唐志波
菏泽市水务集团 山东省菏泽市 274000
摘要：随着人民生活水平的提高，对饮用水的需求也越来越高。目前用于自来水处理的絮凝剂多为聚合铝絮凝剂，它使水中含有相当浓度的铝离子，过多的铝离子通过自来水进入人体会导致帕金森病、铝骨病、铝贫血、大脑痴呆等疾病。因此，研制一种二次污染小、絮凝效果好的新型环保饮用水处理絮凝剂是当前饮用水处理领域急需解决的重要课题。
关键词：环保型；絮凝剂；研制；应用
当前，聚合氯化铝(PAC)是我国自来水处理中最常用的絮凝剂，因其在自来水处理中不可避免地会引入铝离子，给水体带来二次污染。自来水中残留的铝进入人体后，一部分随粪便排出，一部分富集在血液、肌肉、骨骼等组织器官中。当体内铝的浓度超过某一数值时，将会引起生物体病变，长期摄入铝离子会导致脑痴呆、骨质疏松等多种疾病，危害人体健康。因此，如何研制一种絮凝性能好、絮凝处理后水中铝离子含量低的新型环保絮凝剂已成为自来水处理领域亟待解决的重要课题。本文详细分析了环保型自来水絮凝剂的研制与应用。
一、絮凝剂概述
凡是能使水溶液中的溶质、胶体或悬浮物产生絮状物沉淀的物质都叫絮凝剂。其作用机理是依靠其特有的大分子量或所带电性或两者兼而有之，在与水接触中促使水体的微粒及其它悬浮颗粒凝聚成絮状物并吸附、缠绕污染物与水体分离，从而达到净化水体的目的。从絮凝剂絮凝过程上看，可简单的认为：絮凝剂的絮凝过程分为两部分，一部分为化学作用，另一部分为物理作用。化学作用是使悬浮粒子电荷丧失，成为不稳定粒子；物理作用通过架桥、吸附等作用，使不稳定粒子聚集成为絮团，迅速沉降，分离出水体中的杂质。絮凝过程不仅能去除原水的浊度、色度等感官指标，还能去除各种有毒有害污染物。它既可自成独立的处理系统，还可与其他生化过程组合，用于预处理、中间处理和终处理。例如，在水处理中，它可用于城市自来水及各种工业废水的预处理、中间处理和最终处理，使水体中污染物沉降、分离，从而达到净化水质之目的，并且絮凝剂还可用于污泥脱水前的浓缩过程，以改善污泥的脱水性制。
二、实验部分
1、主要实验仪器及试剂。仪器：DBJ-623型电子变速搅拌机；WGZ-100型散射式光电浊度仪；BA210型万分之一克数显式微量电子称；FLAN6000型电感耦合等离子体质谱仪；100℃水银温度计；ZW-100型自动纯水蒸馏器；2mL移液管；1000mL烧杯。试剂：壳聚糖；PAC；累托石、蒙脱石；冰醋酸；铝的单元素标准溶液。
2、处理水样。水样取自某自来水厂长江取水口，浊度为15 NTU，水温24～25℃，pH=7.2。
3、实验方法。根据性价比优先原则，先设计出吨自来水处理的药剂总成本低于传统絮凝剂PAC若干个CTS、PAC、助剂A等复合絮凝剂配方，然后再将设计出的这些絮凝剂配方与传统絮凝剂对同一自来水进行同比絮凝实验。找出出水浊度和铝离子含量等均低于传统絮凝剂的配方若干个，然后再在这些筛选出来的复合絮凝剂配方中进行进一步的优化实验，即先固定三组分中两个组分的量，改变另外一个组分的量，然后对同一自来水进行絮凝处理，确定絮凝后出水浊度和铝离子相对较低的配方为最佳配方。
4、实验过程。先用质量分数1％的冰醋酸(HAc)溶液作溶剂溶解CTS，配制出质量分数为0．01％的CTS水溶性工作液：用PAC与水配制成质量分数为0．5％的水溶性工作液：将蒙脱石、累托石等矿物材料按一定比例混合配制成质量分数为O．5％的助剂A，配出这3个复合絮凝剂的基本组分后供以下实验用。
实验操作流程为：取1000mL水样→按一定计量加入各组分絮凝剂→快搅(210r/min)2min→慢搅(50r/min)8min→静置沉淀10 min→出水浊度及铝离子含量的测定→结果及数据分析。其中，絮凝实验采用DBJ-623电子变速搅拌机搅拌，一次可同时做5个水样：浊度采用WGZ-100型散射式光电浊度仪进行测定；铝离子含量采用FLAN6000电感耦合等离子体质谱仪和铝的单元素标准溶液测定。
三、结果与讨论
1、确定CTS最佳投加量。
首先，在5个盛有1000mL水样的烧杯中各投加0.9mL质量分数0.5％的PAC溶液和0.3mL质量分数0.5％的助剂A混合液。然后分别投加0、0.3、0.6、0.9、1.2mL质量分数0.01％的CTS溶液，加毕，快搅2min、慢搅8min后静置沉降，等沉淀完全后，分别测出上清液的浊度、铝离子含量。由其结果可知，加入CTS可降低自来水中的铝离子浓度，随着CTS投加量的增加，浊度去除率反而变小，但下降幅度缓慢。因此，最终确定CTS最佳投加量为O.3mL。
2、确定PAC最佳投加量。在5个盛有1000mL自来水原水水样的烧杯中分别投加O.3、0.6、0.9、1.2、1.5mL质量分数0.5％的PAC溶液，然后依次加入质量分数0.5％的助剂A混合液和质量分数O.0l％的CTS各O.3mL，再快搅2min，慢搅8min后静置沉降，等沉淀完全后，分别测出上清液的浊度、铝离子含量。由其结果可知，随着PAC投加量的增加。浊度去除率和铝离子含量也随之增加。但当PAC投加量超过0.9mL时，其浊度去除率增加不明显，而铝离子含量却增加明显。因此，最终确定PAC最佳投加量0.9mL。
3、确定助剂A的最佳投加量。首先，在5个盛有1000mL水样的烧杯中各投加0.9mL质量分数0.5％的PAC溶液；其次，分别投加0、0.3、0.6、0.9、1.2mL质量分数0.5％的助剂A混合液；再各投加0.3mL质量分数0.01％的CTS溶液，快搅2min，慢搅8 min后静置沉降，等沉淀完全后，分别测出上清液的浊度、铝离子质量浓度等。由其结果可知，随着助剂A投加量的增加，浊度去除率也随之增加，当质量分数0.5％的助剂A投加量超过0.3mL时，浊度去除率不增反降。而且随着A投加量的增加，铝离子质量浓度下降的很慢，A投加量从0mL加到1.2mL时，铝离子质量浓度只从0.157mg/L下降到0.144mg/L。因此，最终确定质量分数0.5％的助剂A的最佳投加量为0.3mL。
4、环保絮凝剂的经济性。用本次实验所确定的最佳配方复合絮凝剂处理自来水，出水浊度下降了10.2％，药剂成本下降了7.3％，出水中铝离子质量浓度下降了61.9％，具有明显的经济与环境效益，尤其在降低饮用水中铝离子含量方面具有独特的作用与贡献。
5、CTS、PAC和助剂A互相复合的絮凝机理。环保絮凝剂中CTS、PAC和助剂A三组分间互相复合不但产生合成互补效应，而且产生协同效应。其复合絮凝机理为：
1)PAC起电中和作用，助剂A起吸附作用，而CTS起吸附桥连作用，它可将细小的絮粒凝结在一起形成更大更致密的絮体，从而使其沉降速度和吸附效率大幅提高。
2)CTS絮凝剂与助剂A复合有助于胶体脱稳，聚沉速度加快。因有机阳离子型CTS与无机多孔矿物材料间可形成化学架桥，中和并降低了胶体微粒的表面电荷，压缩了胶体微粒的双电层，使胶体微粒凝聚脱稳，更易絮凝沉降。
3)CTS的螯合作用对铝离子含量的降低具有独特作用，因CTS分子中含有大量游离-NH2，且-NH2邻位是-OH，可借氢键形成具有类似网状结构的笼形分子，从而对金属离子有着稳定的配位作用。分子中的氨基、羟基与金属离子形成稳定螯合物，从CTS的分子结构可知，在CTS线性分子链上含有多个羟基(-OH)和氨基(-NH2)，这些含有剩余电子对的-OH和-NH2可将电子提供给含有空d轨道的金属离子Mn+(一般为非碱或非碱土金属离子)螯合成稳定的内络盐，使之可去除水中如Al3+、Zn2+、Cr6+、Hg2+,Pb2+、Cu2+等多种有害金属离子。加入CTS的复合絮凝剂处理后的水样中铝含量浓度降低幅度较大，同时，用环保絮凝剂处理后的水样中铝离子浓度下降61.9％，证明环保絮凝剂中CTS对水中铝离子的独特螯合去除作用。
综上所述，利用CTS、PAC和助剂A组成的复合絮凝剂来处理自来水，可使出水水质的浊度下降10.2％，吨水絮凝剂的药剂成本下降7.3％，出水铝离子浓度下降61.9％，达到我国城市供水铝离子含量标准，具有明显的经济与环境效益。该絮凝剂在降低饮用水中铝离子含量方面具有独特的作用与贡献，在我国自来水处理行业具有重要的推广价值。
参考文献：
[1]廖江.我国水处理剂的研究现状[J].化工生产与技术，2015(02)．
[2]王杨君.当前絮凝剂的发展趋势及应用研究[J].韶关学院学报，2015(03)．
[3]曾德芳.环保型自来水絮凝剂的研制与应用[J].工业水处理，2016(10).