活化聚硅酸在稳定水质、提高单位产水量过程中的作用

【摘 要】水质与水量的关系是制约水厂尤其是老水厂的一个“瓶颈”问题，如何在保证水质的前提下提高供水能力，对水厂面临的任务和发展起着至关重要的作用。

【关键词】活化硅酸；助凝；反应速度；单位产水量

随着供水管网的不断延伸，用户的持续增加以及工、农业生产给水源水质造成的污染的加剧，多数水厂受当初设计产水能力的限制，出现了保水质难保水量，保水量则难保水质的两难境地。鸡西矿业集团供水公司净水厂总设计产水能力为5.5万吨/日，实际产水能力4.8万吨/日，这在10年前是足以满足各矿和局址地区的供水任务的，但从2000年至2012年用户增加了近20%，各种工业、建筑、商服、农业等用水量也节节攀升，使水厂的净化能力严重滞后于用水量的不断增加。在工艺条件难以改变的前提下，虽然增加投剂量但仍然难以保障超出净化能力的出厂水质。积于此，从水源水质情况和工艺运行特点入手，通过大量混凝模拟实验，采用活化聚硅酸配合硫酸铝对水体实施净化，取得了满意的净化效果，缓解了目前情况下的供需矛盾。

1、活化聚硅酸的净水机理

活化聚硅酸是水玻璃（Na2O・XSiO2・yH2O硅酸钠）溶液中，能起助凝作用的聚合硅酸胶体。是水玻璃溶液在活化剂（如硫酸、盐酸等）的作用下，不断游离出中性原硅酸单体，在溶液中产生缩聚，经羟基桥联和氧基桥联形成的阴离子型的无机高分子。反应过程如下：

活化聚硅酸具有四面体状构造，可以发展成为线状、分支链状和球状。当活化聚硅酸作为助凝剂参与到水体中后便会凭借较大的粒径和链长以及表面具有的羟基、架桥和吸附能力强的特点，将混凝剂与水中悬浮微粒形成的细小而分散的絮凝体联成大而密实的絮粒，在水中迅速下沉，达到净化目的。

2、活化聚硅酸的助凝效果

活化聚硅酸本身没有絮凝能力，但能对混凝剂产生的絮凝体具有强烈地吸附作用。对铝盐和铁盐做混凝剂的净化工艺，无论是低温低浊、低温高浊或常温高浊均具有明显的助凝效果。

以下是两组利用ISZ-80型混凝实验模拟仪所做的模拟实验。

实验一、相同混凝剂投量下，有、无助凝剂的实验

从上述两实验数据和现象可知，与单加混凝剂硫酸铝相比，投加活化聚硅酸的烧杯水体矾花形成快，颗粒大而密实，沉降速度明显优于单加硫酸铝的烧杯。在达到相同净化效果的同时，可降低混凝剂投量15%―30%　。

3、活化聚硅酸的生产及使用

3.1、活化聚硅酸的生产

3.1.1活化聚硅酸反应器的制造

根据水厂日产水量、及模拟实验的最佳投量，确定反应器的容量，用10mm厚的铁板圈成φ=3000mm；H=1500mm的圆罐，上面安装搅拌机。转数要求控制在60转/分。

3.1.2原料选择

水玻璃模数在3.1―3.4；PH值12―13；无杂质无异色。

活化剂硫酸浓度≥96%；密度≥1.80；无杂质无异色。

3.1.3控制反应

广泛PH值试纸。

3.2、活化聚硅酸的制备

将浓硫酸（20kg塑料桶包装）缓慢沿器壁加入盛有200kg清水的容器中，边加边搅拌，配成30%的硫酸溶液，冷却备用。

在搅拌的条件下向已注入一半水的活化聚硅酸反应器中加入水玻璃，配成1.5%浓度的硅酸钠溶液，然后缓慢加入30%已冷却的硫酸溶液，并随时用PH值试纸加以检测。开始时溶液由无色透明，流动性良好，随着活化时间的增加，PH值的逐渐降低（由138），流动性变缓，当溶液呈淡白色，微带蓝色时，微调PH值呈淡绿色（此时PH=8.5），搅拌活化60分钟，活化聚硅酸配置结束。

3.3、活化聚硅酸的使用

3.3.1活化聚硅酸加注点的选择

活化聚硅酸虽然有良好的助凝作用，但必须选择好加注点，从实验室实验可知，先加或与混凝剂同时加效果均没有后加理想，实践证明在混凝剂投加1分钟后再加助凝剂效果最优。也就是当混凝剂与水中杂质或悬浮微粒充分混合以后，助凝剂才能发挥其特有的作用。从工艺角度看加注点选在管式静态混合器末端（前端加混凝剂硫酸铝），反应效果最好。

3.3.2活化聚硅酸的投量

由于活化聚硅酸本身无絮凝作用，投量小效果差，投量大也无明显助凝作用，通过实验，当活化聚硅酸与待净化的水体以重量比2：10000时效果最佳，且用量最小。

4、活化聚硅酸的工艺运行分析

通过活化聚硅酸的投加，分离区内絮凝体与水体分离速度明显加快，澄清池内漂浮絮粒减少，出水浊度降低，澄清池排污周期和滤池反冲洗周期延长3―5小时，水厂自用水节约40%（排污和反冲洗用水），硫酸铝投量降低20%，提高单位水产量10%　。

从上述实验和工艺运行可知，活化聚硅酸的使用对水厂单位产水量和稳定水质有良好的辅助作用，活化聚硅酸原料易购、生产工艺简单，可操控能力强，净水效果突出，较好地解决了水厂面临的供需矛盾。