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聚合氯化铝在水处理中的机理及应用

发布时间:2019-10-26     浏览次数:

摘要:目前,传统无机凝聚剂正逐渐被无机高分子絮凝剂所取代,聚铝是由一系列的多铝多轻基络合物所组成,它们的结构特征决定了它们的絮凝性能。系统阐述了聚合氯化铝PAC的基本性质、絮凝形态、混凝机理及应用。

污水废水处理工艺中,混凝过程(混合、凝聚、絮凝)是常规给水处理和污水处理的重要环节,它决定着后续流程的运行工况、最终出水质量和处理成本,因而成为环境工程中重要的研究开发领域。聚合氯化铝的固体产品具有吸附活性强、沉淀快、适应pH值范围高、水温适用性好等优势,其净水效果是Al2(SO4)3的4-5倍,是目前国内应用较广的水处理剂之一。

1、聚合氯化铝的基本性质

聚合氯化铝(PAC)是一种具有代表性的无机高分子絮凝剂。它可以通过多种方法进行制备,常用方法为铝酸钙盐酸酸溶一步法和铝矾土与铝酸钙结合酸溶2步法,但这种方法制备成本很低,产品中重金属离子偏高,产品可用于工业废水处理。聚合氯化铝一般表示为[Al2(OH)nCl6-n]m,其中n可取1-5中间的任何整数,m则为<10的整数。根据新国家标准的修订结果和无机盐命名规则,国家标准将PAC命名为聚合氯化铝,并采用通式Aln(OH)mCl3n-m表示,是一类聚氯化铝聚合物的总称。

2、聚合氯化铝的最佳絮凝形态

现广泛采用表征聚合氯化铝中聚合物种类的方法主要有Ferron比色法和AINMR核磁共振法。

Ferron试剂与Al(Ⅲ)中的单体及不同聚合物有不同的反应速率,从而采用Ferron逐时络合分光光度法能把它们分为3类,Ala包括单体及初聚物(Al1-3),Alb包括低聚物(如Al6-8)和中聚物(Al13),Alc包括高聚物(Al>13)和溶胶态。

利用Ferron法测定的Alb或与核磁共振法测定的中聚物(Al13)数量相同。目前对于中聚物(Al13)和高聚物(Al>13)在混凝过程中发挥的作用较有争议。这在聚合氯化铝的宏观性质上反应在盐基度对混凝效果的影响,实际应用中聚合氯化铝中氧化铝和盐基度是同样重要的指标。

3、聚合氯化铝的混凝机理

PAC对水中胶体颗粒或胶体污染物的混凝是Al3+盐水解一聚合产物对其进行电性中和、脱稳和吸附架桥作用生成粗颗粒絮凝体而去除的。为了说明Al3+盐水解一聚合产物的作用条件,一些学者研究并给出了各种混凝区域图,例如表明药剂投加量C和颗粒物表面积浓度的C-S图,C和pH关系的LgC-ph图以及LgC-LgS-pH图等,还利用表面化学和电化学中双电层概念,通过有效扩散层电荷密度、电位和有效碰撞系数的计算得到了絮凝效率n/n0,n0和n分别为混凝前后颗粒物的浓度。

Al3+盐水解一聚合产物是由一些不同聚合度的聚合阳离子所组成。他不仅可处理生活用水,也可处理工业废水和去除一些有害阴、阳离子。它们在水处理技术领域中的作用可概括为:(1)对水中胶体颗粒污染物进行电性中和脱稳的凝聚作用;(2)对已凝聚的次生粗大颗粒进行吸附架桥的絮凝作用;(3)除去水中有害离子的吸附和络合作用。絮凝作用更多地决定于Al3+盐水解一聚合产物中多聚体的表面结构特征。多聚体表面上极性活性部位应该和被凝聚的次生粗大颗粒表面上活性部分进行较强烈的相互作用,即只有二者的表面结构相适应,絮凝过程才能自动向体系能量减小的方向进行。

4、PAC在水处理的应用

4.1造纸废水的处理

采用PAC混凝沉淀处理造纸中段水,随着盐基度的增加,COD和SS的去除率增加。但是盐基度>75%后,去除率转而下降。温度25℃下,投加盐基度为75%的PAC 0.6g·L-1,能使出水达到国家排放标准。原水质

pH=8.0,COD=1.3g/L,SS=0.666g/L,聚合氯化铝盐基度对处理效果的影响如下表所示。

表1聚合氯化铝盐基度对处理效果的影响

盐基度/% 处理后SS/g·L-1 处理后COD/g·L-1 处理现象
45 0.482 1.024 矾花大,沉降快
55 0.397 0.813 矾花大,沉降快
65 0.262 0.625 矾花大,沉降快
75 0.110 0.402 矾花稍小,沉降稍慢
85 0.143 0.587 矾花小,沉降慢

4.2洗涤废水处理中的应用

洗涤废水中含有大量表面活性剂。在洗涤废水中投加PAC,将产生大量带有正电荷的阳离子及羟基桥联形成的多核高电荷配合离子,它们对悬浮胶粒表面的电荷有很强的吸附电中和能力和压缩双电层能力,致使胶体粒子脱稳,最后形成的高聚合氢氧化物把污染物吸附沉淀网捕分离出水体。

4.3机械加工废水处理中的应用

机械加工过程中普遍使用乳化液作为冷却、润滑、清洗和防锈剂来提高产品的质量。采用静态混凝处理乳化废液,投加2g·L-1的PAC,2mL·L-1的PAM(8%),较佳pH值范围6.5-7.5,混凝时间6min,静态分离时间60min,出水清澈透明,油含量小于10mg·L-1,COD约800mg·L-1。若再经煤渣灰吸附处理,出水油含量小于3mg/L,COD<30mgL·L-1

5、小结

(1)PAC对水中胶体颗粒或胶体污染物的混凝是Al3+盐水解一聚合产物对其进行电性中和、脱稳和吸附架桥作用生成粗颗粒絮凝体而去除的。

(2)实践证明在水处理中使用PAC替代传统的铁铝盐混凝剂,可明显提高水处理净化效能,降低处理成本,改善出水水质。

(3)进一步对聚合氯化铝进行改良,开发新型混凝剂,如PAC-高分子复配体、PAC-阳离子配合体等,提高其水处理能力。

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