蔗渣复配混凝剂对地表水的处理效果研究

张雅楠，黄金阳，吴端楷

(厦门大学嘉庚学院 ，福建 漳州 363105)

蔗渣复配混凝剂对地表水的处理效果研究

张雅楠，黄金阳，吴端楷

(厦门大学嘉庚学院 ，福建 漳州 363105)

以蔗渣为原料制备纤维素悬液，分别与硫酸铝、氯化铁和聚合氯化铝复配，应用于对地表水的处理过程，研究蔗渣纤维素投加量等因素对混凝沉淀处理效果的影响。结果表明，蔗渣纤维素与硫酸铝复配使用的效果较差，聚合氯化铝次之，而与氯化铁的复配效果最佳，当氯化铁的投加量为20 mg/L时，蔗渣纤维素的最佳投加量为60 mg/L，最佳沉淀时间为20 min，出水的浊度最低可达0.14 NTU，且絮体沉降性能得到显著提升。

蔗渣；混凝剂；复配；地表水

当前世界正向着环境友好和可持续发展方向前进，天然可再生资源的开发利用尤为引人关注。纤维素是人类已利用的资源中储量最大的可再生资源，其优势在于生物降解性能好、生物相容和可衍生化等，是作为水处理药剂的优质基材，主要被用作生物能源[1]、保水剂[2]、吸附剂[3]等。

混凝沉淀是目前水处理过程中的关键环节，其处理效果与混凝剂的种类和性能关系密切。混凝沉淀法是目前国内外应用最广泛的水处理方法之一[4]。常用的混凝剂如硫酸铝、氯化铁等存在投药量多、产生的污泥量大、余铝余铁残留等问题。余铝对人体的骨骼、细胞、肝、肺、大脑及生殖系统造成损伤，尤其可能导致帕金森综合症危害[5]，单独投加三氯化铁的混凝技术和仅靠增加投药量来控制水质的处理方法已不能有效地满足原水的水质净化[6]，亟待新的药剂或处理技术来解决这些问题。

研制开发高效复配混凝剂是混凝处理废水技术发展的重要方向之一[7]。本项目以蔗渣作为纤维素的原料，经预处理加工成纤维素悬液，研究其对常规混凝剂复配处理地表水的效果，以期能够拓宽纤维素的应用领域，又能为常规混凝沉淀处理工艺提供新的参考技术。

1 实验部分

1.1 实验药剂与仪器

蔗渣：将新鲜的甘蔗渣剪碎，用自来水冲洗后浸泡去除残余糖分，每两天换一次水，两周后取出并在烘箱中于60℃下烘干24 h，取出破碎，并配制成10 g/L的蔗渣悬液。混凝剂：10 g/L的硫酸铝溶液，10 g/L的氯化铁溶液，10 g/L的聚合氯化铝溶液等。原水：原水取自漳州校区湖水作为实验水样，浊度为11～35 NTU。

仪器：JJ-4A 型六联同步自动升降搅拌机、SGZ-2P 型微机浊度仪、SGZ-20B便携式浊度、JRM-01湿式破碎机、pH 计等。

1.2 评价指标

依据处理对象和实验过程，参照《地表水环境质量标准》和《生活饮用水卫生标准》，选择采用浊度为主要检测指标评价水处理的效果。

1.3 实验步骤

取6个1 L的烧杯分别加入1 L水样，置于六联搅拌机上，分别加入一定量的混凝剂，快速搅拌1 min，速度200 r/min，再加入一定量的蔗渣纤维素，慢速搅拌10 min 速度50 r/min；停止搅拌，静置沉淀20 min，取上清液测定剩余浊度。

2 实验结果与讨论

2.1 蔗渣纤维素与硫酸铝的复配效果

当原水浊度为 26.80 NTU，pH值为7.35，使用蔗渣纤维素与硫酸铝复配，硫酸铝的投加量为20 mg/L，研究蔗渣纤维素投加量对混凝沉淀效果的影响，结果如图 1 所示。

图1 蔗渣纤维素与硫酸铝的复配效果

由图1可见，随着硫酸铝投加量的增加，出水剩余浊度呈现先增大后减小的趋势，当蔗渣投加量不足时，会影响硫酸铝的处理效果，当蔗渣投加量大于40 mg/L后，处理效果显著提升。这可能是因为原水浊度较低，胶体颗粒物和蔗渣量均较少，二者未能共同形成足够多的大块絮体，但随着投加量的增大，蔗渣与小絮体相互碰撞聚集形成大块絮体，提高了网捕和沉淀性能。因此，增大蔗渣纤维素的投加量有利于提高硫酸铝的混凝沉淀处理效果，但所需的投加量较大。

2.2 蔗渣纤维素与聚合氯化铝的复配效果

当原水浊度为27.10 NTU，pH 值为7.01，使用蔗渣纤维素与聚合氯化铝复配，聚合氯化铝的投加量为20 mg/L，研究蔗渣纤维素投加量对混凝沉淀效果的影响，结果如图 2 所示。

图2 蔗渣纤维素与聚合氯化铝的复配效果

由图可见，随着蔗渣纤维素投加量的增加，出水剩余浊度不断减小，当蔗渣纤维素投加量为40 mg/L时，剩余浊度为1.75 NTU。除了电中和作用之外，聚合氯化铝的高分子链状结构使其在絮凝过程中能发挥吸附架桥和网捕作用，因而处理效果优于硫酸铝，再与蔗渣纤维素复配使用，能够增大絮体结构，改良沉降性能，从而进一步提高混凝沉淀效果。因此，蔗渣纤维素与聚合氯化铝复配能够起到更好的协同增效的作用，强化处理效果。

2.3 蔗渣纤维素与氯化铁的复配效果

当原水浊度为 27.70 NTU，pH值为7.44，使用蔗渣纤维素与氯化铁复配，氯化铁的投加量为20 mg/L，研究蔗渣纤维素投加量对混凝沉淀效果的影响，结果如图3所示。

图3 蔗渣纤维素与氯化铁的复配效果

由图3可见，随着蔗渣纤维素投加量的增加，出水剩余浊度持续降低，且与聚合氯化铝相比，处理后剩余浊度更低，当蔗渣纤维素投加量为40 mg/L时，剩余浊度为0.97 NTU。究其原因，一方面是因为相比铝系混凝剂而言，氯化铁生成絮体沉降性能好，适于处理低温低浊度水；另一方面，蔗渣纤维素的加入弥补了铁系混凝剂在吸附架桥和网捕能力方面的不足。因此，蔗渣纤维素与氯化铁复配能够相互取长补短，其混凝沉淀处理效果优于硫酸铝和聚合氯化铝。

2.4 蔗渣投加量对混凝沉淀效果的影响

当原水浊度为 35.8 NTU，pH 值为 6.98，氯化铁的投加量为20 mg/L，研究蔗渣纤维素投加量对混凝沉淀处理效果的影响，结果如图 4 所示。

图4 蔗渣投加量对混凝沉淀效果的影响

由图4可见，随着蔗渣纤维素投加量的增加，剩余浊度逐渐减小，当投加量为60 mg/L时，剩余浊度最小，为1.92 NTU，而后继续增大投加量，浊度反而升高。这主要是因为适量的蔗渣纤维素能够起到协同增效的作用，但过量投加后蔗渣纤维素浓度过高，一些细小纤维难于沉淀，反而影响出水水质。因此，当与氯化铁复配时，蔗渣纤维素的最佳投加量为60 mg/L时，实验条件下的处理效果最好。

2.5 沉淀时间对混凝沉淀效果的影响

当原水浊度为11.3 NTU，pH值为7.10，氯化铁投加量为20 mg/L，蔗渣纤维素投加量为60 mg/L，研究沉淀时间对混凝沉淀效果的影响，结果如图5所示。

由图5可见，沉淀初期出水剩余浊度快速下降，经过5 min后剩余浊度缓慢下降，当沉淀时间为20 min时，出水浊度最低，达到0.14 NTU，而后趋于平缓。因此，确定沉淀时间为20 min即可达到理想处理效果。

图5 沉淀时间对混凝沉淀效果的影响

3 结论

以蔗渣为原料制备纤维素，与常规混凝剂进行复配使用能够提高混凝沉淀处理效果，但蔗渣与硫酸铝的复配效果较差，与聚合氯化铝PAC的效果次之，与氯化铁复配的处理效果最好。当氯化铁的投加量为20 mg/L时，蔗渣纤维素的最佳投加量为60 mg/L，最佳沉淀时间为20 min，出水的浊度最低可达0.14 NTU，且生成的絮体较大，沉淀速度较快。

虽然蔗渣纤维素能够起到一定的助凝效果，但使用过程仍然存在预处理方法复杂，无法长期保存，可能存在糖分等物质残留等问题，有待进一步研究解决。

[1] 曹军卫，高 志，凌定元，等. 生物技术在能源领域的应用于发展前景[J].山东化工，2015，44(7)：60-63.

[2] 罗成成，王 晖，陈 勇. 纤维素的改性级应用研究进展[J]. 化工进展，2015，34(3)：768-773.

[3] 胡剑灿，肖 敏，李改利. 纤维素/壳聚糖复合吸附剂的制备及其对重金属离子吸附的研究[J].山东化工，2016，45(14)：150-154.

[4] 徐庆源. 用于废水净化与资源化的新型化学絮凝剂[J]. 化工环保，1994，14(5)： 281- 289 .

[5] 谢 菁，陈有军，毕 哲，等. 铁铝复配混凝剂处理低温低浊水[J]. 环境工程学，2014，8(9)：3546-3552.

[6] 龚淑艳，宋庆原，高 斌，等. 强化混凝处理高藻水效果的研究[J]. 供水技术，2008，2(3)：20-23.

[7] 卢徐节，张森佳，韩 丽. 复合混凝剂在活性染料废水中的应用[J]. 上海环境科学，2009，28(2)：87-89.

(本文文献格式：张雅楠，黄金阳，吴端楷.蔗渣复配混凝剂对地表水的处理效果研究[J].山东化工，2017，46(10)：176-178.)

Research of the Surface Water Processing on theEffect of Remixeing Bagasse Cellouse with Coagulant

ZhangYanan，HuangJinyang，WuDuankai

(Tan Kah Kee College，Xiamen University，Zhangzhou 363105，China)

Bagasse was used as raw material to prepare cellouse suspension by remixing with aluminium sulphate, ferric chloride and aluminium polychlorid, respectively. The prepared suspension was used for surface water processing. In this paper, the influence of factors including bagasse amount on coagulation sedimentation processing were studied. It was shown that combination of bagasse cellouse and aluminium sulphate led to the poorest result, followed by aluminium polychlorid and best result was from combination of bagasse and ferric chloride. When filling amount of ferric chloride was 20 mg/L, the optimum amount of bagasse cellouse was 60 mg/L and the optimium sedimentation time was 20 min. This combination resulted in a water turbidity as low as 0.14 NTU and a significantly improved sedimentation effect of floc.

bagasse; coagulation; remixed; surface water

2017-03-31

厦门大学嘉庚学院大学生创新创业训练计划项目(201613469032)"项目资助

张雅楠(1996—)，山西榆林人，厦门大学嘉庚学院本科生，给排水科学与工程专业。

X703

A

1008-021X(2017)10-0176-03

资源与环境