絮凝沉淀法预处理生产回用水*

王传胜 张 敏 章 杰

(江苏脒诺甫纳米材料有限公司 江苏 宜兴 214221)

前言

随着我国经济的快速发展，国家对环保问题的重视程度越来越高。如何对生产过程中的回用水进行预处理，既可以对物料回收，同时又能做到充分利用水资源，实现绿色环保，成为必要解决的问题。

絮凝剂是一种环境友好型水处理剂，絮凝沉淀法是当前国内外普遍使用的一种简单经济的水处理方法。聚合氯化铝(PAC)是一种水溶性无机高分子聚合物，分子式为[Al2(OH)nCl6-n]m，其中m代表聚合程度，n表示中性程度。PAC具有较强的架桥吸咐性能，在水解过程中，伴随发生凝聚，吸附和沉淀等物理化学过程。聚丙烯酰胺(PAM)是一种水溶性有机高分子聚合物，分子结构式为：

—[CH2-CH]—

|

C=O

|

NH2

PAM的分子能与分散于溶液中的悬浮粒子架桥产生吸附，有着极强的絮凝作用。目前在合成的有机高分子絮凝剂中，PAM的应用最多。无机絮凝剂聚合氯化铝由于具有廉价、高效、适用范围广等特性，成为水处理中大量使用的絮凝剂。相比无机絮凝剂，有机高分子絮凝剂一般都含有丰富的羟基、羧基、氨基等亲水基团，具有良好的吸附架桥能力，将两者复合使用，就能起到协同处理作用，克服单一絮凝剂的不足，获得较佳的处理效果。

本研究主要比较了PAC和PAM的添加量以及搅拌时间、搅拌速度对硅酸锆生产中产生的回用水悬浮液絮凝效果的影响。

1 实验部分

1.1 实验所用试剂

本实验使用的化学试剂如表1所示。

表1 实验所用试剂

1.2 实验过程

PAC溶液的配制：将固体粉状聚合氯化铝配制成质量浓度为0.1 g/ml的溶液；

PAM溶液的配备：将固体粉状聚丙烯酰胺配制成质量浓度为1 g/L的溶液；

在烧杯中准确量取200 mL的回用水，然后将适量的PAC溶液滴加入回用水中，置于磁力搅拌器中，控制转速为60 r/min，搅拌时间为2 min，观察搅拌速度与搅拌时间对絮凝效果的影响，静置观察矾花絮体絮凝沉淀效果。复合絮凝实验时，先加入PAC溶液，控制转速为60 r/min，搅拌时间为2 min，再加入PAM溶液，控制转速为60 r/min，搅拌时间为1 min，观察搅拌速度与搅拌时间对絮凝效果的影响，静置观察矾花絮体絮凝沉淀效果。

2 结果与讨论

2.1 pH值对絮凝效果的影响

研究资料表明，当pH值较低时，Al3+在水溶液中主要以水合离子形式存在，吸附作用较弱；随着pH值升高，水合离子发生水解，生成羟基络合离子，而羟基络合物又可通过羟基桥联生成多核羟基络合物，吸附能力增强。当溶液碱性较强时，羟基络合物和多核羟基络合物不断发生水解，最终生成不溶于水的氢氧化物沉淀，吸附能力大大降低。一般调节需处理水液pH约为8，絮凝效果较好。对回用水进行检测，pH值为6.5～7，接近8，且考虑到调节pH值带来的二次污染，故对待处理回用水不做pH值调节。

2.2 絮凝剂PAC添加量对絮凝效果的影响

表2 絮凝剂PAC添加量对絮凝效果的影响

根据吸附电中和作用机理，絮凝剂水解生成的离子化合态吸附胶体颗粒并中和电负性，使胶粒脱稳，生成较大的絮体而沉降下来。PAC添加量较少时，PAC与回用水中的胶体电荷未完全反应，矾花颗粒较细，密度较小，难以聚集形成较大颗粒物，絮凝效果较差。随着添加量的增加，PAC水解产生的铝离子(Al3+)打破了胶体电荷的平衡状态，加速矾花变大变重，絮凝效果较好，当PAC添加量超过0.6 ml时，絮凝剂浓度过高时，大量水解产生的羟基络合物使胶粒表面带上相反的电荷，胶粒间斥力增加，过多的絮凝剂中断了颗粒物之间的结合，重新变成另一种稳定体系，絮凝效果反而变差(如图1所示)。

图1 絮凝剂PAC添加量对絮凝效果的影响

2.3 絮凝剂PAM添加量对复合絮凝效果的影响

表3 絮凝剂PAM添加量对复合絮凝效果的影响

絮凝剂PAM的加入对于PAC絮凝产生的颗粒物快速聚集下沉有促进作用。PAM是一种线状有机高分子聚合物，分子量较大，PAM通过架桥吸附、电中和作用使悬浮物失去稳定而聚集，加速矾花沉降速率，沉淀时间得到减少，处理周期明显缩短。但是若絮凝剂添加过量，颗粒表面被高分子聚合物完全覆盖，已无吸附空位，桥连作用就无法实现，颗粒因位阻效应较大而分散，絮体粒径反而减小，难以有效沉降，从而导致絮凝效果下降(如图2所示)。

图2 絮凝剂PAM添加量对复合絮凝效果的影响

2.4 搅拌时间与搅拌强度对絮凝效果的影响

搅拌时间对于絮凝反应的充分程度具有直接的影响：搅拌时间如果过短，絮凝剂和颗粒未能充分接触吸附，不利于捕集颗粒，而且絮凝剂浓度分布不均匀，不利于发挥絮凝剂的作用，絮凝反应不充分，絮凝体间的碰撞几率小，因而产生的矾花细小且松散；反之，搅拌时间过长，则可能会破坏已形成的絮体结构，将本应沉降的固体颗粒击碎成不能沉降的小颗粒，同样降低絮凝效果。

3 结论

利用聚合氯化铝(PAC)及聚丙烯酰胺(PAM)对硅酸锆生产过程中产生的回用水进行絮凝沉淀处理，使用PAC、PAM复合絮凝剂絮凝沉淀处理，可以减少絮凝剂的投加量，适当配比的复合絮凝剂在回用水中更易形成絮体，处理周期与单一絮凝剂相比明显缩短，从而提高絮凝效率。在pH值约为7.0条件下，PAC用量为0.2 g/L，PAM用量为3 mg/L，絮凝搅拌速度为60 r/min，絮凝搅拌时间为3 min，可得到较好的絮凝效果。