本發明屬于水體污染處理技術領域，具體地，涉及一種粉末活性炭與聚二甲基二烯丙基氯化銨聯合混凝的水處理方法。
背景技術：
一般水處理過程為：混凝、沉淀、過濾和消毒。混凝沉淀法是常用的前處理方法。在水處理中，用于混凝的藥劑種類很多，按化合物的組成可將其分為無機混凝劑和有機絮凝劑。各種無機鋁鹽、鐵鹽混凝劑是目前國內外供水企業或者污水處理單元主要使用的混凝劑。但隨著現代工業的快速發展和生活水平的提高，導致排水與天然水體中的有機質含量大大提高，單獨使用無機混凝劑已不能滿足污水排水或給水出水水質需求。
與此同時，給水處理中，由于水體中存在各種有機物，特別是受污染水體，混凝后續的氯化消毒過程會產生大量消毒副產物，隨著水體污染日益嚴重，消毒副產物的濃度水平有超標的風險，對人們健康造成威脅。因此，加強水體前處理過程作用（混凝），對于水處理與水安全有重要作用。
聚二甲基二烯丙基氯化銨（polyDADMAC）作為陽離子混凝劑，同時還可以作為水處理中的促凝劑，在污水處理方面具有很廣泛的應用，但是目前polyDADMAC產品質量參次不齊，部分存在單體數目可達10~20%。當混凝過程中，多余的聚二甲基二烯丙基氯化銨會在后續出水中有聚二甲基二烯丙基氯化銨殘留或者聚二甲基二烯丙基氯化銨的單體。研究表明polyDADMAC是一種消毒副產物亞硝基二甲胺的前體物，其與消毒氧化劑氯胺或氯作用（特別是原水中氨氮含量較高）時，有增加消毒副產物含量的風險。因此，優化polyDADMAC使用工藝，對減少出水中殘余polyDADMAC含量及相應帶來的消毒副產物量，提高供水安全性有著積極的意義。
綜上所述，有必要研發一種有效、經濟、可行的強化混凝技術，這種技術不僅可適用于飲用水處理，還可以應用于需要混凝處理的工序，如工業廢水或污水排放處理等。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是克服現有水體前處理過程（混凝）中的缺陷和不足，提供一種粉末活性炭與聚二甲基二烯丙基氯化銨聯合混凝的水處理方法。該方法可以快速、經濟地凈化水體，去除水體中有機質，可以有效去除水體消毒副產物的前體物，從而降低后續消毒工藝中消毒副產物的生成水平。
本發明的目的是提供一種粉末活性炭與聚二甲基二烯丙基氯化銨聯用的水處理混凝沉淀法。
本發明的另一目的是提供一種粉末活性炭與聚二甲基二烯丙基氯化銨聯合混凝的水處理方法。
本發明的上述目的是通過以下技術方案予以實現的。
一種粉末活性炭與聚二甲基二烯丙基氯化銨聯用的水處理混凝沉淀法，是利用粉末活性炭和聚二甲基二烯丙基氯化銨聯合使用對待處理水體進行混凝處理。
具體地，所述方法是向待處理水體中投加聚二甲基二烯丙基氯化銨，快速攪拌，再投加粉末活性炭，再快速攪拌混合，隨后慢速攪拌讓絮體凝聚，靜置沉淀。
更進一步優選地，所述粉末活性炭與聚二甲基二烯丙基氯化銨聯用的水處理混凝沉淀法，包括如下步驟：
S1.快速攪拌階段：向待處理水體中投加聚二甲基二烯丙基氯化銨，120～180 rpm攪拌3～5min，隨后再投加加粉末活性炭，120～180 rpm攪拌1～2min；
S2.慢速攪拌階段：將S1的混合體系30～50 rpm攪拌15～25 min，讓絮體凝聚；
S3.沉淀階段：將S2所得的混合體系靜置10～20 min。
其中，優選地，所述聚二甲基二烯丙基氯化銨和粉末活性炭的質量比為：1～5：10。
更優選地，所述聚二甲基二烯丙基氯化銨的投量為2～10 mg/L。
更優選地，所述粉末活性炭的投量為10～20mg/L。
另外，優選地，所述粉末活性炭為椰殼活性炭、果殼活性炭、煤炭活性炭或木質活性炭中的任意一種。
更優選地，所述粉末活性炭的目數為120～400目。
更優選地，所述粉末活性炭的目數為200～300目。
另外，上述待處理水體可以是飲用水或需要混凝處理排放的工業廢水或污水。
優選地，所述待處理水體的pH為4～10。
優選地，步驟S1所述投加聚二甲基二烯丙基氯化銨后，150 rpm攪拌3～5min，隨后再投加加粉末活性炭，150 rpm攪拌1 min。
優選地，步驟S2所述攪拌是40 rpm攪拌20 min。
優選地，步驟S3所述靜置時間為15 min。
另外，基于上述粉末活性炭與聚二甲基二烯丙基氯化銨聯用的水處理混凝沉淀法，本發明還提供一種粉末活性炭與聚二甲基二烯丙基氯化銨聯合混凝的水處理方法，是先利用上述方法對待處理水體進行混凝處理，然后進行后續處理。
所述后續處理可以是常規水處理后續操作，如包括過濾、消毒，從而凈化水體。
本發明的原理是，由于通常有機質微粒表面帶負電荷，從而使陽離子高分子混凝劑越來越引起關注。聚二甲基二烯丙基氯化銨（PolyDADMAC）作為一種具有特殊功能的水溶性陽離子型高分子聚合物，和其他線性高分子相比，具有大分子鏈上所帶正電荷密度高、水溶性好、高效低毒等優點。PolyDADMAC通過電性中和和吸附架橋兩種作用，可以更好地去除帶負電荷的有機質微粒與部分無機物，從而起到凈化水體與去除消毒副產物前體物的作用。
同時，聚二甲基二烯丙基氯化銨（polyDADMAC）是一種水處理藥劑，常作為水處理中的絮凝劑。研究表明，polyDADMAC是一種消毒副產物亞硝基二甲胺的前體物，其與氯胺作用時可生成大量的亞硝基二甲胺等含氮消毒副產物。混凝過程中，若聚二甲基二烯丙基氯化銨投量過高，會在后續出水中有聚二甲基二烯丙基氯化銨殘留或者聚二甲基二烯丙基氯化銨的單體，從而增加后續消毒過程中消毒副產物的產生。而polyDADMAC混凝時添加粉末活性炭可以吸附去除混凝過程中多余的PolyDADMAC，減低殘余聚合物含量，從而減少消毒副產物的前體物；另一方面粉末活性炭還可以利用其發達的孔隙表面積進一步對有機質吸附，且強化混凝效果見效快，投資少，不需增添水處理構筑物，對于季節性或應急性水質變化應對較為有效。因此，粉末活性炭在polyDADMAC混凝過程中較為理想的助凝劑。
所以，采用粉末活性炭與聚二甲基二烯丙基氯化銨聯合混凝的技術可實現快速去除水體消毒副產物前體物與凈化水體的作用，聚二甲基二烯丙基氯化銨與粉末活性炭聯用是更為有效的水體前處理方法：混凝劑架橋等作用可以去除大分子有機物，與去除小分子有機物能力特出的粉末活性炭相結合，可以更好地去水體中有機物，從而較好地減少后續消毒產生的消毒副產物；另一方面，與混凝劑結合使用，可以減少絮凝劑出水殘留量與改善粉末活性炭沉淀。
另外，優選地，聚二甲基二烯丙基氯化銨來源可以采用為市售聚二甲基二烯丙基氯化銨。
優選地，聚二甲基二烯丙基氯化銨投量可根據實際水質情況調整，一般為2～10 mg/L可滿足處理需要，4 mg/L為實驗較佳投量。
優選的，所述粉末活性炭為椰殼活性炭為優，考慮成本因素，果殼活性炭、煤炭活性炭或木質活性炭中的任意一種均可。
理論上，粉末活性炭目數越大，顆粒越小，比表面積越大，其吸附效果越好。本發明經過實驗與成本因素考慮，優選地，推薦使用200～300目。
粉末活性炭投加時間點也可根據實際需要與處理效果進行調整。為了避免與混凝可去除的有機物進行競爭吸附，優選地，所述活性炭投加點在混凝反應3～5分鐘后投加。由于粉末活性炭本身并不具有凝聚的性能，其投加會干擾形成的絮體進一步相互凝聚，提高混凝劑投加量可減弱這種干擾。
優選地，所述粉末活性炭投量可根據實際水質情況調整，一般為10~40 mg/L,推薦為20 mg/L，若投量太大，考慮后續采用過濾工序，以避免活性炭粉末對出水影響。
本發明的方法對處理水體pH要求不高，在4～10范圍內水體具有良好處理效果，其中中性范圍效果更佳，為了達到良好處理效果，可以向待處理水體投加酸或堿，調節其pH值，使其范圍為中性。
優選地，本發明的方法能夠控制的消毒副產物主要為三鹵甲烷類、水合氯醛、鹵代乙腈類和鹵代酮。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
首先，本發明采用聚二甲基二烯丙基氯化銨與活性炭粉末聯合混凝用于水體前處理，可以有效去除水體消毒副產物的前體物，從而降低后續消毒工藝中消毒副產物的生成水平。
另外，與一般無機混凝劑，如鋁鹽、鐵鹽相比，本發明有明顯的性價比上的優勢。本發明所需要的聚二甲基二烯丙基氯化銨投量較低即可達到理想效果，由于其較高的正電荷密度，對于污染嚴重的水體處理有明顯優勢。
本發明的方法使用方法調整靈活，可有效應對水質變化。而且，本發明操作簡單，成本低廉，易于推廣應用。
附圖說明
圖1為本發明的方法對水體凈化效果與有機質去除效果圖；圖中，每組的柱狀圖中從左至右四組分別為濁度、DOC、UV254、消毒副產物。
具體實施方式
下面結合說明書附圖和具體實施例對本發明作出進一步地詳細闡述，所述實施例只用于解釋本發明，并非用于限定本發明的范圍。下述實施例中所使用的試驗方法如無特殊說明，均為常規方法；所使用的材料、試劑等，如無特殊說明，為可從商業途徑得到的試劑和材料。
實施例1
1、利用粉末活性炭與聚二甲基二烯丙基氯化銨聯合使用對待處理水體進行混凝處理，步驟如下：
（1）快速攪拌階段：向待處理水體中投加聚二甲基二烯丙基氯化銨（混凝劑），150 rpm攪拌3 min，隨后再投加加粉末活性炭，150 rpm攪拌1 min；
（2）慢速攪拌階段：將步驟（1）所得的混合體系40 rpm攪拌20 min，讓絮體凝聚；
（3）沉淀階段：將步驟（2）所得的混合體系靜置15 min。
其中，所述聚二甲基二烯丙基氯化銨投量為6mg/L；粉末活性炭為椰殼活性炭，目數為200目，劑量20 mg/L。
2、在上述混凝處理后，進一步對水體進行過濾消毒處理，最終處理的水UV去除率為58%，DOC去除率為45%，濁度去除率為90%，后續消毒產生消毒副產物（三鹵甲烷類、水合氯醛、鹵代乙腈類和鹵代酮）平均下降80~90%。
實施例2
1、利用粉末活性炭與聚二甲基二烯丙基氯化銨聯合使用對待處理水體進行混凝處理，步驟如下：
（1）快速攪拌階段：向待處理水體中投加聚二甲基二烯丙基氯化銨，120 rpm攪拌5min，隨后再投加加粉末活性炭，120 rpm攪拌2 min；
（2）慢速攪拌階段：將步驟（1）所得的混合體系30rpm攪拌25 min，讓絮體凝聚；
（3）沉淀階段：將步驟（2）所得的混合體系靜置10min。
其中，所述聚二甲基二烯丙基氯化銨投量為4mg/L；粉末活性炭為椰殼活性炭，目數為300目，劑量10 mg/L。
2、在上述混凝處理后，進一步對水體進行過濾消毒處理，最終處理的水UV去除率為57%，DOC去除率為44%，濁度去除率為88%，消毒副產物前體物去除率為90%。
實施例3
1、利用粉末活性炭與聚二甲基二烯丙基氯化銨聯合使用對待處理水體進行混凝處理，步驟如下：
（1）快速攪拌階段：向待處理水體中投加聚二甲基二烯丙基氯化銨，180 rpm攪拌3 min，隨后再投加加粉末活性炭，180rpm攪拌1min；
（2）慢速攪拌階段：將步驟（1）所得的混合體系50rpm攪拌15min，讓絮體凝聚；
（3）沉淀階段：將步驟（2）所得的混合體系靜置20min。
其中，所述聚二甲基二烯丙基氯化銨投量為10mg/L；粉末活性炭為椰殼活性炭，目數為400目，劑量20 mg/L。
2、在上述混凝處理后，進一步對水體進行過濾消毒處理，最終處理的水UV去除率為59%，DOC去除率為43%，濁度去除率為89%，消毒副產物前體物去除率為89%。
實施例4
1、利用粉末活性炭與聚二甲基二烯丙基氯化銨聯合使用對待處理水體進行混凝處理，步驟如下：
（1）快速攪拌階段：向待處理水體中投加聚二甲基二烯丙基氯化銨，150 rpm攪拌3 min，隨后再投加加粉末活性炭，150rpm攪拌2min；
（2）慢速攪拌階段：將步驟（1）所得的混合體系30rpm攪拌20min，讓絮體凝聚；
（3）沉淀階段：將步驟（2）所得的混合體系靜置20min。
其中，所述聚二甲基二烯丙基氯化銨投量為8mg/L；粉末活性炭為椰殼活性炭，目數為200目，劑量20 mg/L。
2、在上述混凝處理后，進一步對水體進行過濾消毒處理，最終處理的水UV去除率為59%，DOC去除率為45%，濁度去除率為89%，消毒副產物前體物去除率為90%。
實施例5
1、利用實施例1的方式，對天然地表水水樣進行處理，同時設置4組對照組，具體各組分別為：
（1）活性炭作為對照組：單獨使用粉末活性炭（PAC）進行處理；
（2）鐵鹽混凝劑對照組：單獨使用氯化鐵進行處理；
（3）鋁鹽混凝劑對照組：單獨使用硫酸鋁進行處理；
（4）季銨鹽混凝劑對照組：單獨使用聚二甲基二烯丙基氯化銨（PolyDADMAC）進行處理。
2、測定水體的濁度、DOC、UV254和后續氯化消毒的消毒副產物（三鹵甲烷類、水合氯醛、鹵代乙腈類和鹵代酮）。
3、結果如附圖1所示。
對比實驗結果發現，單獨活性炭作用能夠比較好去除UV254，因為粉末活性炭的孔隙較多，能夠較好吸附小分子的有機物；但是單獨投加活性炭進行吸附處理，由于顆粒較小，沉淀會出現不完全現象，出水濁度會較高。
而粉末活性炭與聚二甲基二烯丙基氯化銨搭配使用，不僅可以對有機物特別是消毒副產物前體物的去除效果明顯，使用粉末活性炭前后12種典型DBPs同比下降50%左右，最高可下降90%。而且，水處理效果比聚二甲基二烯丙基氯化銨單獨使用或無機混凝劑效果更好，UV去除率最高同比提高75%，DOC去除率最高同比提高25%，濁度去除率最高同比提高15%。
因此，混凝劑聚二甲基二烯丙基氯化銨與粉末活性炭聯用是更為有效的水體前處理方法。在聯合使用進行混凝的過程中，混凝劑架橋等作用可以去除大分子有機物，與去除小分子有機物能力突出的粉末活性炭相結合，可以更好地去水體中有機物，從而較好地減少后續消毒產生的消毒副產物；另一方面，與混凝劑結合使用，可以減少絮凝劑出水殘留量與改善粉末活性炭沉淀。