聚合氯化鋁因具有應(yīng)用范圍廣、適應(yīng)水性廣泛、容易快速形成礬花、沉淀性好、投入成本低等一系列優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于凈水行業(yè)，當(dāng)然，它也自身的缺點(diǎn)，就是容易殘留對(duì)人體有害的鋁元素，決定聚氯化鋁效果的參數(shù)主要有兩個(gè)，堿化度和鹽基度，本文就不同堿化度的聚氯化鋁對(duì)焦化廢水的處理效果及鋁殘留量做了研究。

實(shí)驗(yàn)方法

儀器與試劑

儀器與試劑：JB90-D型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)， 調(diào)溫電熱器，DJB-623 電子變速攪拌機(jī)，pHS-9V 型酸度計(jì)，721-分光光度計(jì)，UV-2401PC 紫外可見分光光度計(jì)，AlCl3·6H2O（AR 級(jí)），HCl（AR 級(jí)）， NaOH（AR 級(jí)）。

聚氯化鋁制備

聚氯化鋁 的制備采用微量滴堿法， 將適量 AlCl3·6H2O 溶于0.05 mol/L 的HCl 溶液中， 配成 0.5 mol/L 的AlCl3 溶液，在強(qiáng)烈攪拌條件下，通過(guò)毛細(xì)管緩慢滴加NaOH 溶液直至預(yù)先設(shè)定的羥鋁比（ 堿化度B 為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5）， 滴堿速度為 20 mL/h，熟化48 h 后測(cè)定使用。

制備的各堿化度的聚氯化鋁 的形態(tài)分布見表1。

處理水樣

廢水水樣取自某焦化廠A/O 生化階段沉淀池出水，用聚乙烯塑料桶儲(chǔ)運(yùn)。廢水水樣呈深褐色，主要水質(zhì)指標(biāo)如下：CODCr 為245 mg/L，濁度為74 度， pH 為7.82。

混凝方法

燒杯攪拌實(shí)驗(yàn)在六聯(lián)電子變速攪拌機(jī)上進(jìn)行。取上述水樣1 000 mL 于燒杯中， 在快速攪拌下（160 r/min）向水樣中加入一定量的混凝劑，繼續(xù)快速攪拌1 min，然后慢速（40 r/min）攪拌10 min，靜置沉降30 min 后于液面下1 cm 處吸取上清液， 測(cè)定 CODCr、剩余濁度和殘留鋁含量。其中混凝pH 通過(guò)滴加NaOH 或HCl 來(lái)調(diào)節(jié)。

分析方法

水質(zhì)指標(biāo)分析根據(jù)國(guó)家環(huán)?？偩忠?guī)定的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行，其中COD 采用K2Cr2O7 法，剩余濁度采用濁度比色法，殘留鋁采用鉻天青S 法。鋁的形態(tài)分析采用混合Al-Ferron 逐時(shí)絡(luò)合比色法。

 結(jié)果與討論

 聚氯化鋁 投加量對(duì)混凝效果的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在低投加量的情況下，不同堿化度的聚氯化鋁 的混凝去除COD 效果的變化趨勢(shì)大體上是一致的， 隨著投加量的逐漸增加，COD 的去除效果增強(qiáng)且存在一較佳投加量范圍，隨著投加量的進(jìn)一步增加，混凝效果反而下降。對(duì)于B=0.5、1.0、1.5、2.5 的聚氯化鋁 的混凝效果曲線大致可分為三個(gè)區(qū)域：（1）無(wú)明顯凝聚區(qū)，即投加量尚不足以形成顯著凝聚，此時(shí)混凝效果較差，COD 的去除率較低，均低于50%；（2）凝聚脫穩(wěn)區(qū)，即投加量增大后產(chǎn)生明顯的凝聚作用，在本試驗(yàn)中投加量為2.0 mmol/L 時(shí)對(duì)COD 的去除效果達(dá)較佳；（3）再穩(wěn)區(qū)，即當(dāng)投加量繼續(xù)增大時(shí)， COD 的去除效果反而趨向惡化。而對(duì)于B=2.0 的 聚氯化鋁，對(duì)COD 的去除效果并不完全相同于上述堿化度的聚氯化鋁。該聚氯化鋁 在處理焦化廢水時(shí)，當(dāng)投加量為 1.5 mmol/L 時(shí)，對(duì)COD 的去除效果達(dá)較佳，當(dāng)投加量增加至2.0 mmol/L 時(shí)去除效果趨向惡化， 但當(dāng)投加量繼續(xù)增加時(shí)，曲線趨向平緩，此時(shí)，聚氯化鋁 對(duì)焦化廢水中COD 的去除效果變化不明顯。

隨著投加量的增加，濁度的去除效果曲線與COD 的去除效果曲線非常一致。B= 0.5、1.0、1.5、2.5 的聚氯化鋁 存在三個(gè)混凝區(qū)，并在投加量為1.5~2.0 mmol/L 時(shí)，去除效果達(dá)到較佳。而B= 2.0 的聚氯化鋁 隨著投加量的進(jìn)一步增加， 濁度去除效果變化并不明顯。

不同堿化度的聚氯化鋁 在不同投加量的條件下 COD 和濁度去除情況與廢水的水質(zhì)和聚氯化鋁 的形態(tài)有關(guān)。焦化廢水含有大量的酚類等帶苯環(huán)的有機(jī)物，帶有負(fù)電荷。B＜1.5 的聚氯化鋁 的Al 主要以帶有正電荷的單體態(tài)或雙核羥基鋁為主， 廢水中大量的陰離子與帶正電荷的Al 離子發(fā)生電中和，并壓縮擴(kuò)散層厚度，降低ζ 電位，使膠體脫穩(wěn)而絮凝沉降。當(dāng)投加量繼續(xù)增加時(shí)，因電荷反號(hào)而使得膠體重新穩(wěn)定，去除效果惡化。而對(duì)于B=2.5 的聚氯化鋁， Alb 含量較高，且主要以Al13、Al24（OH）60（H2O）24 12+等帶有很高電荷的形態(tài)存在，其對(duì)廢水中的負(fù)電荷也有很強(qiáng)的電中和能力，所以當(dāng)投加量過(guò)高時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)再穩(wěn)定區(qū)。而對(duì)于B=2.0 的聚氯化鋁，其Alb 含量較高，且?guī)в械碾姾上鄬?duì)于低堿化度的聚氯化鋁 來(lái)說(shuō)較高，因此能在較低的投加量條件下與焦化廢水中帶有負(fù)電荷的膠體中和而達(dá)到較佳處理效果。同時(shí)，該聚氯化鋁 中Alc 含量較高， 該形態(tài)對(duì)顆粒物的去除主要以吸附和卷掃網(wǎng)捕為主，因此，隨著投加量的進(jìn)一步增加，電荷反號(hào)與吸附和卷掃網(wǎng)捕同時(shí)存在且其作用相互抵消， 去除效果變化不明顯。

pH 對(duì)混凝效果的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在pH 低于6 時(shí)，隨著pH 的增大， COD 的去除效果增強(qiáng)，當(dāng)pH 在6~8 之間時(shí)，混凝效果達(dá)較佳。隨著pH 的進(jìn)一步增大，在堿性條件下， B=0.5、1.0、1.5 的聚氯化鋁 的COD 去除效果又趨向惡化，而對(duì)于堿化度較高的B=2.0、2.5 的聚氯化鋁 來(lái)說(shuō)，其 COD 去除效果變化并不明顯。由圖4 可見，pH 對(duì)濁度去除效果的影響與COD 的影響相似，在酸性條件下，隨pH 的增大，濁度去除效果增強(qiáng)，并在pH 在 6~8 之間達(dá)較佳，之后略有上升。這說(shuō)明混凝過(guò)程中對(duì)濁度的去除也就是對(duì)水中有機(jī)物的去除。 pH 影響著聚氯化鋁 中Al 的形態(tài)， 在pH 較低的條件下，Al 主要以低電荷的單體鋁形態(tài)存在， 隨著體系pH 上升，低電荷的Ala 含量逐漸減少，高電荷多聚物Alb 含量有所增加， 電中和黏結(jié)架橋能力增強(qiáng)，對(duì)COD 和濁度的去除效果也增強(qiáng)。而在堿性條件下，聚氯化鋁 中的鋁逐漸水解轉(zhuǎn)化成了電荷較低的 Al（OH）3（am）溶膠-沉淀形態(tài)，電中和能力下降。而對(duì)于堿化度較高的聚氯化鋁，Alb 含量較高，Alb 具有對(duì)水解反應(yīng)的相對(duì)穩(wěn)定性，仍保持有較高電荷，可發(fā)揮電中和凝聚作用。因此，高堿化度的聚氯化鋁 具有更廣的混凝處理pH 范圍。

 pH 對(duì)殘留鋁含量的影響

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，pH 對(duì)殘留鋁含量的影響較大。在 pH 低于6 時(shí)，聚氯化鋁 在水體中的殘留鋁隨著pH 的升高而降低；當(dāng)pH 在中性附近時(shí)，由于聚氯化鋁 水解生成大量的Al（OH）3無(wú)定形沉淀物易于下沉，水體中可溶性鋁含量較低， 使得水體中鋁的殘留量下降至較低點(diǎn)，這與文獻(xiàn)報(bào)道的情況相符合。當(dāng)pH 繼續(xù)增大時(shí)，由于生成了較多帶負(fù)電荷的溶解形態(tài)，因此，鋁的殘留量隨著pH 的升高而增加。

 我們還可以發(fā)現(xiàn)，pH 對(duì)COD 的去除效果變化曲線與pH 對(duì)殘留鋁的影響曲線是一致的。這就是說(shuō)，當(dāng)混凝效果較好時(shí)，投加到水體中的Al 大多與水體中的顆粒物形成絮體下沉，使得殘留在水體中的Al 較少。因此，對(duì)于pH 較高或較低的焦化廢水，加酸或堿調(diào)到中性范圍，對(duì)保證混凝效果，減少殘留鋁量是非常必要的。

堿化度B 對(duì)殘留鋁含量的影響

觀察“聚氯化鋁 的投加量為1.5 mmol/L，不同堿化度的聚氯化鋁 處理焦化廢水后的COD 和殘留鋁含量”圖可看出， 當(dāng)堿化度較低， 如B=0.5、1.0 時(shí)，殘留鋁含量也較高，聚氯化鋁 對(duì)COD 的去除效果并不理想。當(dāng)堿化度B=1.5 時(shí)，殘留鋁含量較低，而當(dāng)堿化度進(jìn)一步增大， 如B=2.0 時(shí)， 殘留鋁含量又增加，B=2.5 時(shí)，殘留鋁含量又下降。通過(guò)比較堿化度 B 對(duì)COD 去除的影響和對(duì)殘留鋁含量的影響曲線發(fā)現(xiàn)，堿化度B 對(duì)兩者的影響幾乎是一致的，當(dāng)B= 1.5 時(shí)，混凝效果較佳，同時(shí)，殘留鋁含量也較低。出現(xiàn)上述堿化度對(duì)殘留鋁的影響的原因可能是，在低B 值下，混凝劑聚氯化鋁 中主要以單體鋁或鋁的二聚體為優(yōu)勢(shì)形態(tài)，混凝效果較差，使得較高的鋁殘留在溶液中，隨著B 值升高，中等聚合形態(tài)的鋁水解聚合產(chǎn)物逐漸成為優(yōu)勢(shì)形態(tài)， 且高聚合態(tài)及溶膠態(tài)的鋁水解聚合產(chǎn)物含量增加，大多鋁鹽的水解聚合物與水體中的顆粒物形成絮體下沉， 提高了混凝處理效果，同時(shí)也降低了殘留在水體中的鋁量，當(dāng)堿化度B=1.5時(shí)，殘留鋁含量達(dá)較低。當(dāng)B 值增大至2.0 時(shí)，混凝效果不如B=1.5 的聚氯化鋁，因此殘留鋁量增大。當(dāng)B=2.5 時(shí)，Al主要以高聚合態(tài)及溶膠態(tài)的鋁水解聚合產(chǎn)物存在， 可發(fā)揮其良好的吸附和卷掃網(wǎng)捕作用，具有良好的混凝效果，使得水體中殘留鋁含量較低。這同時(shí)也很好地解釋了混凝效果好與殘留鋁含量低的一致性。

 結(jié)論

（1）滴定法制備的不同堿化度的聚氯化鋁 在處理焦化廢水時(shí)，投加量、混凝pH 和堿化度對(duì)混凝效果都產(chǎn)生很大的影響， 其較佳投加量范圍為1.5~2.5 mmol/L，混凝pH 范圍為6~8。堿化度為1.5 的聚氯化鋁 具有較好的混凝效果。

（2）堿化度對(duì)殘留鋁的含量有影響，并影響著鋁的形態(tài)分布。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)堿化度為1.5 時(shí)，水體中的殘留鋁含量達(dá)較低。

（3）比較COD 的去除效果和對(duì)水體中殘留鋁含量發(fā)現(xiàn)，COD 降得越多，水體中的殘留鋁含量越少，兩者的變化趨勢(shì)非常一致。