供水技术WATERTECHNOLOGY Voi.15No.1 Feb.2021
151
2021年2月
代如亭，孙沛，丁广宁
（天津塘沽中法供水有限公司，天津300000）
摘要：结合水厂实际，采用工业硅酸钠为原料、硫酸铝作为活化剂，配制活化硅酸溶液，研究了配制活化硅酸的控制方法、最佳活化状态和保质期等。实验结果表明，当硅酸溶液配制浓度为0.7%（以SOO计），活化剂（以AOO3计）与SOO的质量比为0.11：1-0.12:1时，控制剩余碱度在600〜900mg/L，所制得的活化硅酸助凝、助滤效果显著。稀释后的活化硅酸保存期长达15d以上，且制备和使用安全、方便，适合推广运用％ 关键词：硫酸铝；活化剂；活化硅酸；控制方法
中图分类号：TU991.2文献标志码：A文章编号：1673-9353（2021）01-0017-04
doi：10.3969/j.issn1673-9353.2021.01.004
Preparation of activated silicic acid with aluminum sulfate as activator
Dat Ruting$Sun Pct$Ding Guangning
(Tianjin Tanggu Sino French Water Supply Co.Ltd.,Tianjin,300000,China) Abstract:Industmal sodium silicate was used as raw mateiai and aluminum suOaia as activatcr i prepare activated silicic acid solution,consideing tha actuai situation d wateroorks.Tha coh U o I method,optimai activvtion state and sheO life of activvted silicic acid were investiaated.Tha experimentai results showed that,when tha cancentration d silicic acid solution was0.7%(based on SiCO),tha mass ratio of activatcr(based on AOO3)e SO2is0.11-1〜0.12：1,and tha remaining alkalinie was controlled ai600〜900mg/L,tha activated silicic aciO had significant caaaulation filtration aiO Cfeci. Tha storage peiod of tha diluted activvted silicic acid was more than15days,and its preparation and use were safe and convenient and it was suitable fcr promotion and application.
克伦族
Key words:aluminum sulfata;activatcr;
在水处理过程中应用活化硅酸能加速混凝过程，改善絮凝体结构，促使细小而松散的絮凝体结大密实。
活化硅酸对低温低浊水具有独特的处理效果，在无机盐混凝剂形成细小矶花的基础上可进一步吸附架桥，增大絮凝体尺寸，还可在滤前投加以强化过滤，防止杂质穿透滤池，起到助滤的作用’在实际运用中，活化硅酸在各个水厂的使用效果差距较大。这是因为活化过程中其聚合度、活化时间较难控制，且易出现凝胶而失去活性，需现场配制，再加之原材料硫酸使用的安全性等问题，许多水厂放弃使用。笔者研究了以硫酸铝作为活化剂，与activated silicic acid;control mettod
工业硅酸（俗称泡花碱、水玻璃，Na2O-DSO）2-工比。）反应，开展实验，寻求活化硅酸制备和保存的合适参数，为后期活化硅酸的应用提供参考。
1
1936年Baylis[1]首先提出活化硅酸是硅酸钠加酸活化而成的硅溶胶型水处理絮凝剂，并开始在国外水处理等领域应用。1967年Stumm[2]提出它实质上是一种聚合硅酸，在水玻璃溶液中加酸，不断游离出中性硅酸单体并产生缩聚，经轻基和氧基桥联形成阴离子型的无机高分子，它是聚合反应过程中的中间产物，若聚合不足助凝效果差，聚合过度则生
第15卷第1期
供水技术
2021年2月
长凝胶而失效。其中硅酸的缩聚按下式进行：
OH
OH
I
!
HO — Si —OH-^HO 】一Si —O ~3 !H+（!-l ）H 2O88式轻机
I
I
OH
OH
在 和强碱条件下， 硅不产生聚合作
用，溶液不成冻，不具有净水效果；在
和偏碱性
内，硅产生聚合，最终溶
胶凝成冻。采
泡花碱配制
硅酸，反
应方程为 Ai 2 （ SO 4）3 + 3N c 2O - MSiO 2 - x H 2O # 3Nt 2SO 4 +AOO 3 - M （SO ）2 • yHO ），配制过程中主
要控制其中和度和 度[3]o 和度是投 •化
剂所中和的碱度与总碱度之比。泡碱溶 I 酸 ，经一段时间可
胶冻，该间即为成冻时
间； ，一般需经过一段时间使其达到良好的聚
态即 ，这段时间称为
间， 间与
冻时间之比称为
度。
2
2.1主要仪器与试剂
XS204电子分析天平、BRAND 20510003数显
滴定器、C009057975 pH 计、2100N 台式浊度仪、 MY3000 - 6混凝
器；硅 （ 产
品）、固体十八水合硫酸铝！ AO （ SO 4） 3 • 18比0，分
析纯，固粉末），其成分 1'
表1市售硅酸钠和硫酸铝的成分
2.2活化硅酸的制取方法一
硅酸钠SiO 2/%27.96
Na 2^^%8.83比重/( g % cm"3 )
1.38
模数（SiO 2和Na 2O 的
摩尔比D ）
3.27
固体十八水合硫酸铝粉末AOO3/%15.3
① 称量259. 5 g 十八水合硫酸铝粉末，缓慢
溶于250 mL 纯水中， 直至全部溶解，配制 .
体硫酸铝（此时AOO 3含量为7.8%），标记为试剂
F 其主要成分为1-56 / AOO 3 °
②
称量50 /泡花碱，缓慢倒入1 000 mL 纯水
中，均匀 ，标记为 '，其要成分为：SOO ，
13.98 /；Nt 2O ，4.42 g 。
③ 在 '的情况下，缓慢加入20 g 试剂I ，配制成SOO 浓度为1.4%的活化硅酸
溶液°
在
程中发现，溶
速 凝状白胶
°分 败原因在于硅酸的缩聚反应速度与溶液
SOO 的 度有 关系，硅
度越大，缩聚反
应越快，溶的粘度
dmem培养基
凝胶 效’计
划第二次制取时，水玻璃的稀释倍数，对硫
进行稀释，降低聚合速度，观察效果°
2.3 化 的制
①
称取25 /泡花碱并溶于900 mL 水中，搅
拌均匀后，标记为
I ，测得碱度为3 631 mg/L °强迫状态
② ! 取 20 g
溶 200 mL 水 ，
标记为
'°
③
在 I 的 ，分8次、每次
缓 10 mL 试剂'（共计8 / "，取标
记为1#待°继 10 mL 试剂'（共计9 g 硫
酸铝），取样25 mL ，标记为2#待用°重复进行该步
骤，即对应的 量依次为10,11和12 g ，对
应的25 mL 样品分别标记为3#、4#和5#，所制成的活
化硅酸的pH 、剩余碱度和中和度
2，其中SOO
度为0.7%°
表2硫酸铝加入量对活化硅酸性质的影响
编号硫酸铝 投加量/g
<(AOO 3):
<(SiO 2)pH
剩余碱度/
(mg • L_1)和
度/%
1#
80.09 ： 1101 30064.202#
9
0.10 ： 18.51 131
68.803#10
0.11 ： 1 6.5
800
77.90
4#
11
0.12 ： 16637
82.505#
12
0.13 ： 1
5368
89.80
3
3.1助凝效果
进行烧 凝试验对比，采聚合每（PAC ）作为混凝剂。以200 r/min
1 min ，后
投 硅酸，以200 r/min 继续搅拌1 min ，以40
r/min
18 min ，沉淀10 mio
。原水为南
水北调中线工程引江水（自丹江口水库引水至 ：
塘水库），聚
aoo 3含量为10%，结
果 3°
发现：未
硅酸助凝，空白样
絮凝 的 ，尺寸在0. 5 mm 左右，其余烧
2021年2月代如亭，等：用硫酸铝作活化剂制备活化硅酸的实验初探第15卷第1期
杯形成的矶花尺寸都在其2 -4倍以上。投加0.5
mg/L 活化硅酸作为助凝剂,
尺寸。表3硫酸铝用量对混凝效果的影响
注：活化硅酸投加量以Si ］计。
烧杯编号
1
2
3
4
56
PAC 投加量/(mg ・ L"1)
15
15
151515
15活化硅酸编号1#
2#
3#4#
5#活化硅酸投加量 / ( m/・ L 51 )
0.5
0.5
0.50.5
0.5目测絮体 尺寸/ m m 0.5
2
2
2〜3
3〜4
2〜3
出水浊度/NTU
0.5050.5490.6750.5090.5710.548出水余铝/ ( m/・ L 51 )0. 1130. 1180.1140.1220. 1220. 130
出水pH
7.827.837.837.857.857.82
投 硅 ，一 凝反应速度，较早出现；另一
凝性，
尺寸明
' 硅非常适 在原水低温低浊期
间， 的
细碎、穿透
的
投加。
3.2
效果的
在
内，分别进行十余次混凝 ，验
硅 溶 在不
间内的 凝效果， 果
4和图1。
表 4 不同
量的 化 的
编号硫酸铝投量/g m ( A/O s ):m ( SiO 2 )
凝冻时间/d
1#
8
0.09:1
10
2#90.10:1143#
10
0.11:1
初级燃料学15
4#11
0. 12:114
5#
12
0. 13:1
8
可以看出,1#活化硅酸溶液助凝形成的絮凝体
尺寸在1.5-2 mm ,10 d 之 开始凝冻，失去效果;
期,2#活化硅 溶液的助凝效果一般，随的进行，第8 d 其 作用开
；3# 硅
溶液的有效助凝
期
，在14 d 左右;4#
硅酸溶
凝 的絮凝体尺寸在3.5~4
m 叫
间在第1~11d 内的助凝效果显著,13 d
之后开 渐凝冻;5 硅溶 凝 的
絮凝体尺寸在4 mm 左右，溶 期限为8 d o
图1活化硅酸不同凝冻时间下的助凝效果
因此， 凝 综 价得出， 投
加量为10 ~ 11 g , 量A 12O 3： Sm)2投 量比为0.11 ： 1 ~0.12 ： 1时，所制得的活化硅酸的助 凝效果较好，溶
期限较长。
3.3
度的考
取2 mL 活化硅酸溶液于烧杯中，加入纯水稀释 至50 mL ，加入3滴甲基橙指示剂，用盐酸标准溶液
滴定至由黄 橙黄(肉眼观察颜存在少许
误差)时，滴定完成， 标准溶
耗量计算
碱度。由5可以 ，在水玻璃
出草
程中，剩
碱度
不大，用Si ］浓度为0.7%的硅
I
溶液制取
硅 ，剩 碱度在600 - 900 mg/L
之间， 硅 第1 ~ 12 d 内，促进絮体增大的效
果始终较好。
表5活化硅酸的剩余碱度
项目1#2#3#4#5#
第1d 剩余碱度/
(mg ・ L"1)
1 300
1 131800637368
第3d 剩余碱度/
( m/・ L 51 )1 285
1 198875
650
400第5d 剩余碱度/
( m/・ L 51 )
1 295
1 235925
675388
第8d 剩余碱度/ (mg ・ L"1)—1 275956656—第11d 剩余碱度/ ( m/・ L 51 )
—
1 293
956
662
—
4
在活化硅酸配制的过程中发现，硅酸钠溶液的
15!1供水技术2021年2月
配制浓度越低，硅的缩聚反应速度越慢，制取活化硅酸溶液的凝冻时间将会延长。延硅酸的保间有水产，由不进行再稳
，故只能采用稀释法。
凝，综合评价出3#硅溶液的助凝效果较好，故取出25mL3#活化硅酸溶液进行稀释，进行对比。结果，硅溶液稀释1倍，间可延长5d，稀释液的：时间几乎不会影响助凝效果，在凝仍具有增大、密凝
体的作用'
5
①作为水产的盐类也可以
作，替制取硅酸，解决置困难，以及在操作、在诸多安全，稀释后的硅期长达15d以，制和比较安全、方便，并在净水生产处理。
②硅溶液配制浓度、量是功的关键因素，在硅酸溶液配制浓度0.7%（SOO计），投量（以AOO3计）与SOO质量比为0.11: 1-0.12:1时，控制剩余碱度在600-900mg/L，助凝、效果o
③制备的活化硅酸在水处理中作为凝投，投凝PAC，再投0.5 mg/L（SO）2计）活化硅酸，可加速絮体形成，促进絮，在5min内使絮凝体尺寸到3~4mm。
果在前投加，可防止杂质穿透，起到
的作用。
参考文献：
[1-BAYLIS J R.Nature and Cfects of filter backwashing [J-.Journal of the American Water Works Association，
1959,51#126-137.
[2]STUMM W，MORGAN J J.Aquatic chemist^:chemical
equilibria and rates in natural waters[M-.New York:
W i ley--ntersciencc，1996.
[3]上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册第3
册城镇给水（第二版）[M]•北京：中国建筑工业出
版社，2004.
作者简介：代如亭（1983-），
女，安徽宿州人，本
科，工程师，主要研
究方向为水厂净水工
艺、技术改造。
E-mad：jackhan@foxmail
收稿日期：2021—01—04
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