近年來，隨著工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，廢水的種類和數(shù)量越來越多，人們的環(huán)保意識也越來越強(qiáng)。廢水處理越來越受到人們的重視，成為環(huán)境保護(hù)的重要研究課題?；炷恋硎菑U水處理中重要的預(yù)處理工藝。因此，開發(fā)和選擇高效絮凝劑是水處理技術(shù)的關(guān)鍵步驟。在眾多絮凝劑中，聚合氯化鋁(PAC)是一種高效的無機(jī)高分子絮凝劑，因其混凝能力強(qiáng)、用量少、凈水效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好而被廣泛應(yīng)用于水處理領(lǐng)域。

1.聚合氯化鋁概述

聚合氯化鋁(PAC)不是單一形態(tài)，而是介于Al3+和Al(OH)3之間的一系列亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)，包括一定比例的單體和聚合物。化學(xué)式為[Al2(OH)nCl6-nLm]，其中m為聚合度，n為PAC產(chǎn)物的中性。顏色為黃色或淺黃色、深褐色、深灰色樹脂固體。它具有噴霧干燥穩(wěn)定性好、對水適應(yīng)性廣、水解速度快、吸附能力強(qiáng)、礬花大、沉淀質(zhì)量快、出水濁度低、脫水性能好等特點(diǎn)。因此，聚合氯化鋁又稱高效聚合氯化鋁、高效PAC或高效噴霧干燥聚合氯化鋁。適用于各種濁度的原水，pH范圍寬。

2.實(shí)驗(yàn)部分

2.1主要原材料和儀器

鋁酸鈣粉、濃鹽酸、精密電子天平AL104、YHCOD-100自動COD消解回流儀、IRPrestige-21紅外光譜儀、E201-CpH儀、ZR4-6凝固實(shí)驗(yàn)機(jī)、liquid TOCⅱⅱ分析儀、HACH2100Q濁度儀。

2.2制備方法和優(yōu)化的制備條件

將10.0克鋁酸鈣粉末放入錐形瓶中，加入一定量的鹽酸。錐形瓶自動消化，并在100℃的回流表上加熱反應(yīng)時間。取出產(chǎn)品，轉(zhuǎn)移到燒杯中，靜置一段時間后過濾，上清液即為聚合氯化鋁產(chǎn)品。

考察了鹽酸用量、反應(yīng)溫度和聚合時間對產(chǎn)品性能的影響，確定了最佳制備條件:鋁酸鈣粉10.0g，鹽酸用量35.0mL，100℃聚合時間2.5h，氧化鋁含量10.6%，堿度92.6%。2.3紅外光譜分析將自制的聚合氯化鋁放入真空干燥箱中，在55℃左右干燥。用kbr壓片法測定了聚合氯化鋁在400～4000cm-1范圍內(nèi)的紅外光譜。

3.結(jié)果和討論

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)有一個強(qiáng)的寬吸收峰，這是由于樣品中吸附水分子中的-OH基團(tuán)和吸附水分子中的-OH基團(tuán)的伸縮振動引起的吸收峰。帶-OH的水分子在1600~1700cm-1波數(shù)之間的彎曲振動產(chǎn)生一個典型的吸收峰，表明合成產(chǎn)物中可能含有結(jié)構(gòu)水和吸附水，具有羥基結(jié)構(gòu)。此外，在1000～927cm-1處有一個弱吸收峰，在663～500cm-1處有一個強(qiáng)吸收峰，表明合成產(chǎn)物中存在聚合鋁。

3.2水處理的混凝實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)取1.0L水樣，攪拌參數(shù)調(diào)整為:400 r/min 30s，150 r/min 3min，60r/min 7m in。攪拌靜置30分鐘后，取本品，測定濁度和TOC。本研究使用的絮凝劑優(yōu)化了含鈣聚合氯化鋁的制備條件。

3.2.1投藥量對濁度和TOC去除率的影響

在不調(diào)節(jié)水樣pH值的情況下，絮凝劑的投加量為10.0、20.0、30.0、40.0、50.0、60.0和70.0 mg/L，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著含量的增加，殘余濁度先快速下降后略有上升，TOC的去除率先上升后逐漸下降。原因是在一定范圍內(nèi)，隨著絮凝劑投加量的增加，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。如果絮凝劑用量過大，膠體的電荷會發(fā)生反轉(zhuǎn)，導(dǎo)致膠體之間的排斥，使水中的膠體顆粒重新穩(wěn)定，出現(xiàn)反轉(zhuǎn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，使絮凝效果變差。如果投加量為40.0mg/L，介質(zhì)剩余濁度小于1NTU，TOC去除率為42.3%。因此，在本實(shí)驗(yàn)條件下，首選劑量為40.0mL。

3 . 2 . 2 pH值對濁度和TOC去除率的影響

當(dāng)投加量為40.0mg/L時，水樣的調(diào)節(jié)pH值分別為5.0、6.0、7.0、9.0和10.0。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)pH值為6.0～9.0時，殘余濁度小于1NTU。水樣的pH值對TOC的去除率有很大影響。pH值為6.0~10.0時，TOC去除率約為30.0%，pH值為8.00時，TOC去除率為41.2%。原因是pH值過低時，水中陽離子較多，混凝劑的中和能力下降，進(jìn)一步降低了混凝效果。隨著pH值的升高，絮凝劑水解形成的低電荷多核絡(luò)合離子或金屬化合物縮合物對不穩(wěn)定顆粒產(chǎn)生鍵橋作用，使膠體顆粒聚集沉淀，從而降低殘余濁度，提高TOC去除率。pH值過高，絮凝劑容易水解，效果差。測試水樣的pH值為8.0。因此，無需調(diào)節(jié)水樣的pH值，即可達(dá)到良好的除濁和除TOC效果。

4.結(jié)論

總之，聚合氯化鋁不僅是一種高效凈水劑，還是一種高性能的無機(jī)高分子絮凝劑。它具有分子結(jié)構(gòu)大、吸附能力強(qiáng)、混凝效果好、絮凝沉降快、用量少、成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，聚合氯化鋁已廣泛應(yīng)用于水和廢水處理。(來源:寧夏三利得科技有限公司)

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標(biāo)簽:  聚合氯化鋁微污染水處理中的應(yīng)用