摘要：采用陽(yáng)離子助濾劑聚合氯化鋁代替陰離子助濾劑聚丙烯酰胺的方法，解決了氣浮處理的微氣泡問(wèn)題，提高了濾后水水質(zhì)。通過(guò)小試和中試對(duì)兩種助濾劑的助濾效果、藥劑的可靠性以及經(jīng)濟(jì)成本做了分析。與單獨(dú)投加16mg/L FeCl₃相比，投加12.0mg/L FeCl₃和0.25mg/L聚合氯化鋁能滿足出水濁度的要求（＜0.3NTU），且每千噸水藥劑成本可節(jié)省4.20元。但投加助濾劑會(huì)降低濾池的運(yùn)行周期。

水廠對(duì)濾池出水濁度的要求小于0.3NTU。在采用高分子陰離子聚合物助濾時(shí)，由于氣浮處理后水中常伴有微氣泡，且水中的溶解氧增加，會(huì)對(duì)陰離子助濾劑產(chǎn)生排斥。對(duì)此筆者嘗試以陽(yáng)離子型聚合物聚合氯化鋁（PAC）進(jìn)行二次絮凝試驗(yàn)，以達(dá)到助濾的作用。PAC是一種預(yù)水解形式的混凝劑，不易受pH及溫度變化的影響，其中所帶的高正電荷聚合陽(yáng)離子可立即吸附在顆粒物表面，以較高的正電荷及較大的分子量產(chǎn)生電中性和黏結(jié)架橋作用。作為助濾劑使用時(shí)，它能很快地附著在濾料上，使水中的微絮粒二次絮凝并在濾層中截留，從而達(dá)到濁度去除的目的。但微絮凝會(huì)對(duì)濾池產(chǎn)生一定的影響，如運(yùn)行周期的縮短等。筆者通過(guò)小試和中試，對(duì)聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁投加量及其對(duì)濾池運(yùn)行周期和出水濁度的影響進(jìn)行了分析。

1、試驗(yàn)部分

1.1 原水水質(zhì)

試驗(yàn)期間原水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1原水水質(zhì)

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 小試

小試中，選擇4個(gè)階段進(jìn)行攪拌，具體參數(shù)見(jiàn)表2。

表2小試試驗(yàn)參數(shù)

采用目前使用的FeCl₃作為混凝劑，進(jìn)行一至三階段混凝后，加入助凝劑聚丙烯酰胺陰離子WT652或聚合氯化鋁PAC，沉淀10min后測(cè)定濁度。

1.2.2 中試

采用兩套系統(tǒng)進(jìn)行中試，每套試驗(yàn)水量均為5m³/h。兩套系統(tǒng)流程均為混合池→絮凝池→氣浮池→濾池，氣浮池停留時(shí)間為16min，回流水量為8.0-9.0L/h；濾池采用無(wú)煙煤（厚度為400mm）和石英砂（厚度為600mm）雙層濾料，濾速為8.0±0.5m/h，反沖洗周期大于20h。在兩套系統(tǒng)的混合池前投加混凝劑，但只在其中一套系統(tǒng)濾池前投加聚丙烯酰胺。

2、結(jié)果與討論

2.1 小試

按照試驗(yàn)方法投加不同種類和不同投加量的混凝劑后，濁度見(jiàn)表3。其中第3、4列所對(duì)應(yīng)的WT652的投加量分別為0.025和0.05mg/L，第5、6列所對(duì)應(yīng)的聚合氯化鋁投加量分別為0.25和0.5mg/L。

表3小試試驗(yàn)結(jié)果

由表3可以看出，投加助濾劑后，其濾前濁度相應(yīng)地增加了12%-20%，但其分離度已有很大的提高。確定FeCl₃的投加量為12.0mg/L，并投加不同投加量的WT652和聚合氯化鋁進(jìn)行中試。

2.2 中試

2.2.1 試驗(yàn)結(jié)果

單獨(dú)投加FeCl₃時(shí)，不同投加量下氣浮和濾池出水濁度見(jiàn)圖1。當(dāng)FeCl₃投量為12mg/L時(shí)，采用WT652和聚合氯化鋁作為助濾劑，根據(jù)小試確定的投加量進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖2。

可以看出，單獨(dú)投加FeCl₃，投加量為16-20mg/L時(shí)，濾后水濁度才能滿足要求。而當(dāng)FeCl₃投量為12.0mg/L時(shí)，投加0.05mg/LWT652或0.25mg/L聚合氯化鋁作為助濾劑就能夠滿足濁度要求。

2.2.2 助濾劑對(duì)濾池運(yùn)行周期和出水濁度的影響

當(dāng)單獨(dú)投加16.0mg/LFeCl₃時(shí)，濾池運(yùn)行周期為20h，濾后水濁度為0.291NTU。當(dāng)FeCl₃的投加量為12.0mg/L，并投加0.025mg/LWT652時(shí)，濾池運(yùn)行周期受到的影響較小，為17h，但其出水濁度（0.341NTU）已不能滿足要求；增加WT652的投加量至0.05mg/L，濾后水濁度可達(dá)到0.300NTU，但此時(shí)濾池的運(yùn)行周期下降到14h。當(dāng)FeCl₃的量為12.0mg/L，聚合氯化鋁助濾劑的投加量分別為0.25和0.5mg/L時(shí)，濾池運(yùn)行周期分別為17和15h，對(duì)應(yīng)的出水濁度分別為0.280和0.276NTU。

顆粒物質(zhì)與濾料表面接觸后，在范德華引力、靜電力、各種化學(xué)鍵的相互作用以及絮凝顆粒的架橋作用下，才能完成在濾料表面或?yàn)V料顆粒上的吸附。混凝和過(guò)濾凝聚的基本機(jī)理是相同的，根據(jù)膠體穩(wěn)定性的DLVO理論，是否產(chǎn)生凝聚取決于吸引的范德華力與排斥的雙電荷層力之間的平衡。粘附作用主要取決于濾料中和水中顆粒的表面物理化學(xué)性質(zhì)，對(duì)未經(jīng)脫穩(wěn)的懸浮顆粒的過(guò)濾效果很差。進(jìn)行二次絮凝是對(duì)顆粒的再次脫穩(wěn)。過(guò)濾過(guò)程中膠體顆粒的實(shí)際去除效率η可用下式表示：

η=αη0（1）

其中η0為被去除顆粒與介質(zhì)顆粒的接觸效率，吸附系數(shù)α與被去除顆粒、介質(zhì)顆粒和液體的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。加入聚合氯化鋁助凝實(shí)際提高了η0，達(dá)到了濁度去除的效果。

2.23 出水的余鐵和余鋁含量

經(jīng)過(guò)測(cè)定，在投加助濾劑后濾后水中的余鐵、余鋁含量均滿足企業(yè)要求（＜0.2mg/）。其原因是在二次絮凝后鐵、鋁離子又會(huì)形成新的絮體被吸附且在濾料中被截留，而單獨(dú)采用FeCl₃時(shí)余鐵偶有超標(biāo)現(xiàn)象。

3、藥劑的可靠性探討

鐵鹽、鋁鹽作為混凝劑，已在給水處理中得到廣泛使用。美國(guó)食品及藥物管理局認(rèn)為聚丙烯酰胺類藥劑的水解體是低毒或無(wú)毒害，但過(guò)量的殘留會(huì)對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)有一定的損傷。各國(guó)衛(wèi)生部門均制訂了各自的規(guī)定。該試驗(yàn)需要說(shuō)明的是：以聚合氯化鋁取代聚丙烯酰胺助濾也是保障飲用水健康的一種措施。

4、經(jīng)濟(jì)成本

在達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)的前提下，單獨(dú)投加16mg/L FeCl₃作為混凝劑時(shí)，每千噸水的藥劑成本為26.80元。而投加12.0mg/L FeCl₃和0.25mg/L聚合氯化鋁助濾劑（PAC原液質(zhì)量分?jǐn)?shù)以10%計(jì)）時(shí)，則每千噸水的藥劑成本為22.60元。

5、結(jié)論

① 采用FeCl₃作為混凝劑，并同時(shí)投加聚合氯化鋁作助濾劑，對(duì)氣浮工藝出水濁度處理效果較好。聚合氯化鋁投加量為0.25-0.5mg/L時(shí)，濾后水濁度可降低3.8%-5.2%。

② 與單獨(dú)投加16mg/LFeCl₃相比，投加12.0mg/LFeCl₃和0.25mg/L聚合氯化鋁的每千噸水藥劑成本可節(jié)省4.20元。但投加聚合氯化鋁會(huì)縮短濾池的運(yùn)行周期15%-25%。

③ 以聚合氯化鋁取代聚丙烯酰胺作為助濾劑，在飲用水可靠性方面更加可靠。