摘要：采用陽離子助濾劑聚合氯化鋁代替陰離子助濾劑聚丙烯酰胺的方法，解決了氣浮處理的微氣泡問題，提高了濾后水水質。通過小試和中試對兩種助濾劑的助濾效果、藥劑的可靠性以及經濟成本做了分析。與單獨投加16mg/L FeCl3相比，投加12.0mg/L FeCl3和0.25mg/L聚合氯化鋁能滿足出水濁度的要求（＜0.3NTU），且每千噸水藥劑成本可節省4.20元。但投加助濾劑會降低濾池的運行周期。
水廠對濾池出水濁度的要求小于0.3NTU。在采用高分子陰離子聚合物助濾時，由于氣浮處理后水中常伴有微氣泡，且水中的溶解氧增加，會對陰離子助濾劑產生排斥。對此筆者嘗試以陽離子型聚合物聚合氯化鋁（PAC）進行二次絮凝試驗，以達到助濾的作用。PAC是一種預水解形式的混凝劑，不易受pH及溫度變化的影響，其中所帶的高正電荷聚合陽離子可立即吸附在顆粒物表面，以較高的正電荷及較大的分子量產生電中性和黏結架橋作用。作為助濾劑使用時，它能很快地附著在濾料上，使水中的微絮粒二次絮凝并在濾層中截留，從而達到濁度去除的目的。但微絮凝會對濾池產生一定的影響，如運行周期的縮短等。筆者通過小試和中試，對聚丙烯酰胺和聚合氯化鋁投加量及其對濾池運行周期和出水濁度的影響進行了分析。
1、試驗部分
1.1 原水水質
試驗期間原水水質見表1。
表1原水水質
| 項目 | 水溫/℃ | 濁度/NTU | 色度/倍 | pH | 總堿度/（mg.L-1） | 氨氮/（mg.L-1） | COD/（mg.L-1） |
| 較高值 | 6.10 | 2.62 | 5 | 8.24 | 140 | 0.080 | 3.20 |
| 較低值 | 5.20 | 1.90 | 5 | 8.13 | 124 | 0.040 | 3.00 |
| 平均值 | 5.78 | 2.12 | 5 | 8.18 | 135 | 0.064 | 3.08 |
1.2 試驗方法
1.2.1 小試
小試中，選擇4個階段進行攪拌，具體參數見表2。
表2小試試驗參數
| 項目 | 轉速/（r.min-1） | G/s-1 | t/min | GT |
| 一階段 | 160 | 163.5 | 1 | 817.5 |
| 二階段 | 120 | 106.2 | 3 | 4003.5 |
| 三階段 | 80 | 57.8 | 6 | 5737.5 |
| 四階段 | 20 | 7.1 | 1 | 5950.5 |
采用目前使用的FeCl3作為混凝劑，進行一至三階段混凝后，加入助凝劑聚丙烯酰胺陰離子WT652或聚合氯化鋁PAC，沉淀10min后測定濁度。
1.2.2 中試
采用兩套系統進行中試，每套試驗水量均為5m3/h。兩套系統流程均為混合池→絮凝池→氣浮池→濾池，氣浮池停留時間為16min，回流水量為8.0-9.0L/h；濾池采用無煙煤（厚度為400mm）和石英砂（厚度為600mm）雙層濾料，濾速為8.0±0.5m/h，反沖洗周期大于20h。在兩套系統的混合池前投加混凝劑，但只在其中一套系統濾池前投加聚丙烯酰胺。
2、結果與討論
2.1 小試
按照試驗方法投加不同種類和不同投加量的混凝劑后，濁度見表3。其中第3、4列所對應的WT652的投加量分別為0.025和0.05mg/L，第5、6列所對應的聚合氯化鋁投加量分別為0.25和0.5mg/L。
表3小試試驗結果
| FeCl3投量/（mg.L-1） | 濁度/NTU | ||||
| FeCl3 | FeCl3+WT652 | FeCl3+PAC | |||
| 10 | 1.99 | 1.82 | 1.41 | 1.70 | 1.32 |
| 12 | 1.36 | 1.54 | 1.23 | 1.21 | 1.09 |
| 14 | 1.33 | 1.50 | 1.01 | 1.23 | 1.02 |
| 16 | 1.07 | 1.29 | 0.98 | 1.27 | 0.99 |
| 18 | 1.08 | 1.12 | 0.93 | 0.96 | 0.90 |
| 20 | 0.82 | 1.10 | 0.92 | 0.8 | 0.86 |
| 22 | 0.63 | 0.87 | 0.88 | 0.81 | 0.84 |
| 24 | 0.55 | 0.82 | 0.84 | 0.76 | 0.77 |
| 26 | 0.54 | 0.81 | 0.79 | 0.74 | 0.71 |
由表3可以看出，投加助濾劑后，其濾前濁度相應地增加了12%-20%，但其分離度已有很大的提高。確定FeCl3的投加量為12.0mg/L，并投加不同投加量的WT652和聚合氯化鋁進行中試。
2.2 中試
2.2.1 試驗結果
單獨投加FeCl3時，不同投加量下氣浮和濾池出水濁度見圖1。當FeCl3投量為12mg/L時，采用WT652和聚合氯化鋁作為助濾劑，根據小試確定的投加量進行試驗，結果見圖2。
可以看出，單獨投加FeCl3，投加量為16-20mg/L時，濾后水濁度才能滿足要求。而當FeCl3投量為12.0mg/L時，投加0.05mg/LWT652或0.25mg/L聚合氯化鋁作為助濾劑就能夠滿足濁度要求。
2.2.2 助濾劑對濾池運行周期和出水濁度的影響
當單獨投加16.0mg/LFeCl3時，濾池運行周期為20h，濾后水濁度為0.291NTU。當FeCl3的投加量為12.0mg/L，并投加0.025mg/LWT652時，濾池運行周期受到的影響較小，為17h，但其出水濁度（0.341NTU）已不能滿足要求；增加WT652的投加量至0.05mg/L，濾后水濁度可達到0.300NTU，但此時濾池的運行周期下降到14h。當FeCl3的量為12.0mg/L，聚合氯化鋁助濾劑的投加量分別為0.25和0.5mg/L時，濾池運行周期分別為17和15h，對應的出水濁度分別為0.280和0.276NTU。
顆粒物質與濾料表面接觸后，在范德華引力、靜電力、各種化學鍵的相互作用以及絮凝顆粒的架橋作用下，才能完成在濾料表面或濾料顆粒上的吸附。混凝和過濾凝聚的基本機理是相同的，根據膠體穩定性的DLVO理論，是否產生凝聚取決于吸引的范德華力與排斥的雙電荷層力之間的平衡。粘附作用主要取決于濾料中和水中顆粒的表面物理化學性質，對未經脫穩的懸浮顆粒的過濾效果很差。進行二次絮凝是對顆粒的再次脫穩。過濾過程中膠體顆粒的實際去除效率η可用下式表示：
η=αη0（1）
其中η0為被去除顆粒與介質顆粒的接觸效率，吸附系數α與被去除顆粒、介質顆粒和液體的物理化學性質有關。加入聚合氯化鋁助凝實際提高了η0，達到了濁度去除的效果。
2.23 出水的余鐵和余鋁含量
經過測定，在投加助濾劑后濾后水中的余鐵、余鋁含量均滿足企業要求（＜0.2mg/）。其原因是在二次絮凝后鐵、鋁離子又會形成新的絮體被吸附且在濾料中被截留，而單獨采用FeCl3時余鐵偶有超標現象。
3、藥劑的可靠性探討
鐵鹽、鋁鹽作為混凝劑，已在給水處理中得到廣泛使用。美國食品及藥物管理局認為聚丙烯酰胺類藥劑的水解體是低毒或無毒害，但過量的殘留會對神經系統有一定的損傷。各國衛生部門均制訂了各自的規定。該試驗需要說明的是：以聚合氯化鋁取代聚丙烯酰胺助濾也是保障飲用水健康的一種措施。
4、經濟成本
在達到出水標準的前提下，單獨投加16mg/L FeCl3作為混凝劑時，每千噸水的藥劑成本為26.80元。而投加12.0mg/L FeCl3和0.25mg/L聚合氯化鋁助濾劑（PAC原液質量分數以10%計）時，則每千噸水的藥劑成本為22.60元。
5、結論
① 采用FeCl3作為混凝劑，并同時投加聚合氯化鋁作助濾劑，對氣浮工藝出水濁度處理效果較好。聚合氯化鋁投加量為0.25-0.5mg/L時，濾后水濁度可降低3.8%-5.2%。
② 與單獨投加16mg/LFeCl3相比，投加12.0mg/LFeCl3和0.25mg/L聚合氯化鋁的每千噸水藥劑成本可節省4.20元。但投加聚合氯化鋁會縮短濾池的運行周期15%-25%。
③ 以聚合氯化鋁取代聚丙烯酰胺作為助濾劑，在飲用水可靠性方面更加可靠。
