摘要：通過電解法制備了一種Alb含量達(dá)67.6%、堿化度達(dá)64.5%的優(yōu)質(zhì)聚合氯化鋁(E—PAC)產(chǎn)品，并將其用于水處理試驗(yàn)。靜態(tài)試驗(yàn)和現(xiàn)場中試的 研究 結(jié)果表明，與普通PAC和幾種傳統(tǒng)混凝劑比較，E—PAC對(duì)水中的濁度和腐殖質(zhì)、污水中的SS和COD及油類污染物等具有優(yōu)異的去除效能，投加10 mg/L E—PAC(以Al2O3計(jì))，可以去除污水中99.1%的SS和57.6%的COD，明顯高于同類產(chǎn)品的水處理效率。

　　關(guān)鍵詞：絮凝劑 電解法 聚合氯化鋁 水處理

　　Experimental Study on Application of PAC Produced Electrochemically in Water and Wastewater Treatment

　　Abstract：A kind of high grade PAC with Alb content of 67.6% and molar ratio of hydroxy to aluminum of 64.5% was produced by electrolysis process and used for treatment of water and wastewater in jar tests and pilot-scale tests. The results show that this kind of PAC is more effective in removal of SS,humics from water and COD and oil from wastewater comparing with other PACs and traditional coagulants.99.1% of SS and 57.6% of COD can be removed from wastewater with the dosage of 10 mg/L PAC (as Al2O3),so it is obviously superior to other coagulants.

　　Keywords:coagulant;electrolysis process;PAC;water treatment

　　在 現(xiàn)代 絮凝劑的研究中，已從形態(tài)學(xué)方面證明聚合氯化鋁(PAC)主要由3種形態(tài)構(gòu)成[1～3]：Ala形態(tài)(主要包括鋁的自由離子、單體、低聚物)、Alb形態(tài)(鋁的聚合物)和Alc(三羥化鋁溶液或凝膠)，并可分別求得各自的含量及比例：AlT=Ala+Alb+Alc(1)一般認(rèn)為Alb部分是最佳的凝聚絮凝形態(tài)，并證明Alb即為Al13的聚合形態(tài)(化學(xué)式為Al13O4(OH)7+24)[4]，它實(shí)際上是一定控制條件下鋁離子的水解—聚合—沉淀過程的動(dòng)力學(xué)中間產(chǎn)物。采用電化學(xué) 方法 制備絮凝劑主要是采用電解法制備堿式氯化鋁和電滲析法制備一般概念上的聚合氯化鋁。在前期的研究中[5～7]，一種以Alb為優(yōu)勢形態(tài)的聚合氯化鋁采用電解法制備成功，它具有高堿化度、高Alb形態(tài)等特點(diǎn)，具備高效凈水最佳絮凝的化學(xué)形態(tài)條件。

　　1　E—PAC的制備

　　連續(xù)進(jìn)料、出料的電解制備反應(yīng)系統(tǒng)見圖1。

　　電解液采用三氯化鋁溶液，陽極為金屬鋁，電流為600 A，電壓為1.4 V，E—PAC為無色透明液體，產(chǎn)量為100 kg/d，W(Al2O3)=10%，W(Alb)=67.6%，W(堿化度)=64.5%。

　　2　試驗(yàn)方法

　　2.1燒杯試驗(yàn)

　　采用燒杯攪拌試驗(yàn)考察E—PAC對(duì)水中的濁度、腐殖質(zhì)、COD、油的去除效果。模擬的渾濁水和含腐殖質(zhì)水分別采用高嶺土和富里酸(山西產(chǎn))加1∶1的自來水和去離子水配制，生活污水和含油廢水均為實(shí)際水樣。燒杯攪拌試驗(yàn)在美國產(chǎn)六聯(lián)攪拌器上進(jìn)行，使用2 L燒杯，內(nèi)充1.5 L水樣，在280 r/min混合攪拌1 min，然后在40 r/min下混合反應(yīng)10 min，靜置沉淀15 min，取上清液測定。

　　2.2　中試

　　E—PAC的中試在高效絮凝集成系統(tǒng)上進(jìn)行，系統(tǒng)構(gòu)成見圖2。

　　該系統(tǒng)采用絮凝—攔截沉淀工藝，建在北京第九給水廠的導(dǎo)示水廠，原水濁度為1.0～87.5 NTU，混凝藥劑為九廠 目前 使用的ZB—PAC(淄博產(chǎn)液體聚合氯化鋁)、DY—PAC(唐山產(chǎn)液體聚合氯化鋁)、AS(硫酸鋁)和E—PAC。系統(tǒng)運(yùn)行的主要參數(shù)，混合：t=60 s，v=3m/s，G=613s-1;反應(yīng)：T=15 min(t1=t2=t3=5 min)，v1=0.5 m/s，v2=0.3m/s，v3=0.1m/s，G=80s-1(G1=125.5s-1、G2=57.5s-1、G3=10.4s-1)，GT=7.2×104;沉淀：t=0.4～2 h。試驗(yàn)用水為北京市第九水廠的原水。

　　3　E—PAC凈水效果

　　3.1靜態(tài)效果

　　將電解法制備的E—PAC與電滲析法制備的聚合氯化鋁(ED—PAC)、市售聚合鋁、三氯化鋁和硫酸鋁進(jìn)行絮凝效果對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如圖1、2所示。

　　結(jié)果表明，藥劑投加量相同時(shí)，幾種絮凝劑對(duì)水中的濁度均有一定的去除效果，硫酸鋁和三氯化鋁的去除效果最差，DY—PAC和ED—PAC明顯優(yōu)于硫酸鋁等，但E—PAC在絮凝過程中對(duì)濁度的去除率均遠(yuǎn)高于其他絮凝劑。對(duì)富里酸的去除率也有類似的結(jié)果，E—PAC對(duì)富里酸的絮凝去除效果最好，DY—PAC和ED—PAC也優(yōu)于硫酸鋁等傳統(tǒng)混凝劑，這種結(jié)果主要是由于其具有較高的Alb含量。

　　摘要：通過電解法制備了一種Alb含量達(dá)67.6%、堿化度達(dá)64.5%的優(yōu)質(zhì)聚合氯化鋁(E—PAC)產(chǎn)品，并將其用于水處理試驗(yàn)。靜態(tài)試驗(yàn)和現(xiàn)場中試的 研究 結(jié)果表明，與普通PAC和幾種傳統(tǒng)混凝劑比較，E—PAC對(duì)水中的濁度和腐殖質(zhì)、污水中的SS和COD及油類污染物等具有優(yōu)異的去除效能，投加10 mg/L E—PAC(以Al2O3計(jì))，可以去除污水中99.1%的SS和57.6%的COD，明顯高于同類產(chǎn)品的水處理效率。

　　關(guān)鍵詞：絮凝劑 電解法 聚合氯化鋁 水處理

　　Experimental Study on Application of PAC Produced Electrochemically in Water and Wastewater Treatment

　　Abstract：A kind of high grade PAC with Alb content of 67.6% and molar ratio of hydroxy to aluminum of 64.5% was produced by electrolysis process and used for treatment of water and wastewater in jar tests and pilot-scale tests. The results show that this kind of PAC is more effective in removal of SS,humics from water and COD and oil from wastewater comparing with other PACs and traditional coagulants.99.1% of SS and 57.6% of COD can be removed from wastewater with the dosage of 10 mg/L PAC (as Al2O3),so it is obviously superior to other coagulants.

　　Keywords:coagulant;electrolysis process;PAC;water treatment

　　在 現(xiàn)代 絮凝劑的研究中，已從形態(tài)學(xué)方面證明聚合氯化鋁(PAC)主要由3種形態(tài)構(gòu)成[1～3]：Ala形態(tài)(主要包括鋁的自由離子、單體、低聚物)、Alb形態(tài)(鋁的聚合物)和Alc(三羥化鋁溶液或凝膠)，并可分別求得各自的含量及比例：AlT=Ala+Alb+Alc(1)一般認(rèn)為Alb部分是最佳的凝聚絮凝形態(tài)，并證明Alb即為Al13的聚合形態(tài)(化學(xué)式為Al13O4(OH)7+24)[4]，它實(shí)際上是一定控制條件下鋁離子的水解—聚合—沉淀過程的動(dòng)力學(xué)中間產(chǎn)物。采用電化學(xué) 方法 制備絮凝劑主要是采用電解法制備堿式氯化鋁和電滲析法制備一般概念上的聚合氯化鋁。在前期的研究中[5～7]，一種以Alb為優(yōu)勢形態(tài)的聚合氯化鋁采用電解法制備成功，它具有高堿化度、高Alb形態(tài)等特點(diǎn)，具備高效凈水最佳絮凝的化學(xué)形態(tài)條件。

　　1　E—PAC的制備

　　連續(xù)進(jìn)料、出料的電解制備反應(yīng)系統(tǒng)見圖1。

　　電解液采用三氯化鋁溶液，陽極為金屬鋁，電流為600 A，電壓為1.4 V，E—PAC為無色透明液體，產(chǎn)量為100 kg/d，W(Al2O3)=10%，W(Alb)=67.6%，W(堿化度)=64.5%。

　　2　試驗(yàn)方法

　　2.1燒杯試驗(yàn)

　　采用燒杯攪拌試驗(yàn)考察E—PAC對(duì)水中的濁度、腐殖質(zhì)、COD、油的去除效果。模擬的渾濁水和含腐殖質(zhì)水分別采用高嶺土和富里酸(山西產(chǎn))加1∶1的自來水和去離子水配制，生活污水和含油廢水均為實(shí)際水樣。燒杯攪拌試驗(yàn)在美國產(chǎn)六聯(lián)攪拌器上進(jìn)行，使用2 L燒杯，內(nèi)充1.5 L水樣，在280 r/min混合攪拌1 min，然后在40 r/min下混合反應(yīng)10 min，靜置沉淀15 min，取上清液測定。

　　2.2　中試

　　E—PAC的中試在高效絮凝集成系統(tǒng)上進(jìn)行，系統(tǒng)構(gòu)成見圖2。

　　該系統(tǒng)采用絮凝—攔截沉淀工藝，建在北京第九給水廠的導(dǎo)示水廠，原水濁度為1.0～87.5 NTU，混凝藥劑為九廠 目前 使用的ZB—PAC(淄博產(chǎn)液體聚合氯化鋁)、DY—PAC(唐山產(chǎn)液體聚合氯化鋁)、AS(硫酸鋁)和E—PAC。系統(tǒng)運(yùn)行的主要參數(shù)，混合：t=60 s，v=3m/s，G=613s-1;反應(yīng)：T=15 min(t1=t2=t3=5 min)，v1=0.5 m/s，v2=0.3m/s，v3=0.1m/s，G=80s-1(G1=125.5s-1、G2=57.5s-1、G3=10.4s-1)，GT=7.2×104;沉淀：t=0.4～2 h。試驗(yàn)用水為北京市第九水廠的原水。

　　3　E—PAC凈水效果

　　3.1靜態(tài)效果

　　將電解法制備的E—PAC與電滲析法制備的聚合氯化鋁(ED—PAC)、市售聚合鋁、三氯化鋁和硫酸鋁進(jìn)行絮凝效果對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如圖1、2所示。

　　結(jié)果表明，藥劑投加量相同時(shí)，幾種絮凝劑對(duì)水中的濁度均有一定的去除效果，硫酸鋁和三氯化鋁的去除效果最差，DY—PAC和ED—PAC明顯優(yōu)于硫酸鋁等，但E—PAC在絮凝過程中對(duì)濁度的去除率均遠(yuǎn)高于其他絮凝劑。對(duì)富里酸的去除率也有類似的結(jié)果，E—PAC對(duì)富里酸的絮凝去除效果最好，DY—PAC和ED—PAC也優(yōu)于硫酸鋁等傳統(tǒng)混凝劑，這種結(jié)果主要是由于其具有較高的Alb含量。

　　3.2中試效果

　?、俚蜐釙r(shí)期經(jīng)幾種絮凝劑處理后的沉淀池出水效果對(duì)比見圖3、4。

　　原水濁度為1.0～4.0 NTU時(shí)，在同樣的鋁投加量下，E—PAC的水處理效果明顯比其他絮凝劑好，不僅表現(xiàn)在對(duì)濁度的去除效率高，而且投加藥量所允許的范圍也大。

　　②較高濁度水經(jīng)幾種絮凝劑處理后的沉淀池出水效果對(duì)比見圖5。

　　原水濁度為10.5～87.5 NTU時(shí)，在3種PAC中，E—PAC對(duì)濁度變化的適應(yīng)性最好，在同樣的鋁投加量下，分別比DY—PAC和ZB—PAC對(duì)濁度的去除效率高約10%～20%，表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。

　　3.3處理生活污水

　　取生態(tài)環(huán)境 研究 中心家屬區(qū)生活污水，比較E—PAC、DY—PAC和ZB—PAC 3種聚合絮凝劑對(duì)水中COD和SS的去除效果。試驗(yàn)用水的SS為321 mg/L，COD為250 mg/L，處理效果見表1。

　　E—PAC對(duì)生活污水中的SS和COD的去除效果均明顯好于其他兩種絮凝劑。當(dāng)投加量均為10 mg/L(以Al2O3計(jì))時(shí)，E—PAC可將原水中321 mg/L的SS和250 mg/L的COD分別去除至3 mg/L和116 mg/L，去除率分別為99.1%和57.6%;而其他兩種PAC對(duì)SS和COD的去除率明顯低于E—PAC。

　　　　 mg/L

表1　對(duì)生活污水的處理效果比較

藥劑	E—PAC			DY—PAC			ZB—PAC
投加量(Al2O3)	3	5	10	3	5	10	3	5	10
水中殘余SS	52	24	3	78	31	13	89	42	23
水中殘余COD	187	142	106	194	153	119	210	165	126

　　3.4處理含油廢水

　　含油廢水為錦州采油廠斜板除油后的出水，含油為120mg/L，COD為450mg/L，SS為275 mg/L。采用燒杯試驗(yàn)比較E—PAC、DY—PAC和ZB—PAC三種聚合絮凝劑對(duì)COD、SS、油的去除效果，結(jié)果如表2所示。

mg/L

表2　處理含油廢水的效果對(duì)比

藥劑	E—PAC			DY—PAC			ZB—PAC
投加量(Al2O3)	5	10	20	5	10	20	5	10	20
SS	143	72	14	161	93	28	172	105	33
COD	398	266	182	418	297	221	425	308	246
油	86	45	9	92	54	18	98	49	17

　　當(dāng)投加量均為20mg/L(Al2O3)時(shí)，E—PAC可將原水中275 mg/L的SS、450 mg/L的COD和120 mg/L的油分別去除至14 mg/L，182 mg/L和9 mg/L，去除率分別為94.9%，59.6%和92.5%，明顯優(yōu)于其他兩種絮凝劑。

　　4　成本估算

　　電解法制備聚合氯化鋁的主要成本來自于鋁板的消耗，如鋁板價(jià)格按13.5元/kg 計(jì)算 (包括三氯化鋁、電耗與人員工資等)，則制備含10%Al2O3液體PAC的成本約為800元/t，投加鋁量按10-5 mol/L計(jì)，則噸水處理成本約0.16元。與 目前 市場上質(zhì)量較好的液體PAC的產(chǎn)品(750～800元/t)相比，其制備成本略高，估算結(jié)果如表3所示。

表3　E — PAC的制備與水處理成本估算

藥劑的制備成本 (元/t)	含鋁量 (%)	折合成鋁價(jià)格 (元/kg)	水處理成本 (元/t)	投加鋁量 (10-5 mol/L)
800	5	16	0.16	3.7

　　5　結(jié)論

　　電解法制備的聚合氯化鋁由于其最有效的絮凝成分Alb遠(yuǎn)高于普通聚合氯化鋁和傳統(tǒng)混凝劑，所以對(duì)水中的濁度、腐殖質(zhì)以及污水中的COD、SS、油類污染物具有優(yōu)異的去除效果。電解法制備聚合氯化鋁設(shè)備簡單，參數(shù)易于控制，適合于各種規(guī)模和水質(zhì)的給水和污水處理，并有利于水處理過程的自動(dòng)化控制，具有很好的 應(yīng)用 前景。

　　電解制備聚合氯化鋁的主要 問題 是其采用金屬鋁作為鋁的主要來源，由于金屬鋁價(jià)格較高，增加了藥劑的制備成本，但由于其較高的Alb含量和高效的凈水性能，其綜合制水成本應(yīng)與普通PAC相當(dāng)。

　　參考 文獻(xiàn) ：

　　[1]湯鴻霄.無機(jī)高分子絮凝劑的基礎(chǔ)研究[J]，環(huán)境化學(xué)，1990，9(3)：1-12.

　　[2]Parthasarathly N,Buffle J.Study of polymeric aluminum(Ⅲ)hydroxide solutions[J].Water Research,1985,19(1):25-35.

　　[3]Bottero J Y.et al Mechanism of formation of aluminum trihydroxide from Keggin Al13 polymers[J].Colloid Interface Sci,1987,117(1):47-57.

　　[4]Fitzgerald J J et al.Temperature effect on the27Al NMR spectra of poymeric aluminum hydrolysis species[J].Magn Reson,1989,(84):121-129.

　　[5]曲久輝，路光杰，湯鴻霄.電解制備高效聚合鋁的溶液化學(xué)因素[J].環(huán)境化學(xué)，1997，16(6)：521-526.

　　[6]路光杰，曲久輝，湯鴻霄.高效聚合氯化鋁的電化學(xué)合成[J]. 中國 環(huán)境 科學(xué) ，1998，18(2)：140-145.

　　[7]Guang J L,Jiuhui Qu,Hongxiao Tang. The Electrochemical Production of Highly Effective Polyaluminum Chloride[J].Water Research,1999，33(3):807-814.