活化硅酸助凝剂在给水处理中的应用研究_黄正杰

给水排水Vol.35增刊200963活化硅酸助凝剂在给水处理中的应用研究黄正杰1张玉先1缪丽英2张立东2(1同济大学环境科学与工程学院,上海200092;2江河港武水务有限公司,武进213161)摘要研究了活化硅酸配制和保存的合适参数,并通过试验得到了对于江苏某湖水,活化硅酸的最佳投加量和投加时间。同时进行了生产性试验,并与PAM做了助凝效果和经济效果的比较分析。结果表明活化硅酸具有良好的助凝作用,并在经济性和安全性上优于PAM。关键词活化硅酸作用原理助凝特性PAMThestudyoftheapplicationoftheactivatedsilicicacidindrinkingwatertreatmentasacoagulantaidHuangZhengjie1,ZhangYuxian1,MiuLiying2,ZhangLidong2(1.CollegeofEnvironmentalScienceandEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.JianghegangwuWaterServiceLtd.,Wujin213161,China)Abstract:Parametersofpreparationandpreservationofactivatedsilicaisstudied.TakinglakewaterinJiangsuasrawwater,theexperimentiscarriedouttoinvestigatetheoptimizeddosageanddosingtimeofactivatedsilicicacid.What'smore,afull-scalepilotisperformedtocomparetheco-agulationeffectandeconomiccostbetweenactivatedsilicicacidandPAM.Theresultsshowedthattheactivatedsilica,asagoodcoagulantaid,hastheadvantagesofPAMincostandsecurity.Keywords:Activatedsilica;Mechanism;Effectofflocculation;PAM0前言活化硅酸作为助凝剂在给水处理中应用已有几十年的历史,但各地使用的效果却相差甚远。有些水厂取得了良好的效果,如宁波的某水厂[1],也有一些因活化硅酸制备指标难控制,投加后滤池表面结球等问题没有解决而放弃采用。究其原因,除了各地原水水质不同而引起的差别外,更主要的可能是对活化硅酸的性质及其助凝规律未完全明确,如制备时未能控制其聚合度,投加方式和投加时间的不合适等。本研究的目的即在于寻求活化硅酸制备和保存的合适参数,并对活化硅酸的助凝规律作进一步的了解,以期为广泛应用活化硅酸助凝提供有益的参考。1活化硅酸活化及助凝机理通常采用水玻璃为原料经加酸活化制取活化硅国家“十一五”科技支撑计划(2006BAJ08B02)。酸,水玻璃的主要成分是硅酸钠。在水玻璃原液中,硅酸钠能水解,其反应如下:Na2O·xSiO2·yH2O+H2O2NaOH+xSiO2+yH2O(1)平衡时,溶液中存在三种物质:一是硅酸钠,保持原状;二是氢氧化钠;三是游离的二氧化硅(以硅酸的形式存在)。此时溶液pH较高,一般在12～13,而游离的二氧化硅不多。加酸活化后,部分硅酸钠与酸发生如下反应(以硫酸为例):Na2O·xSiO2·yH2O+H2SO4=Na2SO4+xSiO2+(y+1)H2O(2)而其余的硅酸钠仍处于水解平衡状态。综合考虑式(1)和式(2),活化硅酸溶液中除了中性的Na2SO4外,仍有硅酸钠水溶液中的三种物质。但其中的NaOH因部分被H2SO4中和,所余NaOH仅是部分硅酸钠水解产生的。故溶液pH比硅酸钠DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2009.s2.07664给水排水Vol.35增刊2009溶液有所降低。同时,游离出来的SiO2(以硅酸的形式存在)会发生聚合作用,从而形成硅酸高分子。戴安邦[2]教授认为,在中性、碱性介质中,活化硅酸的聚合作用主要发生在硅酸中性分子和负一价硅酸离子之间,见式(3):(3)反应生成的二聚硅酸属于中性分子,其中一部分可与OH-发生如下反应:(4)式(4)中生成的负一价二聚硅酸离子又可进一步与二聚硅酸分子或硅酸分子继续聚合,如此进行下去直至溶液全部形成凝胶。哈尔滨工业大学的于水利[3]对此进行研究,证实了戴安邦教授的结论。活化硅酸作为助凝剂,其助凝的机理主要为吸附架桥作用。当混凝剂形成的絮粒细小松散,不易沉淀时,活化硅酸可通过吸附架桥作用将絮粒连接起来,从而增大絮凝体