摘要：采用阳离子助滤剂聚合氯化铝代替阴离子助滤剂聚丙烯酰胺的方法，解决了气浮处理的微气泡问题，提高了滤后水水质。通过小试和中试对两种助滤剂的助滤效果、药剂的可靠性以及经济成本做了分析。与单独投加16mg/L FeCl3相比，投加12.0mg/L FeCl3和0.25mg/L聚合氯化铝能满足出水浊度的要求（＜0.3NTU），且每千吨水药剂成本可节省4.20元。但投加助滤剂会降低滤池的运行周期。
水厂对滤池出水浊度的要求小于0.3NTU。在采用高分子阴离子聚合物助滤时，由于气浮处理后水中常伴有微气泡，且水中的溶解氧增加，会对阴离子助滤剂产生排斥。对此笔者尝试以阳离子型聚合物聚合氯化铝（PAC）进行二次絮凝试验，以达到助滤的作用。PAC是一种预水解形式的混凝剂，不易受pH及温度变化的影响，其中所带的高正电荷聚合阳离子可立即吸附在颗粒物表面，以较高的正电荷及较大的分子量产生电中性和黏结架桥作用。作为助滤剂使用时，它能很快地附着在滤料上，使水中的微絮粒二次絮凝并在滤层中截留，从而达到浊度去除的目的。但微絮凝会对滤池产生一定的影响，如运行周期的缩短等。笔者通过小试和中试，对聚丙烯酰胺和聚合氯化铝投加量及其对滤池运行周期和出水浊度的影响进行了分析。
1、试验部分
1.1 原水水质
试验期间原水水质见表1。
表1原水水质
| 项目 | 水温/℃ | 浊度/NTU | 色度/倍 | pH | 总碱度/（mg.L-1） | 氨氮/（mg.L-1） | COD/（mg.L-1） |
| 较高值 | 6.10 | 2.62 | 5 | 8.24 | 140 | 0.080 | 3.20 |
| 较低值 | 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 试验方法
1.2.1 小试
小试中，选择4个阶段进行搅拌，具体参数见表2。
表2小试试验参数
| 项目 | 转速/（r.min-1） | G/s-1 | t/min | GT |
| 一阶段 | 160 | 163.5 | 1 | 817.5 |
| 二阶段 | 120 | 106.2 | 3 | 4003.5 |
| 三阶段 | 80 | 57.8 | 6 | 5737.5 |
| 四阶段 | 20 | 7.1 | 1 | 5950.5 |
采用目前使用的FeCl3作为混凝剂，进行一至三阶段混凝后，加入助凝剂聚丙烯酰胺阴离子WT652或聚合氯化铝PAC，沉淀10min后测定浊度。
1.2.2 中试
采用两套系统进行中试，每套试验水量均为5m3/h。两套系统流程均为混合池→絮凝池→气浮池→滤池，气浮池停留时间为16min，回流水量为8.0-9.0L/h；滤池采用无烟煤（厚度为400mm）和石英砂（厚度为600mm）双层滤料，滤速为8.0±0.5m/h，反冲洗周期大于20h。在两套系统的混合池前投加混凝剂，但只在其中一套系统滤池前投加聚丙烯酰胺。
2、结果与讨论
2.1 小试
按照试验方法投加不同种类和不同投加量的混凝剂后，浊度见表3。其中第3、4列所对应的WT652的投加量分别为0.025和0.05mg/L，第5、6列所对应的聚合氯化铝投加量分别为0.25和0.5mg/L。
表3小试试验结果
| FeCl3投量/（mg.L-1） | 浊度/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，投加助滤剂后，其滤前浊度相应地增加了12%-20%，但其分离度已有很大的提高。确定FeCl3的投加量为12.0mg/L，并投加不同投加量的WT652和聚合氯化铝进行中试。
2.2 中试
2.2.1 试验结果
单独投加FeCl3时，不同投加量下气浮和滤池出水浊度见图1。当FeCl3投量为12mg/L时，采用WT652和聚合氯化铝作为助滤剂，根据小试确定的投加量进行试验，结果见图2。
可以看出，单独投加FeCl3，投加量为16-20mg/L时，滤后水浊度才能满足要求。而当FeCl3投量为12.0mg/L时，投加0.05mg/LWT652或0.25mg/L聚合氯化铝作为助滤剂就能够满足浊度要求。
2.2.2 助滤剂对滤池运行周期和出水浊度的影响
当单独投加16.0mg/LFeCl3时，滤池运行周期为20h，滤后水浊度为0.291NTU。当FeCl3的投加量为12.0mg/L，并投加0.025mg/LWT652时，滤池运行周期受到的影响较小，为17h，但其出水浊度（0.341NTU）已不能满足要求；增加WT652的投加量至0.05mg/L，滤后水浊度可达到0.300NTU，但此时滤池的运行周期下降到14h。当FeCl3的量为12.0mg/L，聚合氯化铝助滤剂的投加量分别为0.25和0.5mg/L时，滤池运行周期分别为17和15h，对应的出水浊度分别为0.280和0.276NTU。
颗粒物质与滤料表面接触后，在范德华引力、静电力、各种化学键的相互作用以及絮凝颗粒的架桥作用下，才能完成在滤料表面或滤料颗粒上的吸附。混凝和过滤凝聚的基本机理是相同的，根据胶体稳定性的DLVO理论，是否产生凝聚取决于吸引的范德华力与排斥的双电荷层力之间的平衡。粘附作用主要取决于滤料中和水中颗粒的表面物理化学性质，对未经脱稳的悬浮颗粒的过滤效果很差。进行二次絮凝是对颗粒的再次脱稳。过滤过程中胶体颗粒的实际去除效率η可用下式表示：
η=αη0（1）
其中η0为被去除颗粒与介质颗粒的接触效率，吸附系数α与被去除颗粒、介质颗粒和液体的物理化学性质有关。加入聚合氯化铝助凝实际提高了η0，达到了浊度去除的效果。
2.23 出水的余铁和余铝含量
经过测定，在投加助滤剂后滤后水中的余铁、余铝含量均满足企业要求（＜0.2mg/）。其原因是在二次絮凝后铁、铝离子又会形成新的絮体被吸附且在滤料中被截留，而单独采用FeCl3时余铁偶有超标现象。
3、药剂的可靠性探讨
铁盐、铝盐作为混凝剂，已在给水处理中得到广泛使用。美国食品及药物管理局认为聚丙烯酰胺类药剂的水解体是低毒或无毒害，但过量的残留会对神经系统有一定的损伤。各国卫生部门均制订了各自的规定。该试验需要说明的是：以聚合氯化铝取代聚丙烯酰胺助滤也是保障饮用水健康的一种措施。
4、经济成本
在达到出水标准的前提下，单独投加16mg/L FeCl3作为混凝剂时，每千吨水的药剂成本为26.80元。而投加12.0mg/L FeCl3和0.25mg/L聚合氯化铝助滤剂（PAC原液质量分数以10%计）时，则每千吨水的药剂成本为22.60元。
5、结论
① 采用FeCl3作为混凝剂，并同时投加聚合氯化铝作助滤剂，对气浮工艺出水浊度处理效果较好。聚合氯化铝投加量为0.25-0.5mg/L时，滤后水浊度可降低3.8%-5.2%。
② 与单独投加16mg/LFeCl3相比，投加12.0mg/LFeCl3和0.25mg/L聚合氯化铝的每千吨水药剂成本可节省4.20元。但投加聚合氯化铝会缩短滤池的运行周期15%-25%。
③ 以聚合氯化铝取代聚丙烯酰胺作为助滤剂，在饮用水可靠性方面更加可靠。
