活性白土和聚氯化铝制备及其在微污染水处理中的应用*

周小丽，左卫元，陈盛余，段艳，史兵方

活性白土和聚氯化铝制备及其在微污染水处理中的应用*

周小丽，左卫元，陈盛余，段艳，史兵方

（广西高校桂西生态环境分析和污染控制重点实验室，百色学院化学与环境工程学院，广西百色533000）

以膨润土为原料制备活性白土，并利用反应后产生的废液制备聚氯化铝（PAC）。研究了PAC用量、微污染水pH、不同温度制备的活性白土以及活性白土与PAC联用对微污染水处理效果的影响，以确定活性白土与PAC协同作用对微污染水处理的最佳实验条件。实验结果表明，活性白土与PAC联用，且活性白土用量为0.20 g、PAC用量为0.20 mL时可达到最佳的水处理效果，微污染水CODCr去除率高达79.40%、剩余浊度为0.6 NTU。

活性白土；聚氯化铝；微污染水；应用

近年来，随着工业的快速发展以及城市化的快速推进，由其产生的生产和生活废水也急剧增加。根据水源的污染情况可将被污染水源划分为重度、轻度及微污染水源。一般来说，当水中所含污染物种类较多、性质较复杂但浓度又较低微时，通常被称为微污染水源水。微污染水源水主要受到有机物的污染，目前从原水中检出的有机物种类已达2 000种以上，其中属于致癌、致畸、致突变的“三致”物质在100种以上，污染物主要包括石油烃、挥发酚、氨氮、农药、重金属、砷、氰化物、铁、锰等，这些污染物都会对人体健康造成很大危害。随着废水排放标准的逐渐提高，微污染水处理技术成为给水处理领域的一个重要课题。絮凝法［1-2］是一种重要的水处理技术，絮凝剂的种类和性质是决定絮凝处理效果的关键因素。聚氯化铝（PAC）是一种无机高分子絮凝剂，本质上是铝离子水解—聚合—沉淀的反应过程，具有形成絮体快、沉淀性能好等优点，但当待处理水质变化较大时出水混浊，不能满足实际需求。目前制备活性白土的方法大多采用湿法制备工艺［3-4］，生产过程产生大量酸性废水，耗水量大、污染严重。笔者以膨润土为原料制备活性白土，并利用反应后产生的废液制备PAC，将絮凝、沉淀性能均较好的PAC与吸附作用较强的活性白土联用，研究其对微污染水处理效果。

1 实验部分

1.1 原料与仪器

原料：膨润土（广西田东县膨润土）；盐酸（分析纯）；铝酸钙（分析纯）；微污染水（某造纸厂废水排出口段微污染水，浊度为15.6 NTU、pH为8.55、CODCr为63.16 mg/L，CODCr指采用重铬酸钾作为氧化剂测定出的化学耗氧量）。

仪器：PHS-3C精密pH计；WGZ-1浊度仪；WMX-Ⅲ-B型（CODCr、TN、TP）微波消解装置；JJ324BC精密电子天平；ZR4-6型混凝实验搅拌机。

1.2 实验方法

1.2.1 活性白土的制备

致密块状的膨润土经干燥、研磨粉碎过150μm筛。称取20.0 g膨润土5份分别置于200 mL三口圆底烧瓶中，加入60 mL浓度为8 mol/L盐酸，置于恒温水浴锅中在搅拌条件下反应3 h。反应结束后过滤，用蒸馏水反复冲洗，然后放入恒温干燥箱中于100℃干燥12 h得活性白土。

1.2.2 聚氯化铝的制备

移取100 mL制备活性白土的滤液于250 mL三口圆底烧瓶中，加热至85℃，在搅拌条件下缓慢加入15.0 g铝酸钙，继续加热到100℃，搅拌反应2 h，冷却，所得上清液即为聚氯化铝。作为絮凝剂使用时将该产品稀释10倍。

1.2.3 絮凝实验

絮凝实验采用混凝搅拌方式［5］。取一定量微污染水加入烧杯中，加入活性白土或聚氯化铝，混凝后取上清液分析，考察活性白土或聚氯化铝加入量对微污染水CODCr去除率和剩余浊度的影响。在此基础上考察活性白土和聚氯化铝协同作用对微污染水的处理效果。先加入0.20 g活性白土，然后滴加不同量PAC，混凝后取上清液分析，考察不同PAC加入量对微污染水CODCr去除率和剩余浊度的影响。

2 结果与讨论

2.1 PAC用量对CODCr去除率和剩余浊度的影响

取6份250 mL微污染水，加入不同量PAC，考察PAC用量对CODCr去除率和剩余浊度的影响，结果见图1a、b。从图1a看出，随着PAC用量增加微污染水CODCr去除率呈先增加后降低的趋势，当PAC用量为0.10 mL时CODCr去除率最大（49.33%）。从图1b看出，随着PAC用量增加剩余浊度呈现先降低然后平稳再升高的趋势。这是因为，当PAC用量增大时，其电中和能力和吸附作用增强，使剩余浊度降低，CODCr去除率提高；当PAC用量过多时，胶体所带电荷发生逆转，胶体之间产生排斥力，水中的胶粒又重新获得稳定，出现反脱稳现象，絮凝效果变差［5］。当PAC用量为0.08～0.10 mL时剩余浊度小于3 NTU，且PAC用量为0.10 mL时CODCr去除率为49.33%，因此PAC最佳用量为0.10 mL。

图1 PAC用量对CODCr去除率（a）和剩余浊度（b）的影响

2.2 微污染水不同pH下PAC对CODCr去除率和剩余浊度的影响

取6份250 mL微污染水，用0.10 mol/L盐酸或氢氧化钠调节至不同pH，再分别滴加0.10 mL PAC，考察pH对CODCr去除率和剩余浊度的影响，结果见图2a、b。由图2a看出，随着pH增加CODCr去除率先增加后降低，当pH为9.0时CODCr去除率最高（57.62%）。由图2b看出，随着pH增加剩余浊度先降低后增加，当pH为9时剩余浊度最低（2.6 NTU）。这是因为，当pH过低时水中阳离子较多，混凝剂电中和能力减弱，CODCr去除率较低，剩余浊度较大；随着pH增大即当pH为8～9时，滴加的PAC水解生成的低电荷的正电多核络离子或金属化合物凝聚物对脱稳的微粒产生黏结架桥作用使胶粒聚集沉淀，从而使剩余浊度降低、CODCr去除率增大；当pH大于9时PAC容易水解，混凝效果较低［6］。

图2 微污染水不同pH下PAC对CODCr去除率（a）和剩余浊度（b）的影响

2.3不同温度制备的活性白土对CODCr去除率和剩余浊度的影响

取5份250 mL微污染水，分别加入不同温度制备的活性白土，再分别滴加0.10 mL PAC，考察不同温度下制备的活性白土对CODCr去除率和剩余浊度的影响，结果见图3a、b。从图3a看出，随着活性白土制备温度的升高CODCr去除率先略降低后升高再降低，当制备温度为80～90℃时CODCr去除率均较高（在63%左右）。从图3b看出，加入不同温度制备的活性白土剩余浊度均在3.0 NUT以下。随着制备温度的升高剩余浊度先降低后升高，当制备温度为90℃时剩余浊度最低（为1.4 NUT）。活性白土具有吸附脱色的功能，可吸附污水中的颜色、混浊物、重金属离子和怪味等。活性白土在酸化时形成的微孔网格结构可以搭载不同的化学物质，除去不同的污染源。由于活性白土晶胞带有负电荷，因此还具有吸附阳离子的性能。但是活性白土的性能受制备温度的影响，90℃制备的活性白土对微污染水中CODCr去除率达到63.63%，剩余浊度降为1.4 NTU。因此活性白土的最佳制备温度为90℃。

图3 不同温度制备的活性白土对CODCr去除率（a）和剩余浊度（b）的影响

2.4 活性白土联合不同用量PAC对CODCr去除率和剩余浊度的影响

取6份250 mL微污染水，调节pH为9，分别加入0.20 g在90℃制备的活性白土，再分别滴加不同量PAC，测定微污染水CODCr和剩余浊度变化，结果见图4a、b。从图4a看出，当PAC用量为0.20～0.25 mL时CODCr去除率达到79.40%，比单一加入PAC时的处理效果提高30%。从图4b看出，当PAC用量为0.20 mL时微污染水浊度最低为0.6 NTU。这表明活性白土和PAC联合处理微污染水时有协同增效作用，且当活性白土投加量为0.20 g时PAC的最佳用量为0.20 mL。

图4 加入0.20 g活性白土后PAC用量对CODCr去除率和剩余浊度的影响

3 结论

以膨润土为原料，在制备活性白土的同时以其废液制备聚氯化铝。研究了单一的聚氯化铝、活性白土以及两者联合作用对微污染水的处理效果。结果表明，与单一的聚氯化铝或活性白土相比，聚氯化铝和活性白土联用对微污染水的处理效果较好，在聚氯化铝用量为0.20 mL、活性白土用量为0.20 g条件下微污染水的CODCr去除率可达到79.40%，处理后水的CODCr降至4.21 mg/L，剩余浊度为0.6 NTU。

［1］张翔，段建榜，李瑞歌，等.炼钙还原渣和煤矸石制备聚合氯化铝的研究［J］.无机盐工业，2016，47（4）：66-68.

［2］郑怀礼，高亚丽，蔡璐微，等.聚合氯化铝混凝剂研究与发展状况［J］.无机盐工业，2015，47（2）：1-5.

［3］刘晓东，马小隆，吕宪俊.活性白土制备工艺条件优化研究［J］.非金属矿，2004，27（3）：30-32.

［4］吴杰.膨润土制备活性白土及废液后处理研究［D］.长春：吉林大学，2008.

［5］李润生.水处理混凝剂的评价［J］.无机盐工业，2017，49（5）：1-4.

［6］Zularisam A W，Ismail A F，Salim M R，et al.Application of coagulation-ultrafiltration hybrid process for drinking water treatment：Optimization of operating conditions using experimental design［J］. Sep.Purif.Technol.，2009，65（2）：193-210.

Preparation of activated clay and polyaluminum chloride and application in micro-polluted-water treatment

Zhou Xiaoli，Zuo Weiyuan，Chen Shengyu，Duan Yan，Shi Bingfang
（Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory of Regional Ecological Environment Analysis and Pollution Control of West Guangxi，College of Chemistry＆Environment Engineering，Baise University，Baise 533000，China）

Activated clay was prepared by bentonite and polyaluminum chloride was prepared by the waste fluid in the preparation of activated clay.The influences of dosage of PAC，pH of the micro-polluted-water，activated clay prepared at different temperatures，and the application of PAC and activated clay on the micro-polluted-water treatment effect were studied，and the optimal experiment conditions were confirmed.Results showed that the treatment effect for micro-polluted-water was better when the activated clay was used with PAC，especially when dosage of the activated clay was 0.20 g and the amount of PAC was 0.20 mL，CODCrremoval rate of the micro-polluted-water could reach up to 79.40%and the residual turbidity was 0.6 NTU.

activated clay；polyaluminum chloride；micro-polluted-water；application.

X522

A

1006-4990（2017）09-0055-03

2017-03-18

周小丽（1981—），女，硕士，主要从事水污染控制研究。

史兵方，博士，教授。

国家自然科学基金项目（41163007）；广西高校科学技术研究项目（KY2015LX387，2013LX156）；百色学院院级项目（2015KAN02）。

联系方式：shibingfang@126.com