實(shí)驗(yàn)部分

實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用水樣取自北方某大型水庫，水質(zhì)指標(biāo)為： 水溫為１７．６～１９．３℃，濁度為７．８７～９．４０ ＮＴＵ， ρ（ＣＯＤＭｎ）為５．０５～５．６８ｍｇ／Ｌ。

混凝劑的合成

取一定量的ＡｌＣｌ３·６Ｈ２Ｏ，用去離子水溶解。在磁力攪拌的條件下，按照ＯＨ－／Ａｌ＝１．０緩慢加入一 定量的無水Ｎａ２ＣＯ３。待泡沫完全消失后，繼續(xù)攪拌３ ｈ，即得到聚氯化鋁混凝劑。

用摩爾比為５∶１的ＡｌＣｌ３·６Ｈ２Ｏ 和ＦｅＣｌ３· ６Ｈ２Ｏ代替上述步驟中的ＡｌＣｌ３·６Ｈ２Ｏ，并按ＯＨ－／ （Ａｌ＋Ｆｅ）＝１．０加入無水Ｎａ２ＣＯ３，即可制得聚氯化鋁鐵 混凝劑。

將制得的聚氯化鋁和聚氯化鋁鐵混凝劑稀釋至１０ｍｇ／Ｌ （以Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３ 計(jì)），備用。

燒杯實(shí)驗(yàn)

燒杯實(shí)驗(yàn)在混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)上進(jìn)行。向６個(gè)燒杯 中分別加入１Ｌ的水樣，加入一定量的混凝劑。以 ２５０ｒ／ｍｉｎ快速攪拌２ｍｉｎ后，再以５０ｒ／ｍｉｎ轉(zhuǎn)速繼 續(xù)攪拌１０ｍiｎ。靜置沉淀１５ｍｉｎ后，取一定量的上清 液進(jìn)行指標(biāo)測試。部分水樣用濁度計(jì)和ｚｅｔａ電位儀 測量濁度和ｚｅｔａ電位，部分水樣按酸性高錳酸鉀法測 量ＣＯＤＭｎ。

結(jié)果與討論

投藥量對(duì)混凝效果的影響

在原水ｐＨ 條件下，向地表水樣中加入一定量的 聚氯化鋁和聚氯化鋁鐵混凝劑，以傳統(tǒng)混凝劑Ａｌ２（ＳＯ４）３ 為對(duì) 比。考察混凝劑投加量對(duì)濁度和ＣＯＤＭｎ 去除效果的 影響。圖１為３種混凝劑在不同投藥量下的濁度去除 效果，從圖１可知：在實(shí)驗(yàn)條件下三種混凝劑對(duì)濁度的 去除率均隨投藥量的增加而增加，其中當(dāng)投藥量到達(dá) ４ｍｇ／Ｌ以上時(shí)，濁度去除率增加不大，出水濁度趨于 穩(wěn)定。３種混凝劑對(duì)ＣＯＤＭｎ 的去除效果也呈現(xiàn)出隨投 藥量增加而升高的趨，見圖１ｂ，當(dāng)聚氯化鋁和聚氯化鋁鐵兩種 混凝劑的投藥量大于５ｍｇ／Ｌ時(shí)，ＣＯＤＭｎ 去除率可達(dá) ４５％，此時(shí)上清液中ＣＯＤＭｎ＜３ｍｇ／Ｌ，達(dá)ＧＢ　５７４９－ ２００６《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。在相同投藥量下，與 Ａｌ２（ＳＯ４）３ 相比，兩種高分子混凝劑可以取得較好的 濁度和有機(jī)物去除效果；同時(shí)，復(fù)合混凝劑聚氯化鋁鐵較 聚氯化鋁效果更佳，而在燒杯實(shí)驗(yàn)過程中可以發(fā)現(xiàn)加入 聚氯化鋁鐵 混凝劑后，生成的礬花明顯較聚氯化鋁 和 Ａｌ２（ＳＯ４）３ 大，這可能是因?yàn)殍F鹽的加入可以與鋁鹽 產(chǎn)生協(xié)同作用，使得生成礬花的體積增加，同時(shí)取得較 好的濁度和有機(jī)物去除效果。胡俊虎等人在使用自制 聚合氯化鋁鐵混凝劑處理黃河水和生活污水時(shí)發(fā)現(xiàn)了 類似的現(xiàn)象。

不同投藥量下混凝出水的ｚｅｔａ電位如圖２所示。 結(jié)果表明：增加混凝劑的投藥量可以降低水中膠體顆 粒表面所帶的負(fù)電荷，出水中膠體顆粒的ｚｅｔａ均隨投 藥量的增加而升高。Ａｌ２（ＳＯ４）３ 和聚氯化鋁兩種混凝劑 分別在投藥量３～４ｍｇ／Ｌ和５～６ｍｇ／Ｌ時(shí)達(dá)到等電 點(diǎn)，繼續(xù)增加投藥量，水中膠體顆粒所帶電荷為正。而 在實(shí)驗(yàn)投藥量范圍內(nèi)，聚氯化鋁鐵混凝劑未能完全中和膠 體顆粒表面的負(fù)電荷。在相同投藥量下，３種混凝劑 相比較，Ａｌ２（ＳＯ４）３ 的ｚｅｔａ電位較高，這說明其電中和 能力較強(qiáng)。而圖１的結(jié)果表明，在相同投藥量下， 聚氯化鋁鐵的混凝效果較佳，而Ａｌ２（ＳＯ４）３ 效果較差。這 說明電中和能力并非影響混凝效果的因素。                                                                        

ｐＨ 對(duì)混凝效果的影響

改變水樣的ｐＨ，分別投加５ｍｇ／Ｌ的混凝劑，考 察ｐＨ 對(duì)濁度和有機(jī)物去除效果的影響，結(jié)果如圖３ 所示。結(jié)果表明：濁度去除率隨ｐＨ 的增加而升高。 這可能是因?yàn)樵谳^低的ｐＨ 下混凝劑水解不充分，未 能充分發(fā)揮網(wǎng)羅卷掃作用；而在中性或堿性條件下，水 中ＯＨ－ 含量增加，混凝劑水解形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可以網(wǎng) 捕水中的顆粒物質(zhì)，形成礬花，從而通過沉淀將其去 除。而有機(jī)物的去除效果隨ｐＨ 的升高呈現(xiàn)出先增加 后下降的趨勢，三種混凝劑的較佳ｐＨ 均出現(xiàn)在６附 近。這可能是因?yàn)橛袡C(jī)物的去除機(jī)理與顆粒物質(zhì)不 同，一般認(rèn)為，有機(jī)物的去除主要通過與混凝劑中 的鐵鋁形成不溶于水的螯合物，在酸性條件下，水中有 機(jī)物離解不完全，且Ｈ＋ 與金屬離子存在競爭關(guān)系，導(dǎo) 致去除率不高；而在堿性條件下，水中的ＯＨ－ 與有機(jī) 物相互競爭，導(dǎo)致去除率下降。三種混凝劑相比較，傳 統(tǒng)混凝劑Ａｌ２（ＳＯ４）３ 受ｐＨ 影響較大，在酸性條件和 堿性條件下有機(jī)物去除效果均較差。而聚氯化鋁鐵的較 佳ｐＨ 范圍較大，在ｐＨ＞５的范圍內(nèi)均可取得較高的 濁度去除率，而在５～８的ｐＨ 范圍內(nèi)ＣＯＤＭｎ 去除率均 可在４５％以上，出水符合ＧＢ　５７４９－２００６的要求。

混凝出水ｚｅｔａ電位隨ｐＨ 的變化趨勢如圖４所 示。結(jié)果表明，增加ｐＨ，混凝出水中膠體顆粒表面的 正電荷逐漸增加，在越過等電點(diǎn)后，表面電性為負(fù)。 Ａｌ２（ＳＯ４）３ 和聚氯化鋁出現(xiàn)在ｐＨ＝６～７的范圍內(nèi)，而 聚氯化鋁鐵的等電點(diǎn)則出現(xiàn)在ｐＨ 為５～６時(shí)。在此范圍 內(nèi)，三種混凝劑均同時(shí)能夠取得較好的有機(jī)物去除效 果（圖３）。

沉淀時(shí)間對(duì)混凝效果的影響

在較佳混凝條件（水樣ｐＨ＝６，投藥量為５ｍｇ／ Ｌ）下，進(jìn)行混凝實(shí)驗(yàn)。慢攪結(jié)束后，靜置一定時(shí)間后 從燒杯中部取出適量水樣，測量其濁度，考察沉淀時(shí)間 對(duì)混凝效果的影響，如圖５所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：三種混凝 劑的濁度去除率均隨沉淀時(shí)間的增加而升高，在達(dá)到 某一時(shí)刻后，出水濁度趨于穩(wěn)定。三種混凝劑出水濁 度達(dá)到穩(wěn)定所需的沉淀時(shí)間分別為：Ａｌ２（ＳＯ４）３：１５ ｍｉｎ，聚氯化鋁：９ｍｉｎ，聚氯化鋁鐵：５ｍｉｎ。這說明聚氯化鋁鐵生成 的礬花具有較好的沉降性能，可以在較短的時(shí)間內(nèi)完 成沉淀過程。而Ａｌ２（ＳＯ４）３ 的沉淀性能較差，需要較 長的沉淀時(shí)間。這與試驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象相符，向水 樣中投加Ａｌ２（ＳＯ４）３，生成的礬花較小，沉降速度慢， 沉淀１５ｍｉｎ后仍有少量肉眼可見的白色礬花懸浮于 水中。而投加聚氯化鋁鐵后，慢攪５ｍｉｎ后即可看到礬花， 生成的礬花體積較大，沉降速度較快，經(jīng)過１５ｍｉｎ的 沉淀后，幾乎全部沉至水底。

在工程應(yīng)用中，混凝劑生成的礬花大小及其沉降 性能對(duì)后續(xù)的固液分離過程有著較大的影響。一般情 況下，當(dāng)混凝階段生成的礬花體積較大，沉降性能較好 時(shí)，可以縮短沉淀池的水力停留時(shí)間，減小沉淀池的 體積。

結(jié)論

使用實(shí)驗(yàn)室制備的聚氯化鋁 和聚氯化鋁鐵 處理地表水 時(shí)，混凝效果好于傳統(tǒng)混凝劑Ａｌ２（ＳＯ４）３。在５ｍｇ／Ｌ 的投藥量下，兩種高分子混凝劑均可取得較好的濁度 和ＣＯＤＭｎ 去除效果，出水濁度小于１ＮＴＵ，ＣＯＤＭｎ 小 于３ｍｇ／Ｌ，符合ＧＢ　５７４９－２００６《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo) 準(zhǔn)》的要求。三種混凝劑的較佳ｐＨ 均出現(xiàn)在６附近， ｐＨ 對(duì)聚氯化鋁鐵混凝效果的影響較小，在Ｈ＝５～８內(nèi) 可取得較好的有機(jī)物去除效果。聚氯化鋁鐵生成的礬花體 積較大，沉降性能較好，靜置５ｍｉｎ后即可取得較高的濁度去除率。