1、聚合氯化鋁絮凝劑的性能研究關(guān)于絮凝劑的定義目前有兩種解釋：其一，是根據(jù)膠體粒子聚集過(guò)程的不同階段，即膠粒表面改性（靜電中和）及膠粒的粘連，將主要是膠粒表面改性或由于壓縮雙電層而產(chǎn)生脫穩(wěn)作用的藥品稱為凝聚劑；而將主要使脫穩(wěn)后的膠粒通過(guò)粒間搭橋和卷掃作用粘結(jié)在一起的稱為絮凝劑。其二，把凝聚劑和絮凝劑兩者當(dāng)作同義語(yǔ)，不加區(qū)分互相通用。本文基本上采用后一種涵義1。 實(shí)驗(yàn)部分1.1  儀器與試劑儀器：MY3000-6A-2混凝試驗(yàn)攪拌儀     潛江市梅宇儀器有限公司722-s可見(jiàn)光柵分光光度計(jì)     

2、    上海精密科學(xué)儀器有限公司pHS-3C精密pH計(jì)               上海雷磁儀器廠調(diào)節(jié)式萬(wàn)用電爐                  通州市化學(xué)儀器有限公司BS 210 S分析天平500mL全玻璃回流裝置。試劑：98%的濃硫酸，硫酸銀，硫酸鋁，硅

3、藻土,蒸餾水,重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液(CK2Cr2O7=0.25mol/L)試亞鐵靈指示液,硫酸亞鐵胺標(biāo)準(zhǔn)液C(NH4)2Fe(SO4)20.1mol:藥品：固體聚合氯化鋁，固體聚合氯化鐵，固體聚合硫酸鐵鋁，固體聚合氯化鋁鐵，均由××市××××有限公司提供。本文研究的固體聚合氯化鋁絮凝劑，為淡黃色固體，其氧化鋁（Al2O3）的含量27.0%，鹽基度在45.0%85.0%之間，水不溶物的含量3.0%，1%水溶液的pH值在3.55.0之間。以上所用藥品均為分析純級(jí)別。印染廢水水樣由××市××印染廠提供。1.

4、2  分析內(nèi)容與方法1.2.1 分析內(nèi)容1.2.1.1 研究聚合氯化鋁對(duì)印染廢水的絮凝效果，找出最佳加入量與最佳pH值，并討論它們對(duì)聚合氯化鋁絮凝效果的影響。1.2.1.2 探討攪拌強(qiáng)度、攪拌時(shí)間、沉降時(shí)間對(duì)聚合氯化鋁絮凝效果的影響。1.2.1.3 比較聚合氯化鋁和硫酸鋁對(duì)印染廢水的絮凝效果。1.2.1.4 比較聚合氯化鋁對(duì)不同廢水的絮凝效果。1.2.1.5 比較聚合氯化鋁、聚合氯化鐵、聚合硫酸鐵鋁、聚合氯化鋁鐵對(duì)印染廢水的絮凝效果。1.2.1.6 通過(guò)試驗(yàn)，列表作圖對(duì)比結(jié)果，得出論文結(jié)論。1.2.2 分析方法表1 分析方法項(xiàng)目CODCrpH濁度測(cè)定方法重鉻酸鉀法玻璃電極法分光光度法

5、濁度吸光度線性回歸標(biāo)準(zhǔn)曲線：濁度 = 吸光度*384.3941-13.0627，r= 0.99301.3 印染廢水水質(zhì)分析顏色：藍(lán)紫色；pH：7.86；CODCr：415.7mg/L；濁度：436.2 NTU 2 結(jié)果與討論2.1  PAC加入量對(duì)CODCr、濁度去除率的影響分別量取六份200mL水樣于干凈的燒杯中，各加入0.025、0.05、0.075、0.1、0.125、0.15g PAC絮凝劑，先以150r/min的攪拌強(qiáng)度作用1min,然后以50r/min的攪拌強(qiáng)度作用10min,在沉降20min的條件下，取上層清液，考察PAC加入量對(duì)CODCr、濁度去除率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如

6、表2、圖2、圖3所示。表3 PAC加入量對(duì)CODCr、濁度去除率的影響PAC加入量（mg/L）處理后水質(zhì)CODCr去除率(%)濁度去除率(%)CODCr (mg/L)濁度125242.9320.741.5626.48250188.8211.754.59  51.46  375148.1111.1  64.37  74.53500126.5  79.7  69.58    81.73625137.7  98.566.87   77.41   750172.0

7、  142.6  58.62  67.32通過(guò)以上圖表可知，PAC絮凝劑的加入量對(duì)該水樣的pH影響不大，其加入量應(yīng)在400600mg/L之間。此時(shí)，PAC絮凝劑對(duì)CODCr、濁度都有很好的處理效果。若加入量較少，則不能很好地使膠體脫穩(wěn)，不足以將膠粒架橋聯(lián)接起來(lái)，導(dǎo)致形成的絮體不夠多、大，不能起到很好的吸附卷掃作用，絮凝效果不夠理想。若偏多，則會(huì)使膠粒的吸附面均被無(wú)機(jī)PAC高分子覆蓋，兩膠粒接近時(shí)，就受到高分子之間的相互排斥而不能聚集，產(chǎn)生“膠體保護(hù)”作用，使絮凝效果下降，甚至重新穩(wěn)定，即“再穩(wěn)”8。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)，PAC對(duì)印染廢水的脫色效果也很明顯。原水樣

8、的顏色為藍(lán)紫色，加入PAC后，顏色明顯變淺，至最佳絮凝效果時(shí)，基本上呈透明色。而由以上曲線可以看出，峰值出現(xiàn)在PAC加入量為500mg/L時(shí)。此時(shí)，效果最佳，CODCr去除率達(dá)69.58%，濁度去除率達(dá)81.73%。故確定PAC的最佳加入量為500mg/L。 2.2 pH值對(duì)CODCr、濁度去除率的影響分別量取六份200mL水樣于干凈的燒杯中，將各水樣的pH值分別調(diào)節(jié)至5、6、7、8、9、10，然后各加入0.1g PAC絮凝劑，先以150r/min的攪拌強(qiáng)度作用1min,然后以50r/min的攪拌強(qiáng)度作用10min,在沉降20min的條件下，取上層清液，考察在最佳用量的情況下，不同pH值對(duì)CO

9、DCr、濁度去除率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3、圖4、圖5所示。表3  pH值對(duì)CODCr、濁度去除率的影響一般來(lái)講，在絮凝反應(yīng)中，pH值的影響是非常大的，它對(duì)膠體表面電荷的Zeta()電位，混凝劑的性質(zhì)和作用等都有很大的影響。不同的混凝劑都有其最佳的混凝區(qū)域。pH值調(diào)整的恰當(dāng)，就可以節(jié)約大量的藥劑，降低成本，并且能夠使絮凝作用發(fā)揮得完全，絮凝效果好；反之，pH值選擇不恰當(dāng)，輕者影響混凝效果，重者不能形成絮凝沉淀，甚至使已形成的絮凝體重新變成膠體溶液9。而由資料得知3，PAC的水解聚合形態(tài)強(qiáng)烈地依附于水體的pH值。在低pH值時(shí)，PAC的水解形態(tài)為單體形式，在中性范圍內(nèi)為多核水解產(chǎn)物Al7(

10、OH)174+、Al6(OH)153+,高pH值時(shí)為Al(OH)3、Al(OH)4-。通過(guò)以上圖表可知，在中性與弱堿條件下，PAC絮凝劑對(duì)CODCr、濁度的處理效果受影響的程度不大，仍有著較高的去除率。而且，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，pH值對(duì)PAC的脫色效果影響也不大。其中，CODCr去除率達(dá)到72.63%，濁度去除率達(dá)到87.14%。確定PAC的最佳絮凝pH為8。3.3 攪拌強(qiáng)度、攪拌時(shí)間對(duì)CODCr、濁度去除率的影響分別量取四份200mL水樣于干凈燒杯中，調(diào)節(jié)溶液PH值到8，再加入0.1g PAC絮凝劑。分別以50r/min、100r/min、150r/min、200r/min轉(zhuǎn)速攪拌10min，靜置

11、沉降20min,取上層清液，考察攪拌強(qiáng)度對(duì)CODCr、濁度去除率的影響。結(jié)果如表4所示。表4  攪拌強(qiáng)度對(duì)CODCr、濁度去除率的影響攪拌強(qiáng)度(r/min)處理后水質(zhì)COD去除率(%)濁度去除率(%)CODCr (mg/L)      濁  度50135.388.667.4579.69100121.163.870.8585.37150  113.856.172.6387.14200  152.6108.563.2875.13通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知，對(duì)于該水樣，攪拌強(qiáng)度對(duì)PAC的絮凝效果一定的影響，但不是很大。當(dāng)攪拌

12、強(qiáng)度較小時(shí)，CODCr的去除率僅比最優(yōu)絮凝條件下低5%，濁度去除率低8%左右；當(dāng)攪拌強(qiáng)度較大時(shí)，CODCr、濁度去除率最差，分別只為63.28%、75.13%。由此，我們可以看出，當(dāng)攪拌強(qiáng)度過(guò)小時(shí)，不利于絮凝劑與顆粒物的充分接觸；當(dāng)攪拌強(qiáng)度過(guò)大時(shí)，則容易將大顆粒的固體攪碎變成小顆粒，將能夠沉淀的顆粒攪碎變成不能沉淀的顆粒，同樣降低了絮凝效果。接著，我們討論攪拌時(shí)間對(duì)CODCr、濁度去除率的影響。取三份水樣，調(diào)節(jié)溶液pH值到8，再加入0.1g/200mL PAC絮凝劑，以150r/min分別攪拌2min、10min、20min,靜置沉降20min,取上層清液，考察攪拌時(shí)間對(duì)CODCr、濁度去除率

13、的影響。結(jié)果如表5所示。表5  攪拌時(shí)間對(duì)CODCr、濁度去除率的影響攪拌時(shí)間(min)處理后水質(zhì)COD去除率(%)濁度去除率(%)CODCr (mg/L)      濁  度2155.6112.562.5874.2110113.856.172.6387.1420133.883.367.8180.91由表5可以看出，攪拌時(shí)間對(duì)PAC的絮凝效果也有影響。攪拌2min時(shí)，絮凝劑與水樣中顆粒物作用不夠充分，不利于捕集膠體顆粒，而且絮凝劑的濃度分布也不均勻，更不利于發(fā)揮絮凝劑的作用10。此時(shí)，CODCr、濁度去除率比最佳絮凝條件下低

14、10%、13%之多。攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，又容易將已經(jīng)形成的絮狀物攪碎，使其懸浮于水中，導(dǎo)致絮凝效果下降，此時(shí)CODCr、濁度去除率僅達(dá)67.81%、80.91%。本文確定最佳攪拌強(qiáng)度為150r/min，最佳攪拌時(shí)間為10min。3.4 沉降時(shí)間對(duì)CODCr、濁度去除率的影響分別量取三份200mL水樣于干凈燒杯中，調(diào)節(jié)溶液pH值到8，再加入0.1g PAC絮凝劑，以150r/min的攪拌速度作用10min。第一個(gè)燒杯靜置10min后,取上層清液，測(cè)CODCr、濁度等指標(biāo)；第二個(gè)靜置20min后，測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)；第三個(gè)靜置30min后，測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)。以此考察沉降時(shí)間對(duì)CODCr、濁度去除率的影響。結(jié)果如表6所

15、示。表6 沉降時(shí)間對(duì)CODCr、濁度去除率的影響沉降時(shí)間(min)處理后水質(zhì)COD去除率(%)濁度去除率(%)CODCr (mg/L)      濁  度10123.366.670.3584.7320113.856.172.6387.1430115.157.572.3086.81由表可知，在最佳PAC加入量、pH值、攪拌強(qiáng)度、攪拌時(shí)間的情況下，隨著沉降時(shí)間的增加，CODCr、濁度去除率都有所提高，幅度約為2%3%。但10 min后即趨于平穩(wěn)，CODCr、濁度去除率幾乎達(dá)到恒定。可知，沉降時(shí)間對(duì)PAC絮凝效果的影響不大。確定最佳沉降時(shí)間

16、為20min。3.5 PAC、AS絮凝效果的對(duì)比實(shí)驗(yàn)硫酸鋁（AS）又稱明礬，是給水處理中較為常用的一種絮凝劑。無(wú)水硫酸鋁為無(wú)色結(jié)晶，易溶于水。含水硫酸鋁可帶有6、10、16、18、27個(gè)結(jié)晶分子，常溫下十八水合物較為穩(wěn)定，為無(wú)色粉狀或粉末晶體。本實(shí)驗(yàn)采用白色粒狀A(yù)l2(SO4)318H2O結(jié)晶體3。3.5.1 AS最佳絮凝條件的確定及其與PAC絮凝效果的對(duì)比按照PAC實(shí)驗(yàn)的步驟，進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)。我們得出AS的最佳加入量為1500 mg/L,最佳絮凝pH值為8。在此最佳絮凝效果的情況下，AS對(duì)印染廢水的處理效果達(dá)到：CODCr去除率達(dá)68.74%，濁度去除率達(dá)81.32%。與PAC絮凝效果進(jìn)行對(duì)

17、比，得表7。表7  PAC、AS最佳絮凝條件及絮凝效果的對(duì)比絮凝劑加入量 (mg./L)處理后水質(zhì)COD去除率(%)濁度去除率(%)CODCr (mg/L)      濁  度PAC500113.856.172.6387.14AS1500129.981.568.7481.32通過(guò)對(duì)比，我們可以看出，當(dāng)AS的加入量為PAC加入量的三倍左右時(shí)，才可能達(dá)到與PAC相當(dāng)?shù)男跄Ч碈ODCr去除率達(dá)70%，濁度去除率達(dá)80%以上。而且,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,我們發(fā)現(xiàn)它們所形成的絮體也有所不同：加入PAC后,形成絮體的速度快,絮體大而嚴(yán)實(shí)；

18、加入AS后，形成絮體的速度慢，絮體不大，而且較為蓬松，過(guò)量投加后易使膠體產(chǎn)生再穩(wěn)定現(xiàn)象，絮凝效果明顯下降。3.5.2 相同試驗(yàn)條件下PAC、AS絮凝效果的對(duì)比分別取兩份200mL水樣于干凈的燒杯中，各加入0.1g PAC、AS絮凝劑，以150r/min的攪拌速度作用10min,靜置沉降20min，取上層清液，測(cè)定CODCr、濁度，計(jì)算去除率。結(jié)果如表8所示。表8 同等條件下PAC、AS絮凝效果的對(duì)比絮凝劑處理后水質(zhì)COD去除率(%)濁度去除率(%)CODCr (mg/L)      濁  度PAC113.856.172.6387.14

19、AS206.4148.750.3465.91通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，我們可以看出，當(dāng)加入量相同且為PAC最佳加入量時(shí)，AS難以達(dá)到與PAC相同的絮凝效果，對(duì)CODCr的去除率只有PAC的70%左右，濁度去除率也不高。根據(jù)Amirtharajah的理論，硫酸鋁對(duì)水中膠體顆粒物的絮凝過(guò)程分為吸附脫穩(wěn)、沉淀型絮凝、吸附沉淀混合區(qū)和再穩(wěn)定區(qū)等四個(gè)區(qū)域。當(dāng)投加量較少時(shí)，鋁鹽的帶正電的水解產(chǎn)物吸附在帶負(fù)電的膠體表面，部分或全部中和膠體顆粒表面電荷，使膠體脫穩(wěn)并相互碰撞粘結(jié)生長(zhǎng)為大顆粒的絮凝過(guò)程。當(dāng)投加量較多時(shí)，鋁鹽的各種水解產(chǎn)物包裹在水中膠體顆粒物表面，并通過(guò)這些水解物種連接膠體顆粒物形成較大的絮體，在絮體的沉降過(guò)

20、程中卷掃水中其他膠體顆粒物后共同沉淀，即沉淀型絮凝3。本文認(rèn)為，當(dāng)AS加入量為500mg/L時(shí)，AS的絮凝作用主要以吸附脫穩(wěn)為主，使大部分膠體得到脫穩(wěn)。脫穩(wěn)后的膠體由于相互碰撞而得到聚合、絮凝。這也是AS加入量只有PAC加入量的三分之一，而能達(dá)到一定絮凝效果的原因。 3.6  PAC對(duì)不同廢水絮凝效果的對(duì)比參照同組成員的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)比PAC對(duì)不同廢水的絮凝效果，得表9。表9 PAC對(duì)生活污水、造紙廢水、印染廢水絮凝效果的對(duì)比水    樣處理前水質(zhì)處理后水質(zhì)CODCr 去 除 率     （%）濁  度去除

21、率（%）pHCODCr(mg/L)濁  度CODCr(mg/L)濁 度生活廢水8.73198.5262.520.516.489.6793.74造紙廢水7.581083.3312.2235.5130.878.2658.11印染廢水7.86415.7436.2113.856.172.6387.14通過(guò)對(duì)比，我們可以看出，PAC對(duì)原水的處理效果較好。其中，CODCr去除率較高，都達(dá)到了70%以上；對(duì)于濁度的處理也有一定的效果，對(duì)生活污水、印染廢水的去除率均達(dá)到85%以上。這可以從水樣的性質(zhì)中得到解釋。生活污水、印染廢水的CODCr、濁度主要來(lái)自于水體中有色懸浮物的貢獻(xiàn)。當(dāng)加入PAC后，對(duì)廢

22、水中的懸浮物起到了很好的絮凝、沉降、去除作用，從而使得廢水的CODCr、濁度得到大幅度的降低，也就反映出較好的絮凝效果、較高的去除率。由于造紙廢水的處理難度較大，而且含有大量的化學(xué)藥品及其它雜質(zhì)，如堿法制漿產(chǎn)生的廢水pH值很高，形成的CODCr主要附和的堿木素量大，懸浮物的含量高，可生化性差，導(dǎo)致PAC對(duì)造紙廢水的絮凝效果不夠理想，CODCr去除率為78.26%，濁度去除率只達(dá)到60%左右，需進(jìn)一步處理。3.7 PAC、PFC、PAFS、PAFC絮凝效果的對(duì)比分別量取三份200mL印染水樣于干凈燒杯中，調(diào)節(jié)溶液pH值到8，分別加入0.1g PAC、PFS、PAFS絮凝劑，以 150r/min轉(zhuǎn)

23、速攪拌10min，靜置沉降20min,取上層清液，測(cè)定CODCr、濁度。所得結(jié)果如表10所示。表10  PAC、PFC、PAFS、PAFC對(duì)印染廢水絮凝效果的對(duì)比絮凝劑處理后水質(zhì)COD去除率(%)濁度去除率(%)CODCr (mg/L)      濁  度PAC113.856.172.6387.14PFC122.568.670.5284.27PAFS52.329.887.4393.16PAFC70.440.783.0690.68通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，我們可以看出，單一型鋁、鐵高分子絮凝劑在對(duì)印染廢水的處理效果相當(dāng)，具體表現(xiàn)在對(duì)CODCr、濁度的去除率相差無(wú)幾。而復(fù)合型絮凝劑則表