一種鋅基復(fù)合絮凝劑的制備研究

　　絮凝劑在水處理中可發(fā)揮極其重要的作用 〔1〕，但單一絮凝劑存在一定不足。無(wú)機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑是在單一絮凝劑的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，可在降低處理成本的同時(shí)提高絮 凝效果 ，逐漸成為絮凝劑的研究熱點(diǎn) 〔2, 3,4〕。

　　目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁系絮凝劑的研究已積累了一定成果，但近期有研究發(fā)現(xiàn)鋅鹽是一類(lèi)極好的緩蝕劑 ，它成膜快、成本低〔5, 6〕，由其組成的含鋅絮凝劑除具有安全、無(wú)腐蝕等優(yōu)點(diǎn)外 ，凝聚沉降速度比鋁鹽絮凝劑更快，且沉淀物含水 率更低 。 但有部分研究指出鋅鹽絮凝劑對(duì) COD 和色度的去除效果沒(méi)有 鋁鹽絮凝劑理想 〔7, 8, 9〕。 而且以小分子鋅鹽和鋁鹽作絮凝劑時(shí) ，雖然其含有大量 Zn2+和 Al3+，水解產(chǎn)物能使水中膠體雜質(zhì)脫穩(wěn)并發(fā)生電 中和凝聚作用 ，但因其分子鏈較短，產(chǎn)生的卷掃作用有限，不能形成大的絮體。

　　針對(duì)這種情況，筆者將鋅鹽與有機(jī)高分子絮凝劑聚丙烯酰胺進(jìn)行復(fù)合制得無(wú)機(jī) - 有機(jī)復(fù)合絮凝劑 。該絮凝劑既具有很強(qiáng)的電中和能力 ，又有長(zhǎng)鏈網(wǎng)狀大分子的強(qiáng)烈架橋網(wǎng)捕作用，在保持凝聚沉降快 、沉淀物含水率低的同時(shí)，絮凝脫色和去除 COD 效果也有較大提高。 筆者以高嶺土懸濁液的濁度去除率為考察指標(biāo)，研究了復(fù)合絮凝劑的絮凝效果并得到最佳的制備條件。

　　1 實(shí)驗(yàn)材料與儀器

　　1.1 實(shí)驗(yàn)水樣

　　實(shí)驗(yàn)所用水樣為自配的高嶺土廢水 ( 質(zhì)量濃度為2 g/L)。

　　1.2 試劑與儀器

　　試劑：聚丙烯酰胺 ( 非 離 子 型 ，相對(duì)分子質(zhì)量 200 萬(wàn)~1 400 萬(wàn) )、 氯化鋅、 氯化鋁 、 氯化鐵、 硫脲、 濃鹽酸( 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 36%)、 硫酸肼、 六次甲基四胺 、 氫氧化鈣，均為分析純; 高嶺土，化學(xué)純。

　　儀器 ： FA2004N 電子分析天平 ( 國(guó)華電 器 有 限公司 )，pHS-3C 型 pH 計(jì)( 上海天達(dá)儀器有限公司 )， 90-1 型恒溫磁力攪拌器( 金壇市杰瑞爾電器有限公司 )，HH-2 型恒溫水浴鍋 ( 金壇市杰瑞爾電器有限公司 )，TU-1901 雙光束紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) ( 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司 ) 。

　　2 復(fù)合絮凝劑的制備及實(shí)驗(yàn)方法

　　2.1 復(fù)合絮凝劑的制備

　　將一定量的超純水加熱到 60~80 ℃，緩慢加入聚丙烯酰胺 ，攪拌均勻至其全部溶解。將鹽酸加入到超純水中攪勻 ，再加入氯化鋅和氯化鋁 ，攪勻 。 將上述兩種溶液混勻后放置待用 。

　　2.2 實(shí)驗(yàn)方法

　　取 500 mL 高嶺土廢水，用氫氧化鈣調(diào)節(jié)到所需 pH 后 ，加入一定量的鋅基復(fù)合絮凝劑 ，先快速攪拌 1 min，再慢速攪拌 5 min，靜置 15 min 后取上清液，用分光光度法測(cè)定其濁度 。

　　3 結(jié)果與討論

　　3.1 ZnCl2 加入量對(duì)絮凝效果的影響

　　在 AlCl3 加入量為 15%( 質(zhì)量分?jǐn)?shù) ，下同 )，PAM 加入量為 0.01%，HCl 加入量為 4%的條件下 ，改變 ZnCl2 加入量分別為 6%、8%、10%、12%、14%、16%、 18%，合成絮凝劑 ，考察 ZnCl2 加入量對(duì)絮凝性能的影響 ，結(jié)果如圖 1 所示。

 圖 1 ZnCl₂ 加入量對(duì)絮凝劑絮凝效果的影響

　　由圖 1 可以看出，隨著 ZnCl2 加入量的增加 ，復(fù)合絮凝劑的除濁率先升高后下降 。ZnCl2 加入量為 10%時(shí)絮凝劑的絮凝效果最好，其對(duì)高嶺土廢水的除濁率達(dá)到 98.5%。這是因?yàn)檫m量的 Zn2+有利于網(wǎng)狀物及片狀物的形成，加強(qiáng)了絮凝劑的吸附架橋和網(wǎng)捕作用 ，從而改善絮凝效果。

　　3.2 AlCl3 加入量對(duì)絮凝效果的影響

　　在 PAM 加入量為 0.01% ，HCl 加入量 為 4% ， ZnCl2 加入量為 10%的條件下，改變 AlCl3 加入量分別至 5%、10%、15%、20%、25%、30%，合成絮凝劑 ，考察 AlCl3 加入量對(duì)絮凝性能的影響 ，結(jié)果見(jiàn)圖 2。

 圖 2 AlCl₃ 加入量對(duì)絮凝劑絮凝效果的影響

　　圖 2 表明 ，絮凝劑中的 AlCl3 加入量為 10%時(shí)的除濁率最高，為 99.45%。 AlCl3 用量過(guò)多時(shí)，污水中的膠體易吸附大量鋁離子而帶正電荷，與絮凝劑間會(huì)發(fā)生排斥作用，不利于絮凝劑對(duì)膠體的吸附。 而 AlCl3 加入量較小時(shí)，絮凝劑的電中和性較弱，也會(huì)降低絮凝效果。

　　3.3 PAM 加入量對(duì)絮凝效果的影響

　　固定絮凝劑中的 ZnCl2 加入量 為 10% ，AlCl3 加入量為10% ，HCl 加入量 為 4% ，改 變 PAM 加入量分別為 0.005% 、0.01% 、0.015% 、0.02% 、0.025% 、 0.03% 、0.04% ，合成絮凝劑 ，考察 PAM 加入量對(duì)絮凝性能的影響 ，如圖 3 所示。

 圖 3 PAM 加入量對(duì)絮凝劑絮凝效果的影響

　　由圖3可以看出，PAM 加入量為 0.015% 時(shí)的絮凝效果最好，除濁率可達(dá) 99.43% 。 這是因?yàn)?PAM 達(dá)到一定量時(shí)，復(fù)合絮凝劑與絮體之間不僅產(chǎn)生架橋和網(wǎng)捕作用，高分子之間還會(huì)形成三維網(wǎng)狀的大絮體，從而有利于沉淀分離。但此時(shí)若繼續(xù)增加 PAM 用量，這種高分子間的相互作用將會(huì)消失。

　　3.4 HCl 加入量對(duì)復(fù)合絮凝劑絮凝效果的影響

　　固定絮凝劑中的 ZnCl2 加入量為 10% ，AlCl3 加入量為 10% ，PAM 加入量為 0.015% ，改變 HCl 加入量分別為 1% 、2% 、3% 、4% 、5% 、6% 、7% ，合成絮凝劑 ，考察 HCl 用量對(duì)絮凝劑絮凝性能的影響 ，結(jié)果如圖 4 所示 。

 圖 4 鹽酸加入量對(duì)絮凝劑絮凝效果的影響

　　由圖 4 可見(jiàn)，HCl 用量對(duì)除濁率的影響較小，絮凝效果總體較為理想。制備過(guò)程中加入 HCl 是為了防止絮凝劑在制備 和儲(chǔ)存過(guò)程中無(wú)機(jī)鹽部分 ( 即氯化鋅和氯化鋁 ) 發(fā)生水解，而加入一定量的 HCl 即可達(dá)到此效果。HCl 加入量為 3%時(shí)的絮凝效果較好，除濁率最高為 99.2% 。

　　3.5 絮凝沉降性能比較

　　為了驗(yàn)證所制備鋅基復(fù)合絮凝劑的效果，采用同樣方法制備了鋁鹽復(fù)合絮凝劑和鐵鹽復(fù)合絮凝劑。在上述最優(yōu)條件下，分別用鋁鹽復(fù)合絮凝劑 、鐵鹽復(fù)合絮凝劑和鋅基復(fù)合絮凝劑進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定不同沉降時(shí) 間 內(nèi)的上清液高度，結(jié)果如圖5 所示 。

 圖 5 3 種絮凝劑的性能比較

　　由圖 5 可知，鋅基復(fù)合絮凝劑的污泥沉降速度較鋁鹽復(fù)合絮凝劑和鐵鹽復(fù)合絮凝劑的要快。經(jīng)分析認(rèn)為這是由于鋅離子具 有更優(yōu)的吸附與凝聚作用。此外從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象看，加入鋅基復(fù)合絮凝劑形成的絮體大且密實(shí)，沉降速度快，而加入其他 2 種絮凝劑形成的絮體小，沉降速度慢 。這也說(shuō)明鋅基復(fù)合絮凝劑的絮凝沉降性能較佳 。具體參見(jiàn)http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　4 結(jié)論

　　實(shí)驗(yàn)研究表明，以氯化鋅 、氯化鋁 、鹽酸和聚丙烯酰胺為原料制備出的鋅基復(fù)合絮凝劑具有良好的絮凝效果 ，除濁率可以滿足工業(yè)應(yīng)用要求 。

　　(1)在鋅基復(fù)合絮凝劑的制備過(guò)程中，AlCl3、PAM 和 ZnCl2 的用量對(duì)復(fù)合絮凝劑的絮凝效果有直接影響 。 ZnCl2、AlCl3、PAM 的最佳加入量分別為絮凝劑質(zhì)量的 10%、10%、0.015%。 HCl 用量對(duì)絮凝劑的絮凝效果影響不是很明顯 。

　　(2)鋅基復(fù)合絮凝劑的沉降性能要優(yōu)于鋁鹽復(fù)合絮凝劑和鐵鹽復(fù)合絮凝劑 。