聚合硫酸鐵以及硫酸铝去除腐殖酸强化混凝效果研究.doc

聚合硫酸铁以及硫酸铝去除腐殖酸强化混凝效果研究 梁聪 邓慧萍 苏宇 李涵婷（同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海 200092） [摘要] 通过烧杯实验，研究了聚合硫酸铁（PFS）以及硫酸铝(AS)的各自强化混凝条件，并通过ξ电位的测定解释了PFS和硫酸铝的混凝机理；经过沉淀性能对比实验得出PFS＋PAM的絮体沉降性能远远好于硫酸铝的絮体沉降性能；通过PFS的正交优化实验确定了影响PFS的混凝性能的因素的主次顺序以及最佳因素水平。 1. 前言 　　随着工业的发展，现在水体污染日益严重，水中的有毒有害有机物比以前大大增加，单靠常规工艺难以保证出水的安全性。如果增加前后新的处理构筑物，又会大量提高成本。这时简单易行，经济高效的强化混凝技术就受到了广泛关注。所谓强化混凝就是指通过投加过量混凝剂，调节PH值或投加新型的混凝剂，助凝剂以达到大量去除水中天然有机物进而去除消毒副产物前质的效果[1]。下面就以天然有机物的代表性物质－腐殖酸为研究对象，进行聚合硫酸铁和硫酸铝的强化混凝实验。 2．实验部分 2.1 主要实验材料和药品　　高岭土，腐殖酸，氢氧化钠，盐酸，硫酸铝，聚合硫酸铁(PFS,含3价铁20％)。其中PFS来源于同济大学环境实验重点实验室李风亭老师课题组。实验前，现场配置混凝剂投加液，硫酸铝和聚合硫酸铁都配制为10mg/L的使用液投加。Millipore公司提供的Amicon YM超滤膜，截留分子量为30k，10k，3k，1k道尔顿。 2.2 主要实验仪器　　DC－506六联搅拌机，Hach2100N浊度仪，UV755B紫外可见分光光度计，PHS－3C精密PH计，Zeta电位测试仪，TOC测试仪，SCM型杯式超滤器。 2.3 实验方法2.3.1 模拟水样配置　　腐殖酸储备液：将5g商品腐殖酸加入1L的0.1mol/L的氢氧化钠溶液中，边加热边搅拌直到全部溶解，冷却到室温，装入棕色瓶中待用。实验时，在八升自来水中加入适量的腐殖酸储备液以及2g高岭土，配置成UV254为0.130－0.160cm－1，浊度60－70NTU，PH为7.2－7.5的实验配水。2.3.2 实验方法 六联搅拌机程序设定： 名称 转速（n/min) 时间（min） G值 GT值 快速混和 400 0.5 607 18210 絮凝 200 2 239 28680 150 3 162 29160 100 5 94 28200 60 5 47 14100 沉淀时间 0 20 总GT值 118350 在快速混和阶段投加定量混凝剂。沉淀结束后，取上清液进行各种水质指标测定。Zeta电位则是在快速混凝30s结束后马上取絮凝颗粒放入Zeta电位测试仪中测定。用氢氧化钠和盐酸调节PH值。 3．结果与讨论 3.1 投加量对各种混凝剂混凝效果的影响　　以自配的腐殖酸水样做为实验对象，进行了硫酸铝和PFS的投加量对浊度以及UV254去除影响的实验。对浊度去除实验结果如图1。 图1? 混凝剂投加量与浊度去除的关系 图2? 混凝剂投加量与Zeta电位的关系 由图1可以看出，随着混凝剂投加量的增加，剩余浊度逐渐降低，当投加量为50－60mg/L的时候去除效果最好，剩余浊度约为0.3NTU。但是并不是投加量越多越好，当投加量到达一定的时候，继续投加混凝剂会使得浊度升高。这是由于混凝剂主要是通过电性中和，吸附架桥以及网捕卷扫作用来达到混凝除浊的效果。但是，吸附架桥和电性中和作用当混凝剂投加量超过一定限度的时候，会产生“胶体保护”作用，发生再稳现象，降低了浊度的去除率。ξ电位是反映胶体和悬浮物稳定性的重要指标。混凝中的电性中和作用主要就是靠降低胶体的ξ电位，压缩双电层来达到混凝效果的。图2为混凝剂投加量与ξ电位关系图，从图中可以看出，随着硫酸铝投加量的增加，ξ电位迅速升高，从-16.55mV升到7.133mV。ξ电位最低在硫酸铝投加量为20mg/L－60mg/L区间，参照图1，这个时候正是硫酸铝去除浊度最好的时候，因此可以看出硫酸铝主要是通过电性中和作用来去除浊度。硫酸铝最佳投加量在50mg/L，这个时候的ξ电位2.157mV，并不是0mV。这主要是因为混凝的时候并不是简单的电性中和作用，胶体的絮凝最佳效果受到许多方面的影响，所以最佳的ξ电位不一定为0mV[2]。随着硫酸铝的投加量从60mg/L升到110 mg/L，ξ电位升高不大，但是浊度却迅速升高，原因在于硫酸铝在混凝中除了主要是电性中和作用外，还带有吸附架桥的作用。当混凝剂投加量超量时，产生胶体体系再稳现象，导致浊度的迅速升高。从图2还可以看出，随着PFS的投加量增加，ξ电位升高不快，只不过从-16.55mV升到-2.448mV，而去除浊度最好的投加量区间在40m