低溫低濁水處理一直是水處理領(lǐng)域內(nèi)備受關(guān)注的問題。由于低溫低濁水具有溫度低、濁度低、耗氧量低、水的粘度大等特點，在冬季給一些自來水廠造成了很大的困難，出現(xiàn)了混凝劑投藥量低不起作用，投藥量多處理效果不明顯而且處理成本增加的現(xiàn)象。因此，高效的低溫低濁水專用混凝劑的研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1　聚合氯化鋁(鐵)概述
　　目前在國內(nèi)，聚合氯化鋁(polyalum．inum chloride，簡稱PAC)仍是一種應(yīng)用最廣泛的混凝劑。它是一種無機高分子含不同量的羥基多核混凝劑， 其分子式為 【AIm(OH)a(H20)x】‘Ci3m． (n≤3m)，自20世紀60年代問世以來，因其效能在許多方面優(yōu)于AI2(SO4)3，如投加劑量低、對原水水溫及pH的變化適應(yīng)性強等，已廣泛應(yīng)用于水和廢水處理。20世紀6O年代末日本提出了利用工業(yè)氫氧化鋁生產(chǎn)活性氫氧化鋁，再溶于鹽酸的制備工藝，隨后國內(nèi)外研究者又發(fā)明了酸溶一步法、中和法、熱分解法、含鋁礦石酸溶法、鋁酸鈣酸溶法和凝膠法等多種生產(chǎn)工藝，使聚合氯化鋁成為水處理中使用最廣泛的無機混凝劑。多年來，我國開展了多種原料和制備工藝的研究，采用了獨具特色的工藝路線和生產(chǎn)體系，基本滿足了全國用水和廢水處理的發(fā)展需求，同時每年出L]聚合氯化鋁數(shù)萬噸。
1．1聚合氯化鋁(鐵)的生產(chǎn)方法
　　聚合氯化鋁的生產(chǎn)就是控制鋁、OH 、Cr的比例和水解、聚合條件，生產(chǎn)出電荷中和能力、吸附架橋性能符合特定要求的鋁鹽混凝劑。在PAC生產(chǎn)過程中，H2O參與了反應(yīng)，提供了OH-．在穩(wěn)定熟化后，pH值會有微小下降。
　　以粘土礦和鋁土礦為原料制備PAC的生產(chǎn)方法較復(fù)雜，由于這些礦物中的鋁一般不能直接被酸溶出，必須經(jīng)一系列加工處理后才能溶出，按鋁的溶出方式可分為酸法和堿法。酸法適用于粘土礦、煤矸石、高嶺土、一水軟鋁石、三水鋁石等礦物原料，不適合于一水硬鋁土礦。該種生產(chǎn)工藝是：將礦物加工成粒度40,---60目粉末，再經(jīng)600,---800℃焙燒活化后，用鹽酸溶出，溶出液經(jīng)鹽基度調(diào)整，即可得到PAC成品溶液。而一水硬鋁石( Ai203"H2O)或其它含鋁礦物難溶于酸，可采用堿法制備PAC，即用碳酸鈉、石灰制得鋁酸鈉，然后經(jīng)過分解得到凝膠氫氧化鋁，再利用凝膠法制得PAC。研究表明在進行高嶺土焙燒活化之前用鹽酸進行預(yù)處理，在8O℃將粉狀高嶺土原礦以l：1．5(質(zhì)量比)的比例加入濃度l5％的鹽酸，然后將其在750℃左右的溫度下焙燒lh，將焙燒物研磨，得到白色粉狀的高嶺土。用鹽酸進行預(yù)處理，AI203"6H20 的溶出率大大提高。在礦物原料生產(chǎn)的聚合氯化鋁的溶解過程中要注意鹽酸的濃度，一般來說氧化鋁的溶出率隨鹽酸濃度的增加而增加，但是到2O％以上，鹽酸揮發(fā)率大大增加，對操作環(huán)境有影響，但也可以采剛密閉容器反應(yīng)。
　　目前困內(nèi)普遍采用鋁礬土與鋁酸鈣兩步法生產(chǎn)聚氯化鋁。山東、河南、江蘇等地的大型企業(yè)都是采用這種工藝。產(chǎn)品的鹽基度為60％~90％，氧化鋁含量為25％～
31％。兩步酸溶法可以采用常壓溶出法，也可以采用加壓溶出法。前者溶解時間長，溶出率低，但是可以大批量生產(chǎn)，例如一批生產(chǎn)5O噸：后者溶解時間短，溶出率高，
但一般采用5m 的反應(yīng)釜，產(chǎn)量不及前者。
　　聚合氯化鋁鐵的生產(chǎn)也可分為一步酸溶法和兩步酸溶法，與PAC相似，區(qū)別在于原料鋁礬土上。如果鋁礬土中含有鐵元素，那么在生產(chǎn)過程中會有部分鐵溶出并參與聚合，產(chǎn)品中也會含有鐵，這樣得到的產(chǎn)品就為聚合氯化鋁鐵。
1．2聚合氯化鋁(鐵)藥劑性能的改進
　　近年來，針對聚合氯化鋁(鐵)在生產(chǎn)以及性能上存在的一些問題，也不斷出現(xiàn)在常規(guī)聚合氯化鋁(鐵)的基礎(chǔ)上，添加一些助劑，改進藥劑性能和質(zhì)量。
1．2．1不溶物加速沉降荊
　　國家標準中對于不溶物有嚴格的要求，為了降低不溶物的含量，一步法或者兩步法生產(chǎn)聚合氯化鋁后的混合液體一般要放置4～lOd，造成生產(chǎn)周期比較長，或者采用板框壓濾機過濾，但增加了投資成本。最近同濟大學(xué)環(huán)境學(xué)院成功開發(fā)出一種新型聚丙烯酰胺。在111it~聚合氯化鋁(鐵)懸浮液中加I～3公斤改性聚丙烯酰胺水溶液，就可以迅速降低不溶物含量，一般靜置一天后，不溶物含量就可以達到困家標準。每噸液體處理成本一般在2～3元，目前這一技術(shù)已經(jīng)在tI】東淄博、河南鞏義等地得到應(yīng)用，處理效果理想。
1．2．2 添加增強劑
　　添加某些無機鹽(~ICaCI2，MnCI2等)或有機高分予聚合物(聚二烯丙基二甲基氯化銨、陽離子聚丙烯酰胺、低分子量非離子聚丙烯酰胺、二烯丙基二甲基氯化銨和丙烯酰胺共聚物等)可提高絮凝能力。目前困內(nèi)已有不少廠家采Hj這一技術(shù)，并取得了良好的效果，但是對于低溫低濁度原水處理效果并不明顯。同濟大學(xué)日前開發(fā)了一種新型陽離子聚丙烯酰胺，與聚合氯化鋁復(fù)配后對低溫低濁度原水和污水均具有非常好的處理效果，可以降低投藥量20％以上。另外也可以在聚氯化鋁鐵中添加聚胺等，增加處理水體中有機物的去除效率?；炷龑Ρ葘嶒炛兴没炷G820A-C均是復(fù)合一定量的表氯醇聚胺。

2實驗部分
2．1混凝劑的制備
　　本實驗采用一步法的生產(chǎn)T藝制備普通聚合氯化鋁。主要原料包括鋁酸鈣粉和工業(yè)廢鹽酸。
　　制備過程為：將鋁酸鈣粉、工業(yè)廢鹽酸按照一定比例加入到密閉四頸燒瓶中不斷攪拌，并控制反應(yīng)溫度在llO℃左右，反應(yīng)時間為2h，即可得到液體聚合氯化鋁產(chǎn)品，氧化鋁含量一般在lO％左右，鹽基度在75％左右(可控范圍6O％"-90％)。
　　另外，實驗中所用的1．2．2節(jié)中提到的自制增強型混凝劑820A、820B和820C，它們均是復(fù)合表氯醇聚胺而得到的新型多元聚合氯化鋁鐵。其中普通聚合氯化鋁：氧化鋁含量為1 0％：820A：氧化鋁含量為8．7％：820B：氧化鋁含量為9．0％，820C：氧化鋁含量為9．0％。聚胺含量分別為0％、I％、0．8％和I．5％ 。
2．2實驗方法
2．2．I加速沉降實驗
　　將上述制得的部分液體聚合氯化鋁產(chǎn)品靜置在250mL直型量筒中，每隔一定時間從量筒中同一位置取出一定量的上清液，測量其中不溶物含量。
　　另外，按照不同比例將改性聚丙烯酰胺溶液加入到上述剛剛制得的高溫(70～90℃)液體聚合氯化鋁中，繼續(xù)攪拌l～2rain，然后取出靜置在250mL 直型量筒中，靜置24h后測量其中的不溶物含量。
2．2．2低溫低濁水的混凝效果對比實驗
　　利用普通PAC和820A、820B以及820(2進行混凝燒杯實驗，對比它們對低溫低濁水的強化混凝效果?？焖贁嚢杷俣葹?00轉(zhuǎn)／rain，慢速攪拌速度為50~／min。含量明顯偏低，并且呈現(xiàn)半透明狀。因此，從經(jīng)濟角度和沉淀效果來看，投加量為I～3‰ 比較適合。但是需要注意的是PAM投加量不能過大，如果PAM 投加量過大，會增加溶液粘性，反而沉降效果不理想，而且可能比自然沉降的效果要差。
　　通過實驗室實驗和生產(chǎn)實驗表明，使用改性聚丙烯酰胺可以加速液體聚合氯化鋁中不溶物的沉降速度，將沉降時間縮短為Id即可達到要求，產(chǎn)品基本上呈半透明狀，而且用量少，增加成本低(每噸液體處理成本為3"-4元)， 目前，本產(chǎn)品已成功在山東、河南、湖北、浙江等地應(yīng)用。

3結(jié)果與討論
3．1加速沉降實驗
　　圖l為液體PAC自然沉降過程中不溶物含量的變化曲線。從圖中可以看出在前4d不溶物沉降速度比較快，而后明顯緩慢，并且自然沉降10d后不溶物含量仍然很高，在0．5％左右，不能達到優(yōu)等品對不溶物含量的要求。
　　圖2為改性PAM的投加量對不溶物的影響曲線。改性PAM 的投加比例分別為0．5％0、i．0％0 、I．5％0 、3．0％0、4．5％0。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著PAM投加量的增加，不溶物含量可達到一等品和優(yōu)等品的要求，并且與沒有使用PAM 的普通PAC相比，不溶物含量明顯偏低，并且呈現(xiàn)半透明狀。因此，從經(jīng)濟角度和沉淀效果來看，投加量為I～3‰ 比較適合。但是需要注意的是PAM投加量不能過大，如果PAM 投加量過大，會增加溶液粘性，反而沉降效果不理想，而且可能比自然沉降的效果要差。
　　通過實驗室實驗和生產(chǎn)實驗表明，使用改性聚丙烯酰胺可以加速液體聚合氯化鋁中不溶物的沉降速度，將沉降時間縮短為Id即可達到要求，產(chǎn)品基本上呈半透明狀，而且用量少，增加成本低(每噸液體處理成本為3"-4元)， 目前，本產(chǎn)品已成功在山東、河南、湖北、浙江等地應(yīng)用。

3．2混凝對比實驗
　　試驗原水直接利用自來水或采用高嶺土配制。各混凝劑的投加量均為20mg／L?；炷裏瓕嶒灲Y(jié)果如圖3、圖4、圖5所示。

　　 在實驗過程中，我們發(fā)現(xiàn)普通PAC的礬花出現(xiàn)時間比較晚，大約到慢速攪拌第6、7rain才出現(xiàn)，而且相對比較細小。不易聚集增大形成大顆粒。相對而言，820A、
820B和820C的礬花出現(xiàn)時間可以提前2～5rain，到快速攪拌結(jié)束時，即可看到礬花生成，隨著混凝時間的延長，礬花體積也不斷增大，而且顆粒密實，明顯好于普通
PAC。820A、820B和820C的礬花出現(xiàn)時間相近，就礬花增長速度和礬花大小而言，820C最好，其次是820A，然后是820B。在靜止沉淀階段，820A、820B和820C的礬花
沉降速度相對于普通PAC要快，大約沉降2～5min，濁度就可以達到較低值，而它們?nèi)咧校?20C礬花沉降最快，820A次之，然后是820B。
　　由上面兩圖，我們也可以看到，對于不同濁度的低濁水，在藥劑投加量相同的情況下，820C的沉后水余濁最低，其次是820A，它們最低可以達到O．7NTU，小于 INTU，而820B的處理效果稍差于820C和820A，但沉后水余濁最好也可以達到INTU以下，它們?nèi)叱凉嵝Ч黠@好于普通PAC，除濁率相對于普通PAC最大提高近20％，而普通PAC的沉后水余濁均大于INTU，很難達到lNUT以下。同時與普通PAC達到相同的處理效果的情況下，820A、820B和820C相對可以節(jié)省藥劑量近3O％ 。

　　在圖5所述的實驗過程中，820A、820B和820C礬花出現(xiàn)要比普通聚合氯化鋁提前2"-‘3rain。一般在快速攪拌后，加聚胺的樣品礬花已經(jīng)非常明顯，而普通聚合氯化鋁礬花出現(xiàn)速度更慢，尤其是水溫越低，礬花成長的速度差異越大。另外從上述實驗結(jié)果也可以看出，聚胺的比例上升，處理后水的余濁越低。