趙 飛

（襄陽生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，湖北 襄陽 441000）

絮凝技術(shù)是常用的廢水處理方法，在大部分情況下，人們會選擇無機(jī)絮凝劑以及合成的一般高分子絮凝劑。但是對于一些復(fù)雜水樣，單一絮凝劑的作用可能并不明顯[1]。無機(jī)絮凝劑主要是通過電荷的凝聚作用發(fā)生絮凝反應(yīng)，通常被分為傳統(tǒng)的無機(jī)絮凝劑和高分子絮凝劑兩類。

由于絮凝劑中的金屬離子容易與膠體發(fā)生中和反應(yīng)，要增大投加藥量[2]。又因?yàn)樾跄齽┦菓{借電中和凝聚作用進(jìn)行絮凝，所以絮凝出現(xiàn)的顆粒體積小，而且絮凝劑中存在大量的金屬離子，產(chǎn)生毒性[3-4]，其中的陰離子使絮凝劑具有強(qiáng)腐蝕性[5]。因此，人們一般會將單一的低分子無機(jī)鹽絮凝劑與其他高價(jià)絮凝劑配合使用，既可以降低成本，又可以降低絮凝劑的危害[6-7]。

常用的合成有機(jī)絮凝劑有聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）、聚丙烯酸鈉（Sodium Polyacrylate，PAAS）、聚乙烯亞胺（Polyethyleneimine，PEI）等。以PAM為例，其具有選擇性吸附、易脫附、重復(fù)利用率高等優(yōu)勢[8]。但由于該絮凝劑中存在金屬離子，殘留物通常有毒；又因?yàn)樵撔跄齽┦呛铣筛叻肿?，其產(chǎn)物難以降解，所以對PAM的研究主要在于其改性方面[9]。由于PAM的高分子結(jié)構(gòu)，人們通常將其作為助凝劑配合其他絮凝劑使用。

本研究主要分為絮凝劑的制備和絮凝效果的研究兩部分。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，了解復(fù)合絮凝劑的組合搭配和相應(yīng)的制備條件，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)水樣的性質(zhì)進(jìn)行制備。絮凝劑效果的研究是在制備的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)確定最佳實(shí)驗(yàn)條件，并做平行實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑和儀器

實(shí)驗(yàn)試劑主要有硅酸鈉、硫酸鋅、PAM、硫酸、氫氧化鈉，均為分析純。實(shí)驗(yàn)儀器包括混凝試驗(yàn)攪拌機(jī)（ZR4-6，深圳中潤）、便攜式濁度計(jì)（雷磁WZB-175，上海精儀）、電子天平（FA2204N，上海箐海）、化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）快速消解儀、COD快速測定儀（DR200，美國哈希）等。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

PAM的制備：稱取適量PAM，加入適量蒸餾水，配制成5 g/L的PAM溶液。

聚硅酸鋅（Poly-Zinc Silicate Sulfate，PZSS）的制備：取適量硅酸鈉試劑于500 mL燒杯中，加適量蒸餾水，使其質(zhì)量比為30∶1 000。攪拌均勻后加入稀硫酸溶液調(diào)節(jié)pH，使pH在2.0～3.0，攪拌活化1 h后，加入適量硫酸鋅試劑，攪拌均勻，再將該溶液靜置熟化1 h，得到PZSS溶液[9-10]。

復(fù)合絮凝劑（PZSS-PAM）的制備：取適量5 g/L的PAM溶液至PZSS溶液中，攪拌均勻后，放置熟化1 h，得到一定復(fù)配比例的復(fù)合絮凝劑溶液。

濁度去除率是絮凝劑性能的參考條件之一。濁度的測定參照HJ 1075—2019《水質(zhì) 濁度的測定 濁度計(jì)法》。取200 mL垃圾滲濾液水樣，調(diào)節(jié)pH后，加入適量復(fù)合絮凝劑，以300 r/min快轉(zhuǎn)3 min，以50 r/min慢轉(zhuǎn)1 min，靜置15 min。取液面1 cm以下的上清液，測量濁度，根據(jù)下列公式計(jì)算去除率：

式中：ρ0為水樣初始濁度，NTU；ρ1為反應(yīng)后上清液濁度，NTU。

COD去除率是絮凝劑性能的參考條件之一。COD的測定參照HJ/T 399—2007《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測定 快速消解分光光度法》。

取200 mL垃圾滲濾液水樣，適當(dāng)調(diào)節(jié)pH，攪拌均勻，加入復(fù)合絮凝劑，以300 r/min快轉(zhuǎn)3 min，以50 r/min慢轉(zhuǎn)1 min，靜置15 min。用滴管取液面1～2 cm以下的上清液。按照COD測定標(biāo)準(zhǔn)加入相應(yīng)試劑，消解15 min后，使其冷卻至室溫，再使用COD快速測定儀測量消解后水樣中的COD，計(jì)算得出COD去除率。

本研究所用水樣取自某垃圾填埋場滲濾液處理后尾水，待排入城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)行下一步生化處理。

1.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)測定，水樣的濁度為200～300 NTU，COD為1 000～3 000 mg/L。

鋅硅比對絮凝效果的影響如圖1所示。由圖1可知，當(dāng)鋅硅比為1.5時(shí)，PZSS的絮凝效果最佳。當(dāng)鋅硅比高于或低于1.5時(shí)，該絮凝劑的絮凝效果會下降。在實(shí)驗(yàn)過程中也明顯發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鋅硅比較低時(shí)，需要增加投加量來提高絮凝效果，且去除率并不高。由于投加量的增大，絮凝劑中的鋅含量也逐漸增加，使其吸附能力更強(qiáng)，但若鋅離子濃度過大，離子之間產(chǎn)生電排斥作用，會使吸附能力減弱，所以鋅硅比一定要適當(dāng)、投加要適量。

圖1 鋅硅比對絮凝效果的影響

體積比對絮凝效果的影響如圖2所示。由圖2可知，不同體積比的線性趨勢比較相近，當(dāng)體積比為5∶1時(shí)，絮凝效果略差；當(dāng)體積比為10∶1、投加量為11 mL時(shí)，去除效果最好；當(dāng)體積比為20∶1、投加量為12 mL時(shí)，去除效果最好。濁度去除率分別為84.57%、85.48%，相差不大，從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，選擇體積比20∶1。

圖2 體積比對絮凝效果的影響

體積比、pH和投藥量對復(fù)合絮凝劑絮凝效果的影響如圖3所示。由圖3可知，當(dāng)體積比為15∶1時(shí)，峰值出現(xiàn)，該絮凝劑對濁度和COD的去除效果最佳，分別為83.48%和45.57%。當(dāng)pH為8.0時(shí)，濁度的去除效果最佳，可達(dá)87.83%；當(dāng)pH為7.0時(shí)，對COD的去除率最高，可達(dá)43.44%。由此可見，該水樣在過酸或過堿條件下波動(dòng)較大，影響絮凝效果，最好將pH穩(wěn)定在7.0～8.5。當(dāng)pH過高時(shí)，該絮凝劑中的鋁離子由羥基鋁轉(zhuǎn)化成偏鋁酸根，使絮凝效果下降。隨著投藥量的增大，濁度去除率緩緩上升，當(dāng)投藥量為11 mL時(shí)，峰值出現(xiàn)，濁度去除率在90.00%以上。COD上下波動(dòng)，當(dāng)投藥量為12 mL時(shí)，峰值出現(xiàn)，COD去除率為50.16%。當(dāng)絮凝劑含量達(dá)到一定值時(shí)，水樣中的正負(fù)電荷對等，效果最好，繼續(xù)增大投加量，過量的正電荷在廢水中相互排斥，絮凝效果降低。

圖3 體積比、pH、投藥量對絮凝效果的影響

通過正交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在水樣量為200 mL、快轉(zhuǎn)300 r/min、慢轉(zhuǎn)50 r/min、沉降時(shí)間為15 min條件下，當(dāng)VPZSS∶VPAM＝20∶1、pH為8、投加量為10 mL時(shí)，濁度去除效果最佳；當(dāng)VPZSS∶VPAM=20∶1、pH為8、投加量為12 mL時(shí)，COD去除效果最佳。

2 結(jié)語

采用1.2制備的復(fù)合絮凝劑，以VPZSS∶VPAM、投藥量和pH作為單因素分別進(jìn)行平行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)體積比為15∶1時(shí)，該絮凝劑對水樣的濁度和COD去除效果最佳，分別為83.48%和45.57%。以pH為變量，當(dāng)pH=8.0時(shí)，濁度去除率出現(xiàn)峰值，為87.83%；當(dāng)pH=7.0時(shí)，COD去除率出現(xiàn)峰值，為43.44%，說明濁度和COD不能同步達(dá)到最佳去除效果。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這種復(fù)合絮凝劑受pH影響較大，在7.0～8.5的堿性條件下絮凝效果較好；當(dāng)投藥量為11 mL時(shí)，最佳濁度去除率為90.47%；當(dāng)投藥量為12 mL時(shí)，最佳COD去除率為50.16%。在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)體積比為20∶1、投藥量為12 mL、pH=8.0時(shí)，濁度和COD的去除率最高，分別為89.89%、54.76%，為工業(yè)廢水的絮凝沉淀去除COD和濁度提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)方案。