帖靖璽，邵天元，田 欣，王艷錦

(1.華北水利水電大學環(huán)境與市政工程學院，河南 鄭州450011;2.商丘市環(huán)境監(jiān)測站，河南商丘476000;3.河南農業(yè)大學機電工程學院，河南鄭州450002)

辣木(Moringa oleifera Lam.)是辣木科辣木屬植物，是一種有獨特經濟價值的熱帶植物.辣木籽富含維生素、蛋白質，微量元素以及油類，是一種營養(yǎng)豐富的食物［1，2］.辣木籽含有高活性的凈水成分，這些凈水成分具有天然、無毒等特點，能有效地去除濁度，同時對水中的微生物，以及鎘、鉻和鎳等重金屬也有良好的去除效果［3～5］.目前，以辣木籽作為凈水劑的操作方式主要有2種.一是采用一定的技術手段，將辣木籽中的有效凈水成分提取出來，然后用于水處理，但是不同的提取方法得到的有效凈水成分不同，而且現有的提取方法過于復雜，還都處于試驗室研究階段，無法大規(guī)模推廣［6，7］;二是直接將辣木籽或者辣木籽粕粉碎，加水浸提其中的有效凈水成分，然后將浸提液用于水處理［8］.目前，因辣木籽成分極其復雜，現有的研究通常著重考慮浸提液對目標物質的去除效果，而忽略了辣木籽對水質可能造成的影響［9～13］，這些影響會限制其在水質凈化工程方面的應用.由于辣木籽能去除水中多種污染物，本研究選擇水中的濁度為研究對象，考察不同用量的粗提液對濁度的去除效果，以及粗提液的用量對水質產生的影響，以期對辣木籽粗提液作為凈水劑的應用提供參考.

1 材料與方法

1.1 模擬濁度水的制備

將10 g高嶺土加入100 mL蒸餾水中，在濕式球磨機中研磨20 min，研磨漿液過200目篩后定容至1 000 mL，陳化24 h備用.試試驗時，采用蒸餾水將上述漿液稀釋至成低、中、高3種濁度，對應的濁度分別為25，80，150 NTU.

1.2 辣木籽粕粗提液的制備

辣木籽粕由云南辣木種植基地提供.采用家用粉碎機將辣木籽粕粉碎，40℃烘箱中干燥48 h，取出后過100目篩.取經上述處理的辣木籽粕粉10 g，加入50 mL蒸餾水，在磁力攪拌器上攪拌浸提10 min，接著采用4層無紡布過濾，濾液定容至500 mL，此濾液即為辣木籽粕粗提液(以下簡稱粗提液)，采用該粗提液作為混凝劑進行試驗.

1.3 混凝試驗

取1 000 mL濁度為25 NTU的原水加入燒杯中，向其中加入10 mL辣木籽粕粗提液，采用六聯攪拌器快速攪拌30 s，攪拌速度200 r·min-1，接著慢速攪拌15 min，攪拌速度20 r·min-1.攪拌結束后開始計時，在不同時刻采用大注射器從燒杯液面下2 cm取樣，測定取樣中的濁度，CODMn和硝態(tài)氮，以考察粗提液對濁度的去除效果以及對水質的影響.改變粗提液的用量分別為20，30，40 mL，重復上述試驗.改變初始濁度分別為80 NTU和150 NTU，并分別加入 10，20，30，40 mL 的辣木粗提液，重復上述試驗.以上每個不同的濁度均設同濁度但未投加粗提液的原水作對照試驗.

1.4 砂濾試驗

在用大注射器取樣后，采用蠕動泵(天津協達偉業(yè)電子有限公司，BT-01)型)從液面下2 cm抽水，蠕動泵的出水自上而下經沙濾柱過濾，用燒杯收集砂濾柱出水，并測定水樣的濁度，以考察砂濾對濁度的強化去除效果.

濾柱采用PVA材質的飲用水管制作，管子內徑為3 cm，內填經稀鹽酸浸泡，并用自來水洗凈的石英砂.過濾裝置如圖1所示.

圖1 過濾裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of laboratory scale sand filter

1.5 測定指標及方法

濁度采用濁度儀測定(WGZ-1型數字濁度儀，上海珊科儀器廠);CODMn和硝態(tài)氮采用均按照國標法進行測定［14］;pH值采用pH計測定(PHS-3C型，上海理達儀器廠).

2 結果與分析

2.1 粗提液用量對濁度去除的影響

不同粗提液投加量對濁度去除效果的影響如圖2所示.從圖2可以看出，3組試驗的相同之處在于，對照組的濁度都隨著試驗的進行緩慢下降，這是構成水中濁度的高嶺土顆粒在重力作用下自然沉降的結果.3組試驗的不同之處在于，對于初始濁度為25 NTU的試驗組，當分別投加了10，20，30，40 mL的粗提液后，沉淀30 min時水的濁度不降反升，4種用量對應的濁度分別為44，54，38，59 NTU，這是因為粗提液中含有的辣木籽粉的微細顆粒分散在水中，形成濁度.在沉淀30 min后，水的濁度開始下降，到試驗結束時(330 min)，4種粗提液用量下對應的濁度分別為 32，24，9.7 ，9.2 NTU，對照試驗的濁度為20 NTU.對于初始濁度為80 NTU和150 NTU的2個組而言，4種粗提液用量處理下的水濁度則呈現出一直下降的趨勢，且在最初30 min內下降顯著，沉淀時間為30 min時，初始濁度為80 NTU組的濁度分別為28，22，19，18 NTU，初始濁度為150 NTU組的濁度分別為16.6，16.1，5.1，14 NTU.試驗結束時的 330 min，初始濁度為80 NTU的試驗組，在4種粗提液用量下的對應濁度分別為 14.3，12.8，12.2，11.3 NTU;初始濁度為150的試驗組的相應濁度分別為13.9，12.9，12.2，12.1 NTU.

試驗結果表明，對于試驗設置的3種不同初始濁度的原水，粗提液用量越大，濁度去除效果越好.對于低濁度的原水，當粗提液用量過低時，其處理后的濁度可能高于原水;而對于中高濁度的原水，經不同用量的粗提液處理后的水的濁度相差不大，而且都遠低于原水濁度.

2.2 砂濾對濁度的強化去除

圖2 辣木籽粕粗提液用量對濁度去除的影響Fig.2 Effects of CEMOSM dose on turbidity removal

從試驗結果可以看出，辣木粗提液確實能夠有效去除水中的濁度，但試驗雖然將沉淀時間延長至330 min，單靠粗提液的絮凝沉淀作用很難將水的濁度處理到生活飲用水標準所規(guī)定濁度≤3 NTU的限值［15］，因此，采用輔助工藝強化經粗提液處理水的殘余濁度就顯得非常必要.在地表水處理工藝中，砂濾通常用在混凝沉淀之后，用于強化去除水中殘留的濁度.本研究對經過10，20，30，40 mL粗提液絮凝并沉淀后的上述3種濁度進行了砂濾處理，濾后水的濁度如圖3所示.

圖3 砂濾對對濁度去除的影響Fig.3 Effects of sand filtration on turbidity removal

圖3-a顯示，對于初始濁度為25 NTU的原水，對于粗提液用量為10 mL和20 mL的試驗組，沉淀時間為30 min時，濾后水的濁度已降至3 NTU之下，而對于粗提液用量為30 mL和40 mL的試驗組，只有當沉淀時間延長至150 min時，濾后水的濁度才降至3 NTU之下.如前所述，對于低濁度原水，投加了粗提液后其濁度會出現暫時的升高現象，對此時段內的水樣進行過濾，其濁度可以穿透濾柱，造成濾后水濁度超標.在試驗條件下，對于低濁度原水，沉淀150 min后過濾，濾后水濁度方能達標.

圖3-b和3-c表明，對于初始濁度為80 NTU和150 NTU的原水，從沉淀時間30 min開始，除少數點外濁度在3～5 NTU之間，其他所有點的濾后水的濁度都低于3 NTU.在試驗條件下，對于中高濁度組，沉淀30 min進行過濾，濾后水濁度即可達標.

以上結果表明，采用粗提液作為混凝劑，采用混凝+沉淀+過濾的工藝能能夠有效地去除水中的濁度，使處理水濁度達標.

2.3 粗提液對處理水水質的影響

粗提液成分非常復雜，因此在采用粗提液去除水中濁度的同時，有可能會向飲用水中引入新的物質.本研究選取了CODMn和硝態(tài)氮2個指標作為研究對象，選擇這個2個指標是因為這2種物質在粗提液中的含量都比較高，水中COD含量過高，會影響水質的生物穩(wěn)定性，從而引起水質腐敗，而過大量的硝態(tài)氮對人有致癌可能，且可能造成水體富營養(yǎng)化.

對于初始濁度為25 NTU的原水，采用了10，20，30，40 mL的粗提液進行了混凝+沉淀+砂濾的處理，對濾后水中的CODMn和硝態(tài)氮進行了測定，其含量如圖4所示.從圖4可以看出，CODMn和硝態(tài)氮的含量都沒有出現明顯的隨時間下降或者上升的趨勢，但是總的來說處理水中2種物質的含量都隨粗提液的用量加大而增加，這說明從粗提液溶入水中的物質只和粗提液的用量有關而與反應時間無關.一旦粗提液加入水中后，粗提液不再向水中持續(xù)釋放2種物質，同時釋放進入水中的2種物質也不會被粗提液中的有效凈水成分去除.

圖4 絮凝沉淀時間對濾后水水質的影響Fig.4 Effects of settlement time on filtered water quality

粗提液用量對濾后水質的影響如圖5所示.從圖5可以看出，濾后水中CODMn和硝態(tài)氮的濃度都隨粗提液用量增加而升高.圖5-a表明，在試驗設定的4組辣木粗提液用量下，水中殘留的CODMn最低為 21.5 mg·L-1，最高則為 102.7 mg·L-1.辣木籽已經作為一種食物被廣泛使用，雖然其成分對人體無害，但是水中過高的有機物會造成微生物的大量繁殖以及水質腐敗.因此，若以辣木籽粗提液作為凈水劑時，則在混凝沉淀之后應有合理的方法有效去除水中的有機物，這將是后續(xù)研究的重點.

圖5-b表明，在試驗條件下，水中的硝態(tài)氮最低為 1.5 mg·L-1，最高為 6.6 mg·L-1.

圖5 粗提液用量對濾后水水質的影響Fig.5 Effects of CEMOSM dosage on filtered water quality

3 結論

采用無紡布過濾得到的辣木籽粕粗提液能夠有效去除水中的濁度.對于初始濁度為25 NTU的低濁度原水，在投加了粗提液后，其濁度隨沉淀時間延長而先升后降，而對于初始濁度為80 NTU和150 NTU的中、高濁度原水，其濁度則隨沉淀時間延長一直下降.粗提液對中高濁度的混凝效果好于低濁度，在試驗結束時，水中殘余的濁度都隨粗提液用量的增加而降低，對于低、中和高3種濁度原水，殘余濁度最小值分別為 9.2，11.3，12.1 NTU.砂濾能夠有效去除混凝、沉淀后水中的濁度，中、高濁度原水沉淀30 min后過濾，出水濁度低于3 NTU，而低濁度原水沉淀150 min后過濾，出水濁度才低于3 NTU.辣木籽粕粗提液會引起處理水中CODMn含量升高，本試驗條件下最高可達102.7 mg·L-1.因此，辣木籽粗提液不適合作為大規(guī)模供水的凈水劑，適用于偏遠地區(qū)家用凈水，且處理水應當盡快使用，以防變質.而作為污水處理的藥劑時，必需有后續(xù)工藝去除水中有機物，以避免直接排放對水體造成的污染.

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