王帥

摘? 要：文章闡釋了低溫低濁水對于混凝效果的影響與聚硅酸硫酸鋁的制備方法，圍繞SIO2質量分數(shù)、硅酸活化pH值、硅酸活化時間、Al/Si摩爾比等層面，試分析不同制備條件對聚硅酸硫酸鋁混凝效果的影響，并依托實驗比較得出不同絮凝劑對于低溫低濁廢水的處理性能，證實聚硅酸硫酸鋁具備良好的混凝效果。

關鍵詞：絮凝劑;低溫低濁水;混凝效果

中圖分類號：TU528.042 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）04-0108-02

Abstract： This paper explains the influence of low temperature and low turbidity water on coagulation effect and the preparation method of polysilicate aluminum sulfate. Around the aspects of SIO2 mass fraction， silicic acid activation pH value， silicic acid activation time， Al/Si molar ratio， etc.， try to analyze the effects of different preparation conditions on the coagulation effect of polysilicate aluminum sulfate， and compare the treatment performance of different flocculants for low temperature and low turbidity wastewater based on experiments. It is proved that polysilicate aluminum sulfate has good coagulation effect.

Keywords： flocculant; low temperature and low turbidity water; coagulation effect

引言

低溫低濁水是指溫度和濁度較低、不利于混凝沉淀的原水，北方地區(qū)將低溫低濁水界定為溫度處于0-4℃范圍內(nèi)、濁度為10-30NTU的水。以往水廠主要選用鋁鹽改善出水水質，然而在低溫條件下鋁鹽難以實現(xiàn)充分水解，且投入量的增大也將導致出水中鋁含量提升，因此對于給水處理工藝提出了更高的要求。

1 低溫低濁水對于混凝效果的影響分析

1.1 低溫影響條件

在低溫條件下采用常規(guī)工藝進行給水處理，易因絮凝劑水解不充分導致混凝效果下降、投入量增大，致使出水中鋁含量大幅提升，影響到用水質量與安全。其作用機理主要體現(xiàn)在以下三方面：其一是低溫條件下液體的粘滯系數(shù)增大，將機械攪拌技術應用于水的混凝處理時需要更高的水功率，導致混凝難度大幅提升;其二是低溫條件下使得微生物對于水中有機物的分解速率減緩，導致水體混凝后生成的絮體中有機物質含量較高，這類有機成分的密度較小，難以實現(xiàn)有效沉降;其三是低溫將破壞絮凝劑中金屬氫氧化物的動力學平衡，導致金屬混凝劑的水解效果難以實現(xiàn)充分發(fā)揮。

1.2 低濁度影響條件

濁度與水體中顆粒物數(shù)目存在關聯(lián)，在低濁度條件下對于混凝效果的影響主要體現(xiàn)在以下三個方面：其一是水中膠體顆粒的含量較低、難以實現(xiàn)有效凝聚，由此影響到絮體形成效果，倘若采用機械攪拌技術或增加水力的方式，易導致現(xiàn)已形成的低強度絮體再次離散;其二是低濁度水的固相濃度、分散相面積較小，將生成易溶解產(chǎn)物，加之缺乏大量高聚物形成的有效空間網(wǎng)格交鏈的鍵，導致產(chǎn)物強度較低、易被破壞;其三是水體中的雜質、微生物呈細膠體分散體系溶于水，膠體微粒大小均勻、帶負電顆粒較少，動力學穩(wěn)定性與凝聚系統(tǒng)穩(wěn)定性均較強，而混凝劑需在電中和狀態(tài)下方可發(fā)揮良好的混凝效果，因此導致形成的絮體多為細小礬花，沉淀效果較差[1]。

2 聚硅酸硫酸鋁的制備及其在處理低溫低濁水中的具體應用探討

2.1 聚硅酸硫酸鋁的制備

2.1.1 制備方法

選取硫酸鋁、鋁酸鈉、含有SiO2的水玻璃等作為主要試劑，實驗儀器包含S212系列恒速攪拌器、501型超級恒溫器、ZK-82A電熱真空干燥箱、ST2-B24型濁度儀、PHS-3C型pH計等。將硫酸鋁、鋁酸鈉、水玻璃溶液稀釋至一定濃度數(shù)值，將鋁酸鈉溶液與水玻璃溶液進行混合、均勻攪拌，隨后選取一定量碳酸鈉粉末加入到混合液中進行高速攪拌，在10-20℃溫度條件下將混合液緩慢滴入硫酸鋁溶液中，待高速攪拌30min、膠體呈均勻分散狀態(tài)后，令混合液在60-80℃溫度下充分反應1h左右，并將其進行靜置處理，獲取到澄清透明的聚硅酸硫酸鋁溶液。

2.1.2 水質測定

稱量1000mL濁度為18-20NTU的低溫低濁水，將配制好的絮凝劑加入到低溫低濁水中開展容器攪拌實驗，先以200r/min的轉速將其攪拌60s，再以60r/min的轉速攪拌10min，隨后將加入絮凝劑的低溫低濁水靜置10min，取其上清液進行pH值、濁度、色度、COD含量、SS含量測試。其一是pH值測定，采用PHS-3C型pH計作為實驗設備，將pH計預熱30min，分別選取pH值為6.86、9.18的標準緩沖溶液進行定位、斜率校準，經(jīng)由校準后即可利用該pH計進行水體pH值的測定;其二是濁度測定，量取攪拌后的10mL低溫低濁水注入濁度儀中，取兩次測試的均值作為原始濁度，隨后量取經(jīng)由絮凝實驗后得到的上清液進行濁度測試，依照（1-絮凝后水體濁度/絮凝前水體濁度）×100%的方法完成除濁率的計算;其三是色度測定，分別選用稀釋倍數(shù)法、吸光光度法進行低溫低濁水原始色度與脫色率的測定，其中脫色率的計算方法為（1-處理后水體吸光度/處理前水體吸光度）×100%;其四是COD含量測定，主要選取快速開管法進行COD含量計算;其五是SS含量測定，采用重量法測定水體中的固體懸浮物含量，其計算方法為（懸浮物重量×106）/水樣體積[2]。

2.2 制備條件對聚硅酸硫酸鋁混凝效果的影響

選取聚硅酸硫酸鋁的除濁率作為衡量指標，綜合判斷SiO2質量分數(shù)、硅酸活化pH值、硅酸活化時間、Al/Si摩爾比等條件對于該絮凝劑混凝效果的影響，從中得出制備聚硅酸硫酸鋁的最優(yōu)工藝條件，實現(xiàn)對低溫低濁水的有效處理。

2.2.1 SiO2質量分數(shù)

選取SiO2質量分數(shù)分別為1%、3%、5%、7%、9%的聚硅酸硫酸鋁進行絮凝實驗，將絮凝劑投入量設為10mg/L，用于判斷SiO2質量分數(shù)與除濁率之間的變化關系。通過觀察實驗結果可以發(fā)現(xiàn)，當SiO2質量分數(shù)不斷增大時，除濁率呈先增大、后減小的特點，并且在質量分數(shù)為7%時達到最佳除濁效果，除濁率為40.76%。

2.2.2 硅酸活化pH值

選用20%硫酸進行聚硅酸硫酸鋁pH值的調節(jié)，分別采用pH值為1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0的絮凝劑開展絮凝實驗，聚硅酸硫酸鋁投入量為10mg/L。通過觀察實驗結果可以發(fā)現(xiàn)，伴隨絮凝劑pH值的逐漸增大，除濁率呈先增大、后減小的變化規(guī)律，在pH值為3.5時達到最佳混凝效果，除濁率超過45%。

2.2.3 硅酸活化時間

將聚硅酸硫酸鋁稀釋至濃度為3%后，選用20%硫酸將其pH值調節(jié)為3.0，隨后分別以30min、45min、55min、60min、80min、120min的時間進行活化，再熟化30min，開展絮凝實驗。通過觀察實驗結果可以發(fā)現(xiàn)，在硅酸活化時間不斷增長時，除濁率呈先增大、后減小的趨勢，在硅酸活化時間處于60-80min范圍內(nèi)時達到最佳除濁效果，且活化時間越長、除濁效果越差，因此選取60min設為硅酸最佳活化時間。

2.2.4 Al/Si摩爾比

選取濃度為3%、pH值為3.0的聚硅酸硫酸鋁溶液，分別依照1：3、1：2、1：1、1.5：1、2：1、3：1、5：1的Al/Si摩爾比進行絮凝實驗。通過觀察實驗結果可以發(fā)現(xiàn)，伴隨Al/Si摩爾比的增大，除濁率也隨之而增大，但在增至一定程度后其變化趨于平緩。在考慮到采用絮凝劑處理低溫低濁水需控制水體中鋁含量的情況下，選取3：1作為最佳Al/Si摩爾比，其除濁率可達58.67%。

2.2.5 其他條件

一方面，在采用聚硅酸硫酸鋁進行水體處理時涉及到熟化反應，因此需考量熟化時間對其絮凝效果的影響，分別選取30min、1h、2h、4h、8h作為熟化時間，通過觀察其實驗結果可以發(fā)現(xiàn)，伴隨熟化時間的推移，聚硅酸硫酸鋁的除濁率呈先增大、后逐漸趨于平緩的特點，在熟化時間超過1h后除濁率趨于平穩(wěn)，因此選取1h設定為最佳熟化時間。另一方面，絮凝劑投入量也將對水體混凝效果產(chǎn)生影響，選取SIO2質量分數(shù)為7%、pH值為3.5、Al/Si摩爾比為3：1的聚硅酸硫酸鋁溶液進行低溫低濁水的混凝處理，通過觀察其實驗結果可以發(fā)現(xiàn)，伴隨絮凝劑投入量的增加，除濁率呈先增大、后趨于平緩的特點，在絮凝劑投入量介于3-7mg/L之間時其除濁率呈急劇增加的趨勢，在投入量繼續(xù)增加后其除濁率開始下降，因此應將最佳投入量設為15mg/L，其除濁率可達94.37%。

2.3 聚硅酸硫酸鋁對于低溫低濁廢水處理性能的比較

選取某濁度為30NTU、pH值為5.4、水溫為2℃的低溫低濁水作為測試對象，在廢水中分別投入100mg/L硫酸鋁、100mg/L聚合硫酸鋁、15mg/L聚硅酸硫酸鋁，針對三種絮凝劑的混凝效果進行對比分析。其中硫酸鋁的除濁率為76.91%，脫色率為59.02%，pH值為4.0，生成的絮體細小、未實現(xiàn)完全沉降;聚合硫酸鋁的除濁率為89.12%，脫色率為70.23%，pH值為4.4，生成的絮體較小、沉降速度較慢;聚硅酸硫酸鋁的除濁率為95.64%，脫色率為78.62%，pH值為4.42，生成的絮體較大、沉降速度較快。

通過觀察三種絮凝劑對于低溫低濁水的處理效果可以發(fā)現(xiàn)，聚硅酸硫酸鋁的除濁率達到95.64%，具備最佳除濁效果;而硫酸鋁、聚合硫酸鋁的除濁率均為76.91%和89.12%，其主要原因為廢水的pH值為5.4，兩種絮凝劑的絮凝效果受水溶液pH值的影響較大，在pH值小于5.7的水體中主要呈帶正電荷的多羥基配合物形式，伴隨pH值的增加逐漸轉變?yōu)閹ж撾姾傻臒o定形氫氧化鋁膠體。在色度去除率方面，混凝機理將一定程度上影響到絮凝劑的脫色率，聚硅酸硫酸鋁由于含有Si，其分子鏈增長、分子量變高，相應使其吸附架橋能力顯著增強，由此使其獲得良好的脫色效果[3]。總體來看，采用聚硅酸硫酸鋁進行低溫低濁水處理后，可有效減輕水體的濁度、色度，且生成的絮體較大、沉降速度較快，可收獲良好的混凝效果。鑒于在聚硅酸類絮凝劑實際生產(chǎn)與應用過程中，批量化生產(chǎn)的可行性、產(chǎn)品質量的穩(wěn)定性等因素均將影響到絮凝劑的使用效果，因此還需進一步加強對絮凝劑作用機理的研究，更好地提升絮凝劑的穩(wěn)定性能。

3 結論

選取聚硅酸硫酸鋁作為絮凝劑，具有工藝簡單、成本經(jīng)濟、混凝效果好等性能優(yōu)勢，在將其應用于低溫低濁水處理時具有良好的除濁脫色效果，但在實際使用時還需結合水質特征進行最佳絮凝條件的把控，合理調節(jié)投入量、Al/Si摩爾比，更好地優(yōu)化水質處理效果，推動高效絮凝劑研制水平的提升。

參考文獻：

[1]何中建，古朝建.改性聚合硅酸硫酸鋁速凝劑的制備及性能[J].當代化工，2019（5）：965.

[2]羅克潔，潘宇，李錦潼.自制納米聚硫酸硅酸鐵鋁及絮凝效果的實驗研究[J].黑龍江科技大學學報，2018（3）：276-278.

[3]李立欣，鄧麗華，樸庸健，等.復合型微生物絮凝劑與化學絮凝劑復配處理地表水的效果[J].黑龍江科技大學學報，2019（3）：376-381.