉淀效果的影响 Fig． 1 The effect of aluminum sulfate in dosage on coagulation sedimentation
由图可见，随着硫酸铝投加量的增加，浊度快速下降，当 投加量为 40 mg / L 时，浊度最低，为 3． 23 NTU，而后继续增大 投加量，浊度反而上升。为便于与助凝剂的处理效果进行比 较，确定助凝实验中硫酸铝的投加量为 20 mg / L，相应的剩余 浊度为 10． 79 NTU，浊度去除率为 71． 07% 。