杜崇赫 杨启乐 全美璇
吉林建筑大学材料科学与工程学院 吉林长春 130118
摘要：本文以不同温度煅烧的油页岩灰为原料制备了聚合氯化铝絮凝剂（PAC）溶液。以此PAC无机絮凝剂和海藻酸钠有机絮凝剂复合处理甲基橙模拟废液，并且深入探讨了絮凝剂投入量、絮凝时间、海藻酸钠加入量等因素对絮凝效果的影响，寻找最佳工艺条件。
关键词：絮凝剂；聚合氯化铝；甲基橙模拟废液
无论是在居民用水的给水处理，还是污废水处理中，絮凝沉降往往是一种前置关键环节，各种处理工艺流程中都不可缺少[1]。聚合氯化铝作为全新的无机高分子絮凝剂具有成本低，适应性强，最佳投药范围宽，形成的絮体大、脱水性能良好等优点[2]。但其化学稳定性差，而且它有一定的腐蚀性，如因操作不当而导致意外溅到皮肤或者衣物上要立即用大量的清水冲洗干净[3]。
有机高分子絮凝剂具有吸附架桥能力强，产品稳定性好的优点；但是，通常合成工艺复杂，价格偏高，而且一部分难生物降解，有些还具有一定毒副作用[4]。鉴于两类絮凝剂各自的不足，以及两者在性能和成本上的互补性，对无机-有机复合絮凝剂的研究逐渐成为热点[5]。
本文以廉价的油页岩灰作为原料，采用碱法制备聚氯化铝（PAC）溶液。利用此PAC絮凝剂对甲基橙模拟废水进行沉降处理，并以海藻酸钠天然有机絮凝剂为补充，通过实验分析得到最佳工艺条件，以更好地满足污水处理领域的需求。
1.实验部分
1.1实验过程
称取15g煅烧的油页岩灰放入三口烧瓶中，按n（NaOH）：n（SiO2）=5的比例加入4mol/L的NaOH溶液，90℃搅拌反应6h后趁热过滤，将所得滤饼用12wt%的盐酸溶液处理（按n（HCl）：n（Al2O3）=10比例），90℃反应4h后抽滤；再将所得到的滤液加热到50℃恒温水浴搅拌，缓慢加入铝屑，直至溶液不再剧烈反应，然后分多次加入碳酸钙剧烈搅拌聚合，加入0.1mol/L的NaOH调节PH至4-5过滤，静置熟化24h，得到黄褐色滤液即为聚合氯化铝PAC絮凝剂溶液。
1.2实验测试
量取50ml 300mg/L 的甲基橙模拟废液于3个烧杯中，加入4ml PAC絮凝剂，同时分别加入1.0g，2.0g，3.0g 10wt%的海藻酸钠溶液，25℃搅拌5min，静置1h后取液面下2?3cm处的水样采用722E型可见分光光度计在最大吸收波长处测定其吸光度，根据公式（1）计算脱色率：
脱色率% =（A前-A后/A前）*100% （1）
A前指絮凝剂处理前，废液的吸光度；A后指絮凝剂处理后，废液的吸光度。
2. 结果分析
2.1 煅烧温度对絮凝效果的影响
油页岩灰的化学活性低，晶体结构牢固，煅烧可以破坏其晶体结构，使氧化铝处于无定形游离状态，从而形成较多的碱式氯化铝，再与水聚合成无机高分子化合物 PAC。
由图1可知，相同的投加量和相同的絮凝时间，750℃煅烧制备的PAC样品絮凝效果优于500℃和650℃煅烧获得的两种絮凝剂。750℃煅烧获得的PAC中，-OH含量多，因此处理的废水脱色率相对较高。
2.2 PAC投加量对絮凝效果的影响
设定煅烧温度为750℃，絮凝时间60min，PAC投入量分别为3ml、4ml、5ml、6ml，研究投入量对絮凝性能的影响。由图2可见，随PAC絮凝剂投入量的增加，甲基橙废水脱色率呈先增加后降低的趋势，PAC投加量为4ml时，絮凝效果最佳，脱色率达到76.6%。分析认为，PAC絮凝剂表面存在很多的Al3+和羟基-OH，
甲基橙分子的某些基团与Al3+进行配位，剩余的配位空间与PAC水解过程中产生的-OH之间产生架桥作用，从而产生絮体而被去除；另外，由于PAC絮凝剂具有较大的比表面积，通过表面吸附使甲基橙与水分离。当絮凝剂投加量超过4ml时，Cl-也增加，反而会抑制絮凝效果。
2.3 絮凝时间对絮凝效果的影响
实验设定煅烧温度为750℃，PAC投入量为4ml，研究絮凝时间对絮凝效果的影响。如图3可见，随着絮凝剂处理时间的延长，脱色率逐渐提高，超过60min以后，脱色率有所降低，最佳絮凝时间是60min。分析认为，PAC絮凝剂对甲基橙废液的絮凝作用是络离子交联、吸附、架桥等多因素共同作用的结果。
2.4 海藻酸钠用量对絮凝效果的影响
实验设定煅烧温度为750℃，PAC投入量为4ml，絮凝时间为60min，研究海藻酸钠用量对絮凝效果的影响。
由图4可知，随海藻酸钠溶液用量增加，甲基橙废液的脱色率呈现先上升后逐渐下降的趋势；海藻酸钠溶液用量为2.0g时，脱色率达到最大值80.6%。可见，PAC与海藻酸钠复合絮凝剂的絮凝效果好于单一PAC。
3 结论
油页岩灰为原料制备的聚合氯化铝絮凝剂溶液具有良好的处理甲基橙废液的能力，PAC与海藻酸钠复合絮凝剂的絮凝效果好于单一PAC。当煅烧温度为750℃，PAC投入量为4ml，絮凝时间为60min，海藻酸钠溶液用量为2.0g时，絮凝剂的絮凝效果最佳。
参考文献：
[1] 戴江洪，曾青云. 粉煤灰絮凝剂的制备及其在废水处理中的应用[J]. 湿法冶金，2006，25（1）：120-123.
[2]李凡修，陈武. 聚合氯化铝制备技术的研究现状和进展[J]. 工业水处理，2003，23（32）：68-69.
[3]胡俊虎，刘喜元，李晓宏等. 复合型絮凝剂聚合氯化铝铁（PACF）的合成及其应用[J]. 环境化学，2007，26（16）：35-38.
[4]胡勇有，李泗清，郭艳平等. 壳聚糖接枝三元共聚阳离子絮凝剂对高岭土悬浊液的絮凝特性[J]. 环境科学，2008，29（4）：954-959.
[5]蒋绍阶，冯欣蕊，李晓恩，向平. PAC-PDMDAAC有机-无机杂化絮凝剂的合成与表征[J]. 高分子材料科学与工程，2014，30（3）：1-4.
基金项目：吉林建筑大学大学生创业训练项目（2018S1070）
通讯联系人：杜崇赫，从事无机非金属材料研究
论文作者: 杜崇赫,杨启乐,全美璇
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第1期
论文发表时间:2019/3/26
标签：絮凝论文; 絮凝剂论文; 海藻论文; 溶液论文; 甲基论文; 废液论文; 效果论文; 《建筑模拟》2019年第1期论文;