絮凝沉淀法預處理生產回用水*

王傳勝 張 敏 章 杰

(江蘇脒諾甫納米材料有限公司 江蘇 宜興 214221)

前言

隨著我國經濟的快速發展，國家對環保問題的重視程度越來越高。如何對生產過程中的回用水進行預處理，既可以對物料回收，同時又能做到充分利用水資源，實現綠色環保，成為必要解決的問題。

絮凝劑是一種環境友好型水處理劑，絮凝沉淀法是當前國內外普遍使用的一種簡單經濟的水處理方法。聚合氯化鋁(PAC)是一種水溶性無機高分子聚合物，分子式為[Al2(OH)nCl6-n]m，其中m代表聚合程度，n表示中性程度。PAC具有較強的架橋吸咐性能，在水解過程中，伴隨發生凝聚，吸附和沉淀等物理化學過程。聚丙烯酰胺(PAM)是一種水溶性有機高分子聚合物，分子結構式為：

—[CH2-CH]—

|

C=O

|

NH2

PAM的分子能與分散于溶液中的懸浮粒子架橋產生吸附，有著極強的絮凝作用。目前在合成的有機高分子絮凝劑中，PAM的應用最多。無機絮凝劑聚合氯化鋁由于具有廉價、高效、適用范圍廣等特性，成為水處理中大量使用的絮凝劑。相比無機絮凝劑，有機高分子絮凝劑一般都含有豐富的羥基、羧基、氨基等親水基團，具有良好的吸附架橋能力，將兩者復合使用，就能起到協同處理作用，克服單一絮凝劑的不足，獲得較佳的處理效果。

本研究主要比較了PAC和PAM的添加量以及攪拌時間、攪拌速度對硅酸鋯生產中產生的回用水懸浮液絮凝效果的影響。

1 實驗部分

1.1 實驗所用試劑

本實驗使用的化學試劑如表1所示。

表1 實驗所用試劑

1.2 實驗過程

PAC溶液的配制：將固體粉狀聚合氯化鋁配制成質量濃度為0.1 g/ml的溶液；

PAM溶液的配備：將固體粉狀聚丙烯酰胺配制成質量濃度為1 g/L的溶液；

在燒杯中準確量取200 mL的回用水，然后將適量的PAC溶液滴加入回用水中，置于磁力攪拌器中，控制轉速為60 r/min，攪拌時間為2 min，觀察攪拌速度與攪拌時間對絮凝效果的影響，靜置觀察礬花絮體絮凝沉淀效果。復合絮凝實驗時，先加入PAC溶液，控制轉速為60 r/min，攪拌時間為2 min，再加入PAM溶液，控制轉速為60 r/min，攪拌時間為1 min，觀察攪拌速度與攪拌時間對絮凝效果的影響，靜置觀察礬花絮體絮凝沉淀效果。

2 結果與討論

2.1 pH值對絮凝效果的影響

研究資料表明，當pH值較低時，Al3+在水溶液中主要以水合離子形式存在，吸附作用較弱；隨著pH值升高，水合離子發生水解，生成羥基絡合離子，而羥基絡合物又可通過羥基橋聯生成多核羥基絡合物，吸附能力增強。當溶液堿性較強時，羥基絡合物和多核羥基絡合物不斷發生水解，最終生成不溶于水的氫氧化物沉淀，吸附能力大大降低。一般調節需處理水液pH約為8，絮凝效果較好。對回用水進行檢測，pH值為6.5～7，接近8，且考慮到調節pH值帶來的二次污染，故對待處理回用水不做pH值調節。

2.2 絮凝劑PAC添加量對絮凝效果的影響

表2 絮凝劑PAC添加量對絮凝效果的影響

根據吸附電中和作用機理，絮凝劑水解生成的離子化合態吸附膠體顆粒并中和電負性，使膠粒脫穩，生成較大的絮體而沉降下來。PAC添加量較少時，PAC與回用水中的膠體電荷未完全反應，礬花顆粒較細，密度較小，難以聚集形成較大顆粒物，絮凝效果較差。隨著添加量的增加，PAC水解產生的鋁離子(Al3+)打破了膠體電荷的平衡狀態，加速礬花變大變重，絮凝效果較好，當PAC添加量超過0.6 ml時，絮凝劑濃度過高時，大量水解產生的羥基絡合物使膠粒表面帶上相反的電荷，膠粒間斥力增加，過多的絮凝劑中斷了顆粒物之間的結合，重新變成另一種穩定體系，絮凝效果反而變差(如圖1所示)。

圖1 絮凝劑PAC添加量對絮凝效果的影響

2.3 絮凝劑PAM添加量對復合絮凝效果的影響

表3 絮凝劑PAM添加量對復合絮凝效果的影響

絮凝劑PAM的加入對于PAC絮凝產生的顆粒物快速聚集下沉有促進作用。PAM是一種線狀有機高分子聚合物，分子量較大，PAM通過架橋吸附、電中和作用使懸浮物失去穩定而聚集，加速礬花沉降速率，沉淀時間得到減少，處理周期明顯縮短。但是若絮凝劑添加過量，顆粒表面被高分子聚合物完全覆蓋，已無吸附空位，橋連作用就無法實現，顆粒因位阻效應較大而分散，絮體粒徑反而減小，難以有效沉降，從而導致絮凝效果下降(如圖2所示)。

圖2 絮凝劑PAM添加量對復合絮凝效果的影響

2.4 攪拌時間與攪拌強度對絮凝效果的影響

攪拌時間對于絮凝反應的充分程度具有直接的影響：攪拌時間如果過短，絮凝劑和顆粒未能充分接觸吸附，不利于捕集顆粒，而且絮凝劑濃度分布不均勻，不利于發揮絮凝劑的作用，絮凝反應不充分，絮凝體間的碰撞幾率小，因而產生的礬花細小且松散；反之，攪拌時間過長，則可能會破壞已形成的絮體結構，將本應沉降的固體顆粒擊碎成不能沉降的小顆粒，同樣降低絮凝效果。

3 結論

利用聚合氯化鋁(PAC)及聚丙烯酰胺(PAM)對硅酸鋯生產過程中產生的回用水進行絮凝沉淀處理，使用PAC、PAM復合絮凝劑絮凝沉淀處理，可以減少絮凝劑的投加量，適當配比的復合絮凝劑在回用水中更易形成絮體，處理周期與單一絮凝劑相比明顯縮短，從而提高絮凝效率。在pH值約為7.0條件下，PAC用量為0.2 g/L，PAM用量為3 mg/L，絮凝攪拌速度為60 r/min，絮凝攪拌時間為3 min，可得到較好的絮凝效果。