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)保意識越來越強(qiáng)，而廢水處理問題人們越來越關(guān)注，并成為環(huán)境保護(hù)的一個(gè)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(yù)處理工藝。所以，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，聚氯化鋁(PAC)是一種高效無機(jī)高分子絮凝劑，由于其混凝能力強(qiáng)、用量少、凈水效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，它在水處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)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)。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(yīng)性廣，水解快，吸附能力強(qiáng)，明礬大，沉淀質(zhì)量快，出水濁度低，脫水性能好等諸多特點(diǎn)。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(shí)驗(yàn)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(dòng)COD消解回流儀，IRPrestige-21型紅外光譜儀，E201-CpH計(jì)，ZR4-6型凝固實(shí)驗(yàn)機(jī)，分析儀liquidTOCⅡ，HACH2100Q濁度計(jì)。
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(jì)上自動(dòng)消解加熱反應(yīng)時(shí)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(yīng)溫度和聚合時(shí)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(shí)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(qiáng)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(tuán)和吸附水分子中的-OH基團(tuán)的拉伸振動(dòng)引起的吸收峰，-OH在1600~1700cm-1波數(shù)之間的水分子彎曲振動(dòng)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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的去除率先增加后逐漸減小。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(shí)驗(yàn)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(dāng)劑量為40.0mg/L時(shí)，調(diào)整后的水樣pH值分別為5.0、6.0、7.0、9.0、10.0。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，pH值在6.0~9.0時(shí)，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(shí)，TOC去除率約為30.0%，當(dāng)pH值為8.00時(shí)，TOC去除率為41.2%。其原因是pH值過低時(shí)，水的陽離子越多，混凝劑的中和能力降低，進(jìn)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(luò)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(dá)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(jī)高分子絮凝劑。具有分子結(jié)構(gòu)大、吸附能力強(qiáng)、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(yīng)用。( >
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