聚合氯化鋁微污染水處理中的應用

近年來，隨著工業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展，廢水的種類和數(shù)量越來越多，人們的環(huán)保意識越來越強，而廢水處理問題人們越來越關注，并成為環(huán)境保護的一個重要研究課題。在廢水處理過程中，混凝沉淀是一種重要的預處理工藝。所以，開發(fā)和選擇高效絮凝劑是水處理技術的關鍵步驟。在眾多絮凝劑中，聚氯化鋁(PAC)是一種高效無機高分子絮凝劑，由于其混凝能力強、用量少、凈水效率高、適應性強、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，它在水處理領域得到了廣泛的應用。

　　1、聚合氯化鋁概述

　　聚氯化鋁(PAC)不是單一的形式，而是包括單體和聚合物，并按一定比例的多態(tài)物質(zhì)，即Al3+與Al(OH)3之間的一系列亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)?；瘜W式為[Al2(OH)nCl6-nLm]，其中m為聚合度，n為PAC產(chǎn)物的中性度。顏色為黃色或淡黃色、深褐色、深灰色樹脂固體。具有噴霧干燥穩(wěn)定性好，對水適應性廣，水解快，吸附能力強，明礬大，沉淀質(zhì)量快，出水濁度低，脫水性能好等諸多特點。所以，聚合氯化鋁也被稱為高效聚合氯化鋁、高效PAC或高效噴霧干燥聚合氯化鋁。適用于各種渾濁度的原水，具有廣泛的酸堿度范圍。

　　2、實驗部分

　　2.1 主要原料與儀器

　　鋁酸鈣粉，濃鹽酸，精密電子天平AL104，YHCOD-100全自動COD消解回流儀，IRPrestige-21型紅外光譜儀，E201-CpH計，ZR4-6型凝固實驗機，分析儀liquidTOCⅡ，HACH2100Q濁度計。

　　2.2 制備方法及優(yōu)化的制備條件

　　取10.0g鋁酸鈣粉，放入錐形燒瓶中，加入一定量的鹽酸，將錐形燒瓶在100℃下回程計上自動消解加熱反應時間，將產(chǎn)品取出并轉(zhuǎn)移到燒杯中，靜置片刻，然后過濾，上清液為聚氯化鋁產(chǎn)品。

　　考察了鹽酸用量、反應溫度和聚合時間對產(chǎn)物性能的影響，確定了最佳的制備條件是：鋁酸鈣粉10.0g，鹽酸用量為35.0mL，溫度為100℃，聚合時間為2.5h，合成產(chǎn)物氧化鋁含量為10.6%，堿度為92.6%。2.3紅外光譜分析自制的聚氯化鋁置于真空干燥箱內(nèi)，在55℃左右干燥，用kbr壓片法測定了400~4000cm-1范圍內(nèi)的聚氯化鋁的紅外光譜。

　　3、結(jié)果與討論

　　3.1 紅外光譜分析

　　合成產(chǎn)物的紅外光譜在3001~3680cm-1范圍內(nèi)具有很強的寬吸收峰，這是由于樣品中吸附水分子中與鋁離子相連的-OH基團和吸附水分子中的-OH基團的拉伸振動引起的吸收峰，-OH在1600~1700cm-1波數(shù)之間的水分子彎曲振動產(chǎn)生典型的吸收峰，表明合成的產(chǎn)物可能含有結(jié)構(gòu)水和吸附水，并具有羥基結(jié)構(gòu)。此外，在1000~927cm-1處有較弱的吸收峰，而在663~500cm-1處有較強的吸收峰，表明合成產(chǎn)物中存在聚合鋁。

　　3.2 水處理混凝實驗

　　實驗取1.0L水樣，攪拌參數(shù)調(diào)整如下：400r/min為30s，150r/min為3min，60r/min為7min。攪拌后靜置30min，取本品，測定濁度和TOC。本研究使用的絮凝劑優(yōu)化了含鈣聚氯化鋁的制備條件。

　　3.2.1 用量對濁度和TOC去除率的影響

　　不調(diào)整水樣pH值，絮凝劑用量為10.0、20.0、30.0、40.0、50.0、60.0、70.0mg/L。實驗結(jié)果表明，隨著摻量的增加，殘余濁度先快速下降后略有增加，TOC的去除*增加后逐漸減小。其原因是在一定范圍內(nèi)，隨著絮凝劑用量的增加，絮凝劑的電中和能力和吸附能力增加，殘余濁度降低，TOC去除率增加。若絮凝劑用量過大，膠體的電荷發(fā)生反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生膠體間的斥力，使水中的膠體顆粒再次穩(wěn)定，出現(xiàn)反轉(zhuǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象，從而使絮凝效果變差。若添加量為40.0mg/L，培養(yǎng)基的殘留濁度小于1NTU，TOC去除率為42.3%。因此，在實驗條件下，最佳劑量為40.0mL。

　　3.2.2 pH值對濁度和TOC去除率的影響

　　當劑量為40.0mg/L時，調(diào)整后的水樣pH值分別為5.0、6.0、7.0、9.0、10.0。實驗結(jié)果表明，pH值在6.0~9.0時，殘余濁度小于1NTU。水樣pH值對TOC的去除率有很大的影響。pH值為6.0~10.0時，TOC去除率約為30.0%，當pH值為8.00時，TOC去除率為41.2%。其原因是pH值過低時，水的陽離子越多，混凝劑的中和能力降低，進而降低了混凝效果，隨著pH值的增加，絮凝劑水解形成的低荷電正極多核絡合離子或金屬化合物凝析液對不穩(wěn)定顆粒具有鍵橋作用，使膠體顆粒聚集沉淀，從而降低剩余濁度，TOC去除率提高，若pH值過高，絮凝劑易水解，其效果較差。測試水樣pH值為8.0，因此，無需調(diào)整水樣的pH值，可達到去除濁度和TOC的良好效果。

　　4、結(jié)語

　　總之，聚氯化鋁不僅是一種高效的凈水劑，而且是一種高性能的無機高分子絮凝劑。具有分子結(jié)構(gòu)大、吸附能力強、混凝效果好、絮凝沉降速度快、用量少、成本低等諸多優(yōu)勢。所以，聚氯化鋁在水和廢水處理中已得到了廣泛的應用。