硫酸鋁渣研制聚合硅酸硫酸鋁絮凝劑
目前，硫酸鋁渣的主要用途是做水泥的添加劑，但用量有限，大部分被堆填處理，既浪費資源又污染環境.硫酸鋁渣的主要成份為SiO2及Al2(SO4)3，可用于制聚硅酸硫酸鋁絮凝劑(PASS).聚合硅酸硫酸鋁作為一種新型的無機高分子水處理劑，近年來已得到了迅速發展，其絮凝能力比起最初的硫酸鋁、聚合鋁有了很大的提高，用量更少，除可用于處理各種污水外，還可用于處理飲用水，處理后殘余鋁含量低，尤其在低溫低濁水處理中，具有很高的除濁效率[1～3]。本文就硫酸鋁渣制聚合硅酸鋁的方法和條件進行研究，對聚合硅酸硫酸鋁的性能進行了檢驗。
1 實驗部分
1.1 原料及處理
硫酸鋁渣成分見表1，用濃硫酸潤濕硫酸鋁渣，在150～180℃中反應后水溶過濾得到Al2(SO4)3溶液[4]；濾渣加NAOH溶液加熱反應制得水玻璃，該水玻璃加水稀釋成SiO2含量為6.5%的NA2SiO3溶液.Al2(SO4)3與NA2SiO3溶液備用。
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聚合堿式硫酸鋁(PAS)的制備.取部分Al2(SO4)3溶液，加NAOH溶液至生成Al(OH)3沉淀，過濾洗滌，將新制的Al(OH)3加入到Al2(SO4)3溶液中，制得PAS[5]。
1.2 主要儀器及試劑
主要儀器:PHS 25型PH計；QUAｆADtⅡtUr BiDitｙAQ2010濁度計；tS6 1型四聯程控混凝攪拌器；22PC分光光度計.試劑:H2SO4、NAOH均為分析純。
1.3 PASS的制備
取20%H2SO4緩慢滴入NA2SiO2，調節PH值制備聚硅酸；在攪拌下將PAS加入聚硅酸，放置熟化2H得PASS，PASS中SiO2濃度為2.0%。
1.4 絮凝實驗
1.4.1 模擬濁水將10G膨潤土加自來水1000ml，快速攪拌1H，靜置1H，虹吸上層清液，用NAOH溶液調節PH=8后為模擬濁水[6]，濁度約為150NtU.1.4.2 垃圾填埋場滲瀝液取本市紅廟嶺垃圾場經厭氧和氧化處理后二次沉淀池出口滲瀝液及其稀釋1倍后的滲瀝液，進行絮凝效果實驗.滲瀝液指標見表2。
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用二沉池出口滲瀝液以及稀釋了1倍和PASS處理后的滲瀝液作可見光光度分析，吸光度與波長曲線見圖1.圖1表明滲瀝液λ=350～360Nm處有最大吸收波長.本文取λ=360Nm的吸光度值衡量絮凝的脫色效果。
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ABS1，ABS2，ABS3分別為滲瀝液原液、稀釋一倍后與絮凝劑處理后的滲瀝液吸光度.凈水實驗:取800ml滲瀝液用H2SO4溶液調PH至6.0，加入一定量的PASS，200r/miN快攪混合30S，30r/miN慢攪20miN，靜置沉降20min，于上層清液表面下2～3Cm處取液測濁度、吸光度和CODCr[7].以上試驗水樣溫度均為30～33℃。
2 實驗結果與結論
2.1 二氧化硅濃度對硅酸聚合過程的影響
將H2SO4溶液加入NA2SiO3溶液后，硅酸開始聚合，形成硅氧橋聯：
SiOH+SiOH=SiOSi+H2O
這種連接可成鏈、成環，甚至成網，硅酸聚合體不斷長大并可轉變為膠態，當聚硅酸粒徑達Nm數量級時，溶液呈現乳光(或稱淡藍光)[5]，這一時刻記為t1；隨著時間延長，硅酸聚合體繼續生長，將轉變為凝膠的時刻記為t2.PH=4.8時，SiO2濃度對硅酸聚合過程的影響見圖2.由圖2可知，SiO2濃度愈大，t2～t1的時間間隔愈小.PAS要在聚硅酸出現乳光之后至聚硅酸形成凝膠之前這段時間里，即t1～t2時段加入，以保證PASS具有優良的絮凝性能.圖2表明PH=4.8時SiO2含量在1%～4%范圍內時t2-t1差值較小，為了有較長的t2-t1時間差便于操作[2]，本文用SiO2濃度為4%、調節PH值為3.5～4.0的NA2SiO3溶液制聚硅酸。
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2.2 NAl/NSi對PASS穩定性的影響
向聚硅酸中加PAS聚合得到PASS，由于聚鋁離子的羥基與聚硅酸的硅氧基團形成氫鍵，聚硅酸的羥基與聚鋁離子的鋁氧基團形成氫鍵，在原有的鏈狀結構中生成支鏈，使PASS絮凝效果增強、穩定性加強.維持PASS的SiO2濃度為2.0%，加入不同量PAS控制PASS中鋁含量，檢查NAl/NSi對PASS凝膠時間的影響，結果見表3.表3說明加入PAS使NAl/NSi=0.12～1.0可延長凝膠時間，顯著改善聚硅酸的穩定性。
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2.3 PASS對模擬濁水的絮凝效果
2.3.1 NAl/NSi對模擬濁水絮凝效果的影響
取不同NAl/NSi的PASS比較絮凝效果，用量均為1.0ml/l，結果見圖3.圖3表明NAl/NSi在0.25～1.0范圍內時，PASS的除濁率均達96%以上.從Al的環境積累效應考慮，PASS選取NAl/NSi比0.25為佳.
2.3.2 模擬濁水PH值對絮凝效果的影響
將NAl/NSi為0.25的PASS按1.0ml/l的投加量，加到不同PH值的模擬濁水中，檢查適宜的PH范圍見圖4.圖4說明模擬濁水PH在7.0～9.0范圍內時，PASS具有很高的去濁效果.在模擬濁水中PASS發生水解聚合，轉變為聚硅酸溶膠與帶正電的聚鋁離子，帶正電的聚鋁離子對濁水中的懸浮微粒有中和脫穩及凝聚作用，聚硅酸主要發揮吸附網捕作用、捕獲脫穩的懸浮微粒形成礬花沉降.在PH=7.0～9.0的偏堿性濁水中，鋁的水解趨于完全，PASS充分發揮帶正電聚鋁離子的脫穩絮凝與聚硅酸的吸附網捕作用，使其顯示最高的除濁能力，但PH<7.0時鋁的水解受限；PH>9.0時聚鋁離子可能轉變為Al(OH)-4，均使PASS絮凝能力下降.PH>9.0后，PH越高、聚鋁離子帶負電荷越多，中和脫穩越弱；同時PH值上升到10以上后，聚硅酸解離為單體Si(OH)4失去吸附架橋能力，因此PH=10.0時PASS的除濁度迅速下降至零。
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2.3.3 PASS用量對絮凝效果的影響
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取NAl/NSi為0.25的PASS，改變投加量檢測絮凝效果，結果見圖5，從圖5可知，PASS投加量在0.3ml/l～2.3ml/l范圍內的除濁率均達90%以上，可見對模擬濁水PASS用量很小，投加量0.3ml/l范圍內的除濁率均達90%以上，可見對模擬濁水PASS用量很小，投加量0.3ml/l便可達90%以上的除濁率.
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2.4 PASS對滲瀝液的處理效果
比較了PASS與聚合氯化鋁(PAC)對垃圾填埋場滲瀝液的處理效果.用PASS與PAC分別處理垃圾填埋場二次沉淀池出口稀釋一倍后的滲瀝液。NAl/NSi為1.0、SiO2濃度為2.0%的PASS有效濃度以SiO2+Al2O3計，PAC用量以Al2O3量計，二者有效濃度均為250mG/l時，兩種絮凝劑處理的結果見表4.實驗結果說明當PASS與PAC相比，PASS有更高的去濁率.
用NAl/NSi為1.0、SiO2濃度為2.0%的PASS，以8.0ml/l的投加量對垃圾填埋場二沉池出口的滲瀝液原液進行絮凝實驗，實驗結果如表5所示.
用PASS絮凝劑處理滲瀝液能有76%的除濁率及40%的除色率與40%CODCr去除率.滲瀝液成分復雜，PASS處理滲瀝液具有良好的效果，PASS成本低、無毒性，具有開發前景.
3 結 論
硅酸聚合時，隨著SiO2濃度的升高，膠凝時間愈短.本文選取PH=3.5～4.0，SiO2濃度為4%的條件進行聚合，用于制備聚合硅酸硫到鋁.從處理模怵濁水的情況來看，PASS適用的PH范圍為7.0～9.0；當PASS中NAl/NSi達到0.25后，用量為0.3ml/l～2.3ml/l除濁率均達90%以上.用NAl/NSi=1.0的PASS處理垃圾填埋場滲瀝液具有比PAC更高的除濁率.聚合硅酸金屬鹽絮凝劑穩定性較差，故PASS絮凝劑更適合在水處理現場制備投加.
參考文獻:
[1] 高寶玉，王占生，湯鴻霄.聚硅酸鋁鹽混凝劑的研究進展[Ｊ].環境科學進展，1998，6(2):45-49.
[2] 常青，王武權，欒兆坤，等.聚合硅酸鋁的制備、結構及性能研究[Ｊ].環境化學，1999，18(2):168-172.
[3] 孫劍輝，徐毅.聚硅酸鹽類絮凝劑的研究進展[Ｊ].工業水處理，2000，20(3):4-7.
[4] 韓效釗.酸熔法分離明礬石礦中鋁硅的實驗研究[Ｊ].1997，25(1):49-51.
[5] 唐永星，楊琨，吳紹情，等.聚硅離子與聚鋁離子在穩定膠體中的相互作用[Ｊ].環境化學，1997，16(1):60-63.
[6] 張令芬.含高分子聚硅酸絮凝劑的研制性能研究[Ｊ].凈水技術，1999，68(2):5-7.
[7] GB11914-89，水質化學需氧量的測定重鉻酸鉀法[S].
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