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新型复合净水剂的研究及应用

论文类型 技术与工程 发表日期 2000-10-01
作者 张郁松,汪蕊,张国庆,张晓霞
关键词 聚合硫酸铁 聚合氯化铝 聚多硅酸 净水剂 浊度测定法
摘要 用聚合硫酸铁、聚合氯化铝和水玻璃为原料,采用两组份或三组份复配成系列净水剂,模拟郑州市自来水公司制水的工艺条件,对黄河原水进行处理试验,测定了净化后的余浊度,绘制了加药量与余浊度的关系曲线。研究发现聚合硫酸铁、聚合氯化铝和聚多硅酸以3:3:2(W/W/W)复配的净水剂效果最好,适用温度范围宽。研究了复合净水剂的净水机理。

标题:

新型复合净水剂的研究及应用

可见全文

作者:

张郁松;汪蕊;张国庆;张晓霞;

发布时间:

2000-10-11

出自:

关键字:

聚合硫酸铁;聚合氯化铝;聚多硅酸;净水剂;浊度测定法

摘 要:

    用聚合硫酸铁、聚合氯化铝和水玻璃为原料,采用两组份或三组份复配成系列净水剂,模拟郑州市自来水公司制水的工艺条件,对黄河原水进行处理试验,测定了净化后的余浊度,绘制了加药量与余浊度的关系曲线。研究发现聚合硫酸铁、聚合氯化铝和聚多硅酸以3:3:2(W/W/W)复配的净水剂效果最好,适用温度范围宽。研究了复合净水剂的净水机理。

简介:

张郁松 汪 蕊 张国庆 张晓霞
郑州市自来水公司

  摘要 用聚合硫酸铁、聚合氯化铝和水玻璃为原料,采用两组份或三组份复配成系列净水剂,模拟郑州市自来水公司制水的工艺条件,对黄河原水进行处理试验,测定了净化后的余浊度,绘制了加药量与余浊度的关系曲线。研究发现聚合硫酸铁、聚合氯化铝和聚多硅酸以3:3:2(W/W/W)复配的净水剂效果最好,适用温度范围宽。研究了复合净水剂的净水机理。
  关键词 聚合硫酸铁,聚合氯化铝,聚多硅酸,净水剂,浊度测定法。

  黄河水是黄河中下游诸省市的工业用水和饮用水的原水。众所周知,黄河中下游水含泥沙量大,浊度高。尤其在多雨季节,水质条件则更加恶劣,有机杂质含量偏高。夏季的河水藻类繁衍旺盛,给常规的水质处理工艺加大了处理难度。目前,使用的净水剂品种很多,如聚丙酰胺、聚合铁、聚合铝等净水效果都不甚理想,大都存在着投药量大,不同温度下净化效果明显有差异,对不同水质适用能力差等弊端。因此,研究开发新型、高效、无毒、价廉的净水剂是一项急不待的任务,也是国际制水行业所关注的重要课题[1]。Takao Hasegawo等[7]研究发现,高聚合度多硅酸与金属离子复合使用,可产生良好的混凝沉降效果。作者选用聚合铁、聚合铝和水玻璃为原料,研究开发出一种新型复合净水剂。该净水剂具有加药量少(≤15ppm),对水温适应范围较宽,沉降净化效果好、无毒、价格低廉等优点。经济效益和社会效益十分显著。同时还进一步分析探讨了复合净水剂的净水机理。

  1. 实验部分

  1.1 主要仪器和材料
  JB90-D型强力搅拌器,SC956型搅拌器,STZ-A21型浊度仪、电炉、抽滤装置和通用玻璃仪器。聚合硫酸铁(简称PFS)郑州市自来水公司生产,符合国家标准。
  聚多硅酸(简称PSA)用市售水玻璃(约20%,W/W) 配制。取200克水玻璃于1000ml烧杯中,加600ml蒸馏水,搅拌下逐滴加入2MH2SO4溶液,当pH=2时停止加酸,继续搅拌2h,制得透明的聚多硅酸溶液,保存备用。
  聚合氯化铝(简称PAC)按文献方法制备[3]
  其他化学试剂均是市售分析纯。
  被处理水是郑州市自来水公司柿园水厂引来的原水(黄河水经预沉后提升)。
  1.2 实验方法
  试验操作模拟郑州市自来水公司制水厂净化水的工艺操作。加药量不按理论纯量计算,而是按商品材料或给定材料为纯量计算。
  取5个1000ml烧杯,分别向其中注入1000ml原水,以 200 转/min转速予搅拌1分钟。称取1.0克相应净水剂用蒸馏水配成100ml溶液,其浓度认定为1%。用移液管分别取1.0,1.5,2.0,2.5,3.0ml该溶液,加入到搅拌器所附带的试管中,然后分别倾入盛有原水的烧杯中,用蒸馏水洗涤小试管三次,洗涤液并入相应原水烧杯中。以200转/min快速搅拌1分钟,然后以55转/min慢速搅拌15分钟,静置20分钟,在距上清液表面深2~3cm处取水样。调整STZ-A21型浊度仪的浊度值为0.00,用蒸馏水为空白,测定系列原水样处理后的余浊度。

  2. 结果与讨论

  2.1 PFS、PAC和PSA单独净水试验
  聚合硫酸铁和聚合氯化铝是目前最常用的净水剂。试验结果表明,这些净水剂单独使用时,PFS的净水效果较好,但加药量较大,用20ppm才能达到工艺处理标准(按工艺处理要求沉淀池出口余浊低于6 NTU)。PAC次之,其用药量要用到25ppm才能达标。PSA基本没有净水作用,当用量超过20ppm,水中含出现大量絮状沉淀,不易沉降,反而不利于水的净化处理。   

表1 PFS、PAC和PSA单独净水效果比较
(pH=8.20,水温21℃)
  0 10 15 20 25 30
PFS 25.0 13.34 10.18 5.85 5.46 4.11
PAC 25.0 13.98 8.67 6.99 5.69 5.45
PSA 25.0 23.10 23.40 23.90 23.90 25.50

  2.2 PFS、PAC和PSA两两复配净水试验。
  2.2.1 PFS和PSA复配净水试验
  称取1.0克PFS于100 ml容量瓶中,加一定量水稀释后,加入4ml 5%的聚多硅酸溶液,用水稀释到刻度、摇匀,此时PFS:PSA=5:1。调整二者的比例制得系列PFS和PSA的复配净水剂。按1.2 实验方法处理原水,测定余浊度。由比较可以看出,复配净水剂的净水效果比单独使用PFS好的多,用药量少(≤10ppm),效果又好。实验表明,PFS:PSA=3:1为最佳组合。由此看出,PSA是一种很优良的助净水剂。但是PSA的加量不能太大,如果增加到1:1时,净水效果稍差,还会产生大量的絮状沉淀。
  2.2.2 PAC和PSA及PAC和PFS复配净水试验
  PAC和PSA及PAC和PFS复配净水试验操作与2.2.1相类似。试验结果表明,PAC与PSA复配后也明显提高了净水效果,以3:1的比例为最佳,加药量≤10ppm就能达到工艺标准。PAC与PSA复配不如PFS与PSA的净水果好。当增加PSA的量时,例如达到2:1,也会出现大量絮状沉淀。PFS和PAS复配的净水效果没有明显提高。
  2.3 PFS、PAC和PSA三组份复配净水试验
  称取0.5克PFS于100ml容量瓶中,滴加少量2MpSO4,然后加0.5克PAC,加入一定量的蒸馏水。按PFS和PAC的总量计,总浓度为1%。按比例加入PSA,加蒸馏水稀释到刻度。调整PSA 的加入量,配制出系列三组份复合净水剂。与两两复配的净水效果相比,可以看出,三组份复合净水剂的净水效果比单组份或双组份的都更好,特别是大于 3: 1 的三种组合当加药量达到15ppm时,余浊度都小于2.00,效果非凡。但是,当复配比例小于5:1时,其效果还不如双组份的好。相比较,2:1或3:1 为在三组的最佳组合。作者曾进一步减少加药量考察净水效果,发现小于10ppm的净水效果都不甚好。
  2.3.1 三组份复配比例的调整
  现代医学认为,铝是造成老年性痴呆症的一个重要因素。作者对三组份复配比例进行调整试验,将PFS :PAC调整为3:1和5:1的条件下,再与PSA进行复配,试验结果如表2所示。

表2 三组份变化比例的净水试验结果(pH=8.20 22℃)
浊 度 加药量
01015202530
三组(NTU)份比例3:1:225.105.363.652.732.131.97
3:1:1 25.106.483.492.432.81 1.84
3:1:1.525.105.623.442.532.451.82
5:1:325.105.183.733.392.772.51
5:1:225.104.41 3.202.762.21 2.16
5:1:1.525.106.904.71 4.573.96 3.52

  (注:三组份比例顺序:PFS:PAC:PSA)

  由表2可以看出,调整比例后的净水效果虽然没有原先的效果好,但减少了对人体的影响因素,对环保和保健都是很有意义的。当三组份的比例为5:1:2的情况下,加药量为10ppm时也能达到工艺处理标准。
  2.4 水温对净水效果的影响
  一年四季原水的温度变化比较大,实践证明水温对多种净水剂的净水效果都有影响。如PAC 在较高温度下其净水效果很好,在较低温度下基本无净水作用。PFS 在较低温度下对高浊度原水还有较强的净水能力,显示出独特的优越性[4]。作者采用 PFS:PAC:PSA=3:3:2的复合净水剂,对高温水和低温水分别做了净水试验,结果如表3所示。由表3的结果可以看出,新型复合净水剂在较高温度下净水效果很好,在较低温度下,只要稍加大投药量就能取得满意的效果[4]。作者采用 PFS:PAC:PSA=3:3:2的复合净水剂,对高温水和低温水分别做了净水试验,结果如表3所示。由表3的结果可以看出,新型复合净水剂在较高温度下净水效果很好,在较低温度下,只要稍加大投药量就能取得满意的效果[4]。作者采用 PFS:PAC:PSA=3:3:2的复合净水剂,对高温水和低温水分别做了净水试验,结果如表3所示。由表3的结果可以看出,新型复合净水剂在较高温度下净水效果很好,在较低温度下,只要稍加大投药量就能取得满意的效果。

表3 温度对三组份净水剂净水效果的影响
浊度(NTU)加药量
0 10 15 20
水温℃ 36~40 25.10 2.38 1.63 1.47
4~6℃ 25.10 7.70 5.24 3.57

  2.5 新型复合净水剂净水机理
  聚合硫酸铁和聚合氯化铝在中性或偏碱性介质中易发生水解,生成多聚体的Fe(OH)3或A1(OH)3胶体。新生态胶体的比表面积很大,有很强的吸附能力。它们能把原水中悬浮的带负电荷的胶体杂质[1],微生物及一些有害物质吸附其表面,沉降后达到净化水的目的。在单独使用聚合铁或聚合铝,或把二者混配使用时,Fe(OH)3和A(OH)3的胶粒表面都带有正电荷,同性电荷相排拆,它们吸附杂质后沉降很慢,显示出净水效果差。多聚硅酸也是胶体,其胶粒表面带有负电荷,它不能吸附原水中带负电荷的胶体杂质,所以聚多硅酸的净水效果很差。当聚多硅酸与聚合铁和聚合铝复配在一起使用时,异性电荷的胶体相互接触发生电性中和,这些胶体被破坏[5],很快由细小胶粒聚集成大颗粒迅速沉降,呈现出优良的净水效果。

  3. 结论

  聚合硫酸铁和聚合氯化铝单独用作净水剂,其净水效果不甚理想。二者分别与聚多硅酸复配用作净水剂,显示出很好的净水效果,特别是PFS、PAC和PSA三组份复配使用,净水效果更佳。PFS:PAC:PSA=3:3:2是复合净水剂的最佳组合。新型复合净水剂的净水机理是胶体吸附和电性中和的共同作用。

  参考文献

  [1] 胡翔,周定,水处理技术,1994,25(2),114-117.
  [2] Tskao Hasegawo et al ,us 4,923,629,1990.
  [3] 万婕,倪筱玲,王静秋,大学化学,1998,13(3),30-41
  [4] 汤志松,武汉化工,1995,4,15-21.
  [5] 北京师范大学筹编,无机化学,人民教育出版社,1981年版,980.

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