生活污水新型復合絮凝劑的研制

尤琪嘉，彭珊珊，張建成，楊懿仕，曾德芳

（武漢理工大學資源與環境工程學院，武漢 430070）

生活污水新型復合絮凝劑的研制

尤琪嘉，彭珊珊，張建成，楊懿仕，曾德芳*

（武漢理工大學資源與環境工程學院，武漢 430070）

將聚氯硫酸鋁鐵（PAFCS）與陽離子型聚丙烯酰胺（PAM+）復合并加入殼聚糖（CTS）制備新型生活污水絮凝劑。該絮凝劑用于處理普通城市污水的最佳配方比例是V（PAFCS）∶V（PAM+）∶V（CTS）＝8∶6.5∶1，濁度去除率達到了90%以上，COD去除率也能達到75%以上。

絮凝劑；生活污水；聚氯硫酸鋁鐵；陽離子型聚丙烯酰胺；殼聚糖

我國是世界上人口最多的國家，隨著城市人口的驟增、鄉村的城鎮化和人民生活水平的提高，人均需水量和總需水量不斷增加，城市污水總排放量也隨之相應增加［1］。絮凝劑的應用在污水處理中占有極其重要的位置。但是，目前被廣泛應用的絮凝劑都存在著或多或少的問題，比如成本過高、達不到去除率要求，或者操作復雜運營麻煩。本文所介紹的新型污水處理絮凝劑是以聚氯硫酸鋁鐵，陽離子型聚丙烯酰胺和殼聚糖為原料制備的復合絮凝劑，具有較高的性價比和市場競爭力。

聚氯硫酸鋁鐵（PAFCS）兼有鋁鹽類絮凝劑和鐵鹽類絮凝劑的特性［2］，具有優良的凈水性能和廣泛的應用范圍［3］，脫色和去除COD的效果均較好［4－5］，SS，COD，硫化物和鉻的去除率都很高。陽離子型聚丙烯酰胺具有正電荷密度高、水溶性好、特性黏數易于控制、高效無毒、價格低廉等優點，被廣泛用于三次采油、造紙、水處理等領域［6］。殼聚糖是從自然物質中提取并稍經化學改性處理的物質，來源豐富，價格低廉，選擇性大，投藥量小，安全無毒，可以完成生物降解，無二次污染，不受pH值變化影響［7］。

不同的絮凝劑復合后相互作用，實現優缺點互補，擴大了絮凝劑的使用范圍，提高了絮凝效果，還可以降低使用成本。

1 實驗部分

1.1 主要實驗設備與試劑

721型分光光度計；CS－111自動純水蒸餾器（上海玻璃儀器廠）；微波消解COD測定儀；磁力攪拌機；GFJO4A型高速分散機；JJ－1型增力電動攪拌器；電子分析天平。

絮凝劑組分1（聚合硫酸鋁鐵水溶液，質量分數2%）；絮凝劑組分2（陽離子型聚丙烯酰胺水溶液，質量分數0.2%）；絮凝劑組分3（殼聚糖水溶液，質量分數0.2%）；重鉻酸鉀標準液；試亞鐵靈指示溶液；硫酸亞鐵銨標準溶液；硫酸銀－硫酸催化劑［8］。

1.2 水樣

某廠垃圾滲濾液2種；生活污水來自武漢沙湖污水處理廠（濁度為63.1NTU，COD為216.0 mg／L，水溫為21～23℃），沙湖湖底水樣。

1.3 實驗方法

在1 000 mL的燒杯中加入500 mL生活污水水樣，按一定比例分別滴入絮凝劑組分1、絮凝劑組分2、絮凝劑組分3，滴完后攪拌水樣5～8 min后靜置分層，靜置10min后便可取上清液水樣對水中的COD和SS的去除率進行化驗分析，計算濁度去除率。COD的測定采用微波消解法［9］。

2 結果與討論

2.1 復合絮凝劑各組分的配比對濁度去除率的影響

照實驗方法處理生活污水水樣，共進行9組實驗，其中1～3組改變絮凝劑組分1的加入量，絮凝劑組分2、絮凝劑組分3加入量不變，考察組分1對濁度去除率的影響。4～9組以此類推。實驗原水水樣濁度為63.1，實驗結果見表1～表3。

表1 絮凝劑組分1對濁度去除率的影響Tab.1 Flocculant component 1 on the turbidity removal efficiency

表2 絮凝劑組分2對濁度去除率的影響Tab.2 Flocculant component 2 on the turbidity removal efficiency

表3 絮凝劑組分3對濁度去除率的影響Tab.3 Flocculant component 3 on the turbidity removal efficiency

根據表1～表3數據，將復合絮凝劑各組分的配比對濁度去除率的影響分別制成曲線圖，從曲線圖分析可以看出處理500mL水樣，復合絮凝劑各組分的最佳配比為組分1 0.4 mL、組分2 0.325 mL、組分3 0.05 mL，V（PAFCS）∶V（PAM+）∶V（CTS）＝8∶6.5∶1，濁度去除率最高。

2.2 COD去除率

根據濁度去除率實驗結果，選取了3組配方測定COD去除率，分別是①V（PAFCS）∶V（PAM+）∶V（CTS）＝8∶7∶1；②V（PAFCS）∶V（PAM+）∶V（CTS）＝8∶6.5∶1；③；V（PAFCS）∶V（PAM+）∶V（CTS）＝8∶6∶1，實驗結果見表4。水樣COD為216.0 mg／L。

表4 COD去除率實驗數據Tab.4 COD removal experimental data

從表4看，復合絮凝劑各組分的配比為V（PAFCS）∶V（PAM+）∶V（CTS）＝8∶6.5∶1時，COD去除率最高。

根據上述實驗，可以得出以下結論：復合絮凝劑用于處理生活污水時，各組分的配比為V（PAFCS）∶V（PAM+）∶V（CTS）＝8∶6.5∶1，濁度和COD的去除率可以達到最高值。

武漢沙湖污水廠的水樣是典型的生活污水，用本文研制的復合絮凝劑處理該污水，通過放大實驗，即每噸污水中加入絮凝劑組分1 1600 mL、絮凝劑組分2 134 mL與絮凝劑組分3 200 mL，濁度去除率達到了90%以上，COD去除率也能達到75%以上。

3 復合絮凝劑成本

PAFCS的市場價格為2.5元／kg，2%水溶液價格約為5×10－5元／kg（水價忽略不計，以下類同）；PAM+價格為1.5元／kg，0.2%水溶液價格約為3×10－6元／kg；CTS價格為150元／kg，0.2 %水溶液價格約為3×10－4元／kg，根據最佳配比，則每噸污水處理中絮凝劑成本為：

1600×5×10－5＋1300×3×10－6＋200×3× 10－4＝0.144元。這個成本對于污水廠家是可以接受的，具備一定的市場競爭力。

4 新型絮凝劑在其他污水處理中的應用

實驗過程中，還嘗試著將新型復合絮凝劑應用在其他類型的污水處理中，先后實驗了該絮凝劑對垃圾滲瀝液和沙湖湖底水的處理效果，結果見表5。

表5 復合絮凝劑處理其他類型污水實驗結果Tab.5 Results of composite flocculant handle other types of sewage

從表5數據可以看出，新型污水復合絮凝劑在處理高濃度有機污水上，效果不理想，而處理污染物濃度較低的污水效果很好。造成這種結果的原因主要是由于兩種污水的污染物種類不同，垃圾滲瀝樣液中主要污染物是富里酸、腐殖質等大分子有機物，不易形成絮凝體，而沙湖湖底水的主要污染物是各種無機離子、小分子的甘油、膽固醇類物質，很容易被絮凝劑捕集，形成絮凝體。

5 結論

1）研制了一種復合絮凝劑，為聚氯硫酸鋁鐵（PAFCS）、陽離子型聚丙烯酰胺（PAM+、殼聚糖（CTS）的復合體。配比為V（PAFCS）∶V（PAM+）∶V（CTS）＝8∶6.5∶1。用該復合絮凝劑處理城市生活污水，濁度去除率達到了90%以上，COD去除率也能達到75%以上。處理1噸污水的絮凝劑成本為0.144元。

2）該復合絮凝劑在處理高濃度有機污水上，效果不理想，而處理污染物濃度較低的污水效果很好。

［1］ 周啟星，黃國宏.環境生物地球化學及全球環境變化［M］.北京：科學出版社，2001.

［2］ TangHongxiao，StummW，CoagulatingBehavioursofFe（Ш）Polymeric Species，Ⅰ，Ⅱ［J］.WaterReasearch，1987，21（1）：115－121，123－128.

［3］ 許士洪，彭長琪，上官文峰.聚氯硫酸鋁鐵的制備及絮凝性能研究［J］.環境化學，2005（2）：158－161.

［4］ 俞尚清，傅天杭，潘志彥.用粉煤灰制取聚硅酸氯化鋁鐵絮凝劑的研究［J］.粉煤灰綜合利用，2003（5）：9－11.

［5］ 夏暢斌，何湘柱，李德良，等.酸浸粉煤灰混凝法處理制革廢水的研究［J］.環境科學研究2001，14（2）：45－47.

［6］ 盧紅霞，劉福勝，于世濤，等.陽離子聚丙烯酰胺絮凝劑的制備及其絮凝性能［J］.化工環保，2007（8）：374－378.

［7］ 林波，郭海蓉，任二芳，等.天然高分子絮凝劑分離澄清甘蔗糖蜜［J］.食品研究與開發，2011（8）：39－41.

［8］ 周世輝，師紹琪，蔣展鵬，等.城市生活污水強化一級處理中絮凝劑的選擇研究［J］.給水排水，1999，25（11）：14－16..

［9］ 馬秀玲，陳盛，黃麗梅，等.殼聚糖及其衍生物在水處理中的應用［J］.廣州化學，2002（3）：59－63.

［10］ 蔡文艷.常壓微波消解分光光度法測定COD的研究［D］.南京：南京工業大學，2006.

［11］ 馮靈芝，俞芬芬.微波消解法與回流法測定COD的試驗比較［J］.上海環境科學，2010（3）：137－138.

Preparation of a Novel Composite Flocculant for City Wastewater Treatment

YOU Qi-jia，PENG Shan-shan，ZHANG Jian-cheng，YANG Yi-shi，ZENG De-fang*

（School of Resource and Environmental Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan 430070，China）

The novel high－efficiency composite water flocculant was prepared by compounding PAFCS，PAM+and CTS.The best formula for ordinary city wastewater is V（2%PAFCS）∶V（0.2%PAM+）∶V（0.2%CTS）＝8∶6.5∶1.The removed rate of COD could be 75 percent，and the cost was 0.144 yuan per ton.

flocculant；sewage；polychloroprene ferric sulfate；cationic polyacrylamide；chitosan

X703.5

A

1004-275X（2015）05-0013-04

10.3969／j.issn.1004-275X.2015.05.003

收稿：2015-07-28

尤琪嘉（1996－），女，山西人，本科學生，主要研究自來水絮凝劑的研制。

*通信聯系人：曾德芳，電郵：df5152＠163.com