聚合氯化铝絮凝剂的性能研究

摘要：印染废水具有水量大、有机污染物浓度高、色度深、碱性大、水质变化大、成分复杂等特点，属较难处理的工业废水之一。本文以××市××印染厂废水为实验对象，采用无机高分子絮凝剂聚合氯化铝（PAC）对其进行混凝实验，优化了PAC的絮凝条件。结果表明，当PAC的加入量为500mg/L、溶液pH值为8、搅拌强度为150r/min、搅拌时间为10min、沉降时间为20min时，对印染废水的絮凝效果达到CODCr去除率为72.63%、浊度去除率为87.14%，达到国家二级排放标准。对比同等条件下，单分子铝絮凝剂（AS）对该水样CODCr去除率为50.34%、浊度去除率为65.91%的絮凝效果，PAC的絮凝性能明显优于单分子铝。通过PAC处理不同废水、不同絮凝剂处理印染废水的横、纵向比较，本文进一步探讨了PAC的絮凝性能。

关键词：聚合氯化铝 絮凝剂 印染废水 水处理

关于絮凝剂的定义目前有两种解释：其一，是根据胶体粒子聚集过程的不同阶段，即胶粒表面改性（静电中和）及胶粒的粘连，将主要是胶粒表面改性或由于压缩双电层而产生脱稳作用的药品称为凝聚剂；而将主要使脱稳后的胶粒通过粒间搭桥和卷扫作用粘结在一起的称为絮凝剂。其二，把凝聚剂和絮凝剂两者当作同义语，不加区分互相通用。本文基本上采用后一种涵义^[1]。

实验部分

1.1  仪器与试剂

仪器：MY3000-6A-2混凝试验搅拌仪     潜江市梅宇仪器有限公司

722-s可见光栅分光光度计         上海精密科学仪器有限公司

pHS-3C精密pH计               上海雷磁仪器厂

调节式万用电炉                  通州市化学仪器有限公司

BS 210 S分析天平

500mL全玻璃回流装置。

试剂：98%的浓硫酸，硫酸银，硫酸铝，硅藻土,蒸馏水,重铬酸钾标准液(C_K2Cr2O7=0.25mol/L)试亚铁灵指示液,硫酸亚铁胺标准液[C_{(NH4)2Fe(SO4)2}≈0.1mol]:

药品：固体聚合氯化铝，固体聚合氯化铁，固体聚合硫酸铁铝，固体聚合氯化铝铁，均由××市××××有限公司提供。

本文研究的固体聚合氯化铝絮凝剂，为淡黄色固体，其氧化铝（Al₂O₃）的含量≥27.0%，盐基度在45.0%～85.0%之间，水不溶物的含量≤3.0%，1%水溶液的pH值在3.5～5.0之间。

以上所用药品均为分析纯级别。

印染废水水样由××市××印染厂提供。

1.2  分析内容与方法

1.2.1 分析内容

1.2.1.1 研究聚合氯化铝对印染废水的絮凝效果，找出最佳加入量与最佳pH值，并讨论它们对聚合氯化铝絮凝效果的影响。

1.2.1.2 探讨搅拌强度、搅拌时间、沉降时间对聚合氯化铝絮凝效果的影响。

1.2.1.3 比较聚合氯化铝和硫酸铝对印染废水的絮凝效果。

1.2.1.4 比较聚合氯化铝对不同废水的絮凝效果。

1.2.1.5 比较聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁铝、聚合氯化铝铁对印染废水的絮凝效果。

1.2.1.6 通过试验，列表作图对比结果，得出论文结论。

1.2.2 分析方法

表1 分析方法

浊度—吸光度线性回归标准曲线：

浊度 = 吸光度*384.3941-13.0627，r= 0.9930

1.3 印染废水水质分析

颜色：蓝紫色；pH：7.86；COD_Cr：415.7mg/L；浊度：436.2 NTU

2 结果与讨论

2.1  PAC加入量对COD_Cr、浊度去除率的影响

分别量取六份200mL水样于干净的烧杯中，各加入0.025、0.05、0.075、0.1、0.125、0.15g PAC絮凝剂，先以150r/min的搅拌强度作用1min,然后以50r/min的搅拌强度作用10min,在沉降20min的条件下，取上层清液，考察PAC加入量对COD_Cr、浊度去除率的影响，实验结果如表2、图2、图3所示。

表3 PAC加入量对COD_Cr、浊度去除率的影响

图2 PAC加入量对COD_Cr去除率的影响       图3 PAC加入量对浊度去除率的影响

通过以上图表可知，PAC絮凝剂的加入量对该水样的pH影响不大，其加入量应在400～600mg/L之间。此时，PAC絮凝剂对COD_Cr、浊度都有很好的处理效果。若加入量较少，则不能很好地使胶体脱稳，不足以将胶粒架桥联接起来，导致形成的絮体不够多、大，不能起到很好的吸附卷扫作用，絮凝效果不够理想。若偏多，则会使胶粒的吸附面均被无机PAC高分子覆盖，两胶粒接近时，就受到高分子之间的相互排斥而不能聚集，产生“胶体保护”作用，使絮凝效果下降，甚至重新稳定，即“再稳”^[8]。在实验过程中，我们发现，PAC对印染废水的脱色效果也很明显。原水样的颜色为蓝紫色，加入PAC后，颜色明显变浅，至最佳絮凝效果时，基本上呈透明色。而由以上曲线可以看出，峰值出现在PAC加入量为500mg/L时。此时，效果最佳，COD_Cr去除率达69.58%，浊度去除率达81.73%。

故确定PAC的最佳加入量为500mg/L。

2.2 pH值对COD_Cr、浊度去除率的影响

分别量取六份200mL水样于干净的烧杯中，将各水样的pH值分别调节至5、6、7、8、9、10，然后各加入0.1g PAC絮凝剂，先以150r/min的搅拌强度作用1min,然后以50r/min的搅拌强度作用10min,在沉降20min的条件下，取上层清液，考察在最佳用量的情况下，不同pH值对COD_Cr、浊度去除率的影响，实验结果如表3、图4、图5所示。

表3  pH值对COD_Cr、浊度去除率的影响

一般来讲，在絮凝反应中，pH值的影响是非常大的，它对胶体表面电荷的Zeta(ζ)电位，混凝剂的性质和作用等都有很大的影响。不同的混凝剂都有其最佳的混凝区域。pH值调整的恰当，就可以节约大量的药剂，降低成本，并且能够使絮凝作用发挥得完全，絮凝效果好；反之，pH值选择不恰当，轻者影响混凝效果，重者不能形成絮凝沉淀，甚至使已形成的絮凝体重新变成胶体溶液^[9]。

而由资料得知^[3]，PAC的水解聚合形态强烈地依附于水体的pH值。在低pH值时，PAC的水解形态为单体形式，在中性范围内为多核水解产物Al₇(OH)₁₇⁴⁺、Al₆(OH)₁₅³⁺,高pH值时为Al(OH)₃、Al(OH)₄^-。

通过以上图表可知，在中性与弱碱条件下，PAC絮凝剂对COD_Cr、浊度的处理效果受影响的程度不大，仍有着较高的去除率。而且，在实验过程中，pH值对PAC的脱色效果影响也不大。其中，COD_Cr去除率达到72.63%，浊度去除率达到87.14%。

确定PAC的最佳絮凝pH为8。