＊周志遠 謝燕 Olubunmi M.Olukowi Ismaeel O.Adebayo 張躍軍

（南京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院 江蘇 210094）

引言

我國飲用水資源主要包括水庫、河流、湖泊等地表水和地下水，而微污染水源水是被有機物污染，水質(zhì)超出《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）Ⅲ類標準要求的自然水體[1]。其并不適合作為飲用水生產(chǎn)的原水。研究表明[2]我國長江、太湖等水域地表水的氨氮、有機磷和化學(xué)耗氧量等水質(zhì)標準會隨著季節(jié)和氣候的影響而產(chǎn)生變化，部分水質(zhì)指標就在Ⅲ類標準上下浮動。然而，傳統(tǒng)混凝、過濾工藝在原水處理應(yīng)用中，對水體中可溶解的有機物去除效果有所受限。因此，提出了強化混凝等各種強化處理工藝[3-4]。其中使用新型混凝劑是一種最切實可行的和高效低成本的方法，具有操作簡便、易于實施等工程應(yīng)用價值[5-6]。

聚合氯化鋁（Poly aluminum Chloride，簡稱PAC）是常用的無機高分子混凝劑[7]，聚二甲基二烯丙基氯化銨（Polydimethyl dipropylene ammonium chloride，簡稱PDM）是一種具有特殊功能的水溶性陽離子型高分子聚合物[8]，和其他線性高分子相比，具有正電荷密度高、水溶性好、分子量易于控制、高效無毒[9-11]等特點。穩(wěn)定型PAC/PDM高分子復(fù)合混凝劑，其相比于無機混凝劑不僅在等沉出水時可節(jié)省藥劑或者等投加量下可顯著提高處理效能，而且還能取代預(yù)加氯氧化工序等[12]。在此之后，復(fù)合混凝劑的強化混凝工藝進入了與過濾工藝耦合處理原水水體中各類污染物的研究時期[13]。但是，在已有的研究中，未見對在我國發(fā)達地區(qū)水廠的沉出水余濁條件（小于1.5NTU）下進行水質(zhì)參數(shù)去除效能的研究。

鑒于此，本研究選擇秋季長江水為對象，選用含PDM特征黏度1.60dL/g、PAC（Al2O3計）與其質(zhì)量比20:1的PAC/PDM為復(fù)合混凝劑，首先，測定其與PAC在投加量-余濁曲線交點位置，并對交點處沉出水進行濁度、CODMn、氨氮、Zeta電位等水質(zhì)參數(shù)的測定，對比無機藥劑與復(fù)合混凝劑在混凝階段對原水的處理效能；隨后，對交點沉出水進行進一步耦合過濾實驗，并對濾后水進行水質(zhì)參數(shù)測定，對比過濾階段無機藥劑與復(fù)合混凝劑交點處沉出水的處理效能。最后，進行復(fù)合混凝劑強化混凝耦合過濾工藝效能比較，并進行初步的機理分析。

1.實驗方法

(1)儀器與試劑

①儀器：散射式濁度儀，QZ201型，蘇州青安儀器有限公司；六聯(lián)程控攪拌器，TA6-Ⅱ型，武漢恒嶺有限公司；可見分光光度計，WFZ UV-2000，尤尼柯（上海）儀器有限公司；微電泳儀，JS94J型，上海中晨數(shù)字技術(shù)設(shè)備有限公司。

②藥劑：聚合氯化鋁（PAC）液體原液，含量以Al2O3計為10.0%；有機陽離子高分子絮凝劑聚二甲基二烯丙基氯化銨（PDM），選取1.60dL/g特征黏度，實驗室自制。

③原水水樣：于某年秋季取自南京市某水廠。

(2)混凝耦合過濾條件

①混凝劑準備

A.PAC溶液的配制：按Al2O3計，把液體PAC原液配制成一定質(zhì)量分數(shù)的溶液投加。

B.復(fù)合藥劑的配制：PAC按Al2O3質(zhì)量分數(shù)計為10.0%，按20:1 PAC:PDM（m:m）質(zhì)量配比將PDM加入PAC中，獲得1.60dL/g/20:1的PAC/PDM復(fù)合混凝劑。復(fù)合混凝劑配方以下面方法表示：PAC/PDM（PDM特征黏度/PAC:PDM質(zhì)量比例），其中PDM特征黏度單位為dL/g。

②混凝攪拌條件選擇和燒杯實驗

A.原水水質(zhì)分析

實驗前對原水進行濁度、CODMn、氨氮、Zeta電位測定。

B.混凝攪拌條件選擇

攪拌條件按照文獻條件[14]。

C.投加量-余濁曲線測定

在1組（12個混凝燒杯）燒杯中加入1L水樣置于六聯(lián)攪拌儀中，按照上述設(shè)定條件，采用PAC和復(fù)合混凝劑PAC/PDM，按濃度梯度投加，完成混凝沉淀操作。沉淀后在液面下2cm處取100mL上清液測定其濁度，完成2種藥劑的投加量-余濁曲線測試，并對交點處的沉出水進行水質(zhì)參數(shù)分析測定。

③過濾條件的選擇與耦合過濾工藝試驗

參考文獻[15]采用內(nèi)徑為18mm、長度50cm左右的玻璃柱，裝填時在下端固定一塊玻璃布作為支撐，在玻璃布上，填入粒徑0.8mm石英砂，填充高度24cm。

依據(jù)投加量-余濁曲線測試，確定等濁等加量點后，分別進行無機藥劑和復(fù)合藥劑強化混凝耦合過濾實驗，連續(xù)過濾6L水，每過濾1L取100mL水樣用于測定濁度、CODMn、氨氮、Zeta電位。

(3)水質(zhì)等參數(shù)測定和處理效果評價方法

①測定方法

濁度測定方法為散射法[16]（福爾馬肼標準），CODMn測定方法為酸性高錳酸鉀滴定法[17]；氨氮測定方法為納氏試劑分光光度法[18]；Zeta電位測定方法為顯微電泳法[19]。

②評價方法

濁度、CODMn和氨氮水質(zhì)參數(shù)用于評價強化混凝耦合過濾效能，Zeta電位用于進行機理分析。

2.實驗結(jié)果

(1)交點探索試驗

①實驗長江水水質(zhì)。依據(jù)1.2.2.1，對長江水從濁度、CODMn、氨氮、Zeta電位進行水質(zhì)分析作為對照基礎(chǔ)，實測結(jié)果見表1。

表1 長江水原水水質(zhì)條件表

②投加量-余濁曲線和等投加量等濁交點。按照1.2.2.3，對無機藥劑與復(fù)合混凝劑進行投加量-余濁曲線測定，得到圖1。由圖1確定兩者交點，對交點處的水質(zhì)參數(shù)測定，得到表2。

圖1 PAC和PAC/PDM等加藥量等沉出水余濁交線

表2 交點處沉出水水質(zhì)參數(shù)

由圖1和表2可知，當在等投加量為2.8mg/L時，復(fù)合藥劑與PAC產(chǎn)生交點的濁度為1.20NTU附近；曲線總體趨勢為沉出水余濁隨投加量的增大而降低，在交點余濁以上，復(fù)合混凝劑具有等濁點節(jié)省藥劑和等投加量下效能更佳的特征，和之前的研究規(guī)律相似[12]。PAC/PDM復(fù)合藥劑在高沉出水濁度下相對于投加PAC效果更明顯，如投加量為2.0mg/L時，兩者沉出水濁度相差0.52NTU；而其沉出水在1.20NTU附近時濁度達到最低值，所以交點下復(fù)合藥劑的脫濁效能與PAC的處理效果相差無幾，但CODMn、氨氮和NDMA的去除能力仍然優(yōu)于單獨使用無機藥劑PAC，相對于后者，水質(zhì)參數(shù)去除率提升分別為2.30%和12.48%。

③耦合過濾工藝試驗。按照1.2.3設(shè)計，在以上交點處分別對使用復(fù)合藥劑和無機藥劑PAC后的沉出水進一步進行耦合過濾處理，濾后水各項水質(zhì)參數(shù)測定結(jié)果如下圖2～圖5。

由圖2可知，雖然交點處取無機藥劑沉出水濁度略低，但濾后水的濁度在第1L降低后開始緩慢升高，而復(fù)合藥劑在過濾6L水過程中，濁度不斷下降。6L隨后依舊有下降趨勢；由圖3可以看出，對于使用復(fù)合藥劑后的沉出水，經(jīng)過過濾后的CODMn去除效果優(yōu)于使用無機藥劑后的沉出水情況，兩種藥劑均在過濾4～5L水后，濾柱對CODMn的去除能力達到最大；由圖4可知，使用復(fù)合藥劑后的的沉出水，經(jīng)過過濾后氨氮去除效果明顯優(yōu)于使用無機藥劑后的沉出水情況，氨氮去除率最大相差30.24%。但是，也觀察到了無機藥劑和復(fù)合藥劑在過濾3L水之后，氨氮去除率受到了限制；由圖5可知，使用復(fù)合藥劑沉出水的濾后水其Zeta電位值一直高于使用無機藥劑的情況。

圖2 過濾過程濁度測定結(jié)果

圖3 過濾過程CODMn測定結(jié)果

圖4 過濾過程氨氮測定結(jié)果

圖5 過濾過程Zeta電位測定結(jié)果

由表2對交點沉出水和圖5濾后水的Zeta測定結(jié)果表明，復(fù)合混凝凝劑所含陽離子聚合物PDM不僅有強化原水中懸浮膠體顆粒的混凝過程的電中和、壓縮雙電層作用，來達到強化水質(zhì)參數(shù)去除的效能，而且有強化沉出水中懸浮膠體顆粒在過濾過程中在濾料表面的吸附作用，達到進一步強化水質(zhì)參數(shù)去除的效能。

3.結(jié)論

（1）采用含PDM特征黏度1.60dL/g、PAC（Al2O3計）與其質(zhì)量比20:1的PAC/PDM復(fù)合藥劑處理南京段長江原水，當投加量為2.8mg/L時，其與PAC的等投加量等沉出水余濁交點在1.20NTU附近；復(fù)合混凝劑不僅在達到交叉點前，仍然保持有強化混凝效能優(yōu)勢，而且在交點，其CODMn和氨氮的去除能力仍然優(yōu)于單獨使用無機藥劑PAC的情況，相對于后者，水質(zhì)參數(shù)去除率提升分別為2.30%和12.48%。

（2）對交點處沉出水耦合過濾實驗，使用復(fù)合藥劑后的沉出水，在經(jīng)過過濾后對出水質(zhì)參數(shù)的處理效能仍然均優(yōu)于使用無機藥劑后的過濾效能。相比使用無機藥劑PAC，使用PAC/PDM復(fù)合混凝劑的強化混凝耦合過濾過程，過濾后濁度、CODMn和氨氮去除率分別提升到99.27%、64.81%和53.57%，應(yīng)用Zeta電位跟蹤測定結(jié)果對復(fù)合藥劑強化混凝耦合過濾的效能提升做了初步機理解釋。