黄海
(安徽省蚌埠市供水有限公司，安徽 蚌埠 233000)
摘要：以水玻璃、硫酸铝和硫酸为原料制备出了聚硅硫酸铝(PASS)，制成 品聚硅硫酸铝中Al2O3的质量分数为2.66％，SiO2的质量分数为2.54％，pH值为2.0—2.50。混凝 试验表明：聚硅.硫酸铝是一种适合处理低温低浊水的净水剂。在将冬季淮河原水的浊度从40 NTU处理到4.31 NTU时，需聚合氯化铝(以Al2O3计)4.10mg／L；而处理到相近浊度3.56 NTU，仅需聚硅硫酸铝(以Al2O3计)2.20mg／L，絮凝效果聚硅硫酸铝好于聚合氯化铝。每处理1× 103t冬季淮河水的混凝剂费用，聚硅硫酸铝为15.4元，聚合氯化铝为35.0元。
关键词：聚硅硫酸铝；絮凝剂；水处理；浊度；成本
中图分类号：TU991.22 文献标识码：B 文章编号： 1009-2455(2004)03-0020-02
蚌埠市供水有限公司三水厂，多年来一直使用聚合氯化铝(PAC）作净水剂。但冬 季淮河水低温低浊时，使用聚合氯化铝(PAC)较难处理，只有加大PAC的投加量，才能使出厂的水 质达标，增加了制水成本。无机高分子混凝剂聚硅硫酸铝(PASS)是一种适合处理低温低浊水的新 型净水剂。本文以水玻璃、硫酸铝和硫酸成功制备出PASS，用于处理淮河原水，絮凝效果优于PAC ，并可降低制水成本。
1 聚硅硫酸铝(PASS)的制备
1.1 原料
中性水玻璃，固体硫酸铝，硫酸(AR)。
1.2 制备方法
搅拌条件下，将稀释好的中性水玻璃加到20％的硫酸中，控制pH值在4.5～5.5之 间。在硅酸聚合到适宜程度时加入硫酸铝搅拌溶解，然后按1：1稀释即为制成品。
在PASS的制备中，活性硅酸的制备是关键的一环。可以由硫酸加到水玻璃中制得 ，也可反过来将水玻璃加到硫酸中制得。前者溶液要经历由碱性变为酸性的过程，容易在pH值7.5 ～6.5时出现凝胶化使制备失败。而后者溶液始终是酸性环境，只需将酸度调高到pH值4.5～5.5， 故后一投料顺序更可取。
制成品经过熟化5d后使用效果更佳。
2 混凝试验
2.1 试验方法
2.1.1 试验用水
取用冬季和夏季淮河水为试验原水，冬季原水温度为7℃，浊度为40NTU，pH=7.2 ；夏季原水温度为26.5℃，浊度为146NTU，pH=7.4。
2.1.2 净水剂
1kgPASS由96.14g中性水玻璃，173.58g硫酸铝， 12.42g硫酸制得。Al2O3的质量 分数约2.66％，SiO2的质量分数约2.54％，pH值2.0～2.5。
PAC取自三水厂，冬季和夏季两批料的Al2O3的质量分数 分别为，11.7％和12％。
2.1.3搅拌试验
净水剂均预先稀释到2％(质量分数)。取1000mL淮河原水于烧杯中，搅拌条件下加 入一定的净水剂，先以200r/min的转速快速搅拌2min，再调到100r/min搅拌3min，最后以60r／ min的转速慢速搅拌5min。静置30min后，取上层清液测定浊度。
2.2 试验结果
经过多组同步搅拌试验，对比PASS和PAC处理结果发现，无论冬季或夏季，由PASS 处理产生的矾花大且较密实，沉降速度快。尤其是在处理冬季淮河水时，PASS的混凝效果明显优 于PAC。试验数据见表1～表4。
表1 PASS冬季混凝试验结果 |
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投加量/mL | ρ(Al2O3)/(mg·L-1) | 上清液浊度/NTU | 上清液pH值 |
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5 | 1.37 | 9.09 | 7.2 |
6 | 1.6 | 6.57 | 7.1 |
7 | 1.93* | 4.90* | 7 |
8 | 2.20 | 3.56 | 7 |
9 | 2.48 | 2.79 | 7 |
10 | 2.76 | 2.21 | 6.9 |
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表2 PAC冬季混凝试验结果 |
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投加量/mL | ρ(Al2O3)/(mg·L-1) | 上清液浊度/NTU | 上清液pH值 |
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0.75 | 1.76 | 18.8 | 7.2 |
1 | 2.34 | 14.9 | 7.2 |
1.25 | 2.93 | 10.7 | 7.2 |
1.5 | 3.51 | 7.03 | 7.2 |
1.75 | 4.10* | 4.31* | 7.2 |
2 | 4.68 | 3.4 | 7.2 |
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表3 PASS夏季混凝试验结果 |
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投加量/mL | ρ(Al2O3)/(mg·L-1) | 上清液浊度/NTU | 上清液pH值 |
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22 | 6.05 | 8.55 | 6.7 |
24 | 6.60 | 6.65 | 6.6 |
26 | 7.15* | 5.01* | 6.6 |
28 | 7.71 | 3.72 | 6.6 |
30 | 8.25 | 2.91 | 6.6 |
32 | 8.80 | 2.6 | 6.5 |
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表4 PAC夏季混凝试验结果 |
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投加量/mL | ρ(Al2O3)/(mg·L-1) | 上清液浊度/NTU | 上清液pH值 |
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1.25 | 5.40 | 42.3 | 7.3 |
1.5 | 6.01 | 25.1 | 7.3 |
1.75 | 6.62 | 14.9 | 7.2 |
2 | 7.21 | 8.52 | 7.2 |
2.25 | 7.80* | 5.43* | 7.1 |
2.5 | 8.41 | 3.22 | 7.1 |
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在PASS中，铝离子的水解产物能使水中杂质脱稳，而高分子聚硅酸具 有较强的吸附架桥作用，即PASS具有凝聚和絮凝两个作用[1]。在处理淮河原水时，水解铝离子使 杂质脱稳并与聚硅酸大分子结合，脱稳过程与架桥作用同时进行，表现出了较好的去浊效果。试 验表明，PASS形成的矾花大且较密实、沉降速度快，在低温低浊的情况下，仍具有较好的混凝性 能。
照表1和表2可见，冬季处理40NTU的淮河原水到4.31 NTU需PAC的量(以Al2O3计)为 4.10mg／L，而处理到相近浊度(3.56NTU)需PASS的量(以Al2O3计)为2.20mg／L，约是前者的一半 。PASS去浊效果明显优于PAC。这是由于两者虽然都具有传统铝盐的电中和脱稳作用和大分子吸附 架桥作用，但PASS中反应性铝含量高[2]，更重要的是PASS能形成较大的聚硅酸长链分子，比PAC 具有更强的卷扫、聚集和吸附架桥能力。所以PASS形成的矾花大而密实，易于沉降，混凝效果优 于PAC。
从表3和表4可见，处理夏季淮河水时，PASS去浊效果仍优于PAC。这同样可以认为 一是由于PASS中反应性铝含量高，二是能形成较大的聚硅酸长链分子的缘故。
3 成本分析
蚌埠三水厂沉淀出水浊度标准为4～6NTU，表1～表4中带“*”值均达标，故用作 成本核算引用值。PASS和PAC市场价分别为110元／t和1 000元／t(自制同含量的PASS每吨约92.7元)。按市场价计算：冬季千吨水净水剂成本PASS为15.4元，PAC为35.0元；夏季千吨水制水成本PASS为57.5元，PAC为65.0元。蚌埠三水厂现在使用PAC为常规净水剂，日供水约25×104t。若改用PASS，冬季每月可节约成本14.7万元，夏季每月可节约成本5.85万元，效益可观。
4 结语
①以水玻璃、硫酸铝和硫酸制备PASS原料易得，其工艺简单，操作简单，不需加热，可现场制备；
②PASS净水时矾花大且较密实，絮体沉降快，混凝效果明显优于PAC，尤其适合难处理的低温、低浊水。
③冬季使用PASS替代PAC处理淮河原水，混凝效果好且可大大节约制水成本。
参考文献：
[1]高宝玉，岳钦艳，王吉顺，等.含铝离子聚硅酸絮凝剂的性能及应用[J].工业水处理，1993，7(3)：17-19.
[2]袁相理，程里，石瑞英.新型混凝剂聚硅硫酸铝的研究[J].城市环境与城市生态，1997，10(3)：1-3.
