复合絮凝剂Al2(SO4)3+PAM处理生活污水中CODCr和浊度的实验研究

引言
水资源匮乏和污染已成为我国乃至全球面临的危机之一。虽然至今许多处理技术在污水处理方面的研究历时已久，但一直都没有找到一种较为高效低耗的处理方法。近年来，助凝剂或初级絮凝剂的水溶性聚合物在水处理中已引起广泛的重视。其优点在于产生的沉淀絮块较大且稳定，污泥量少，需用的化学试剂量少。
Al2(SO4)3为白色结晶体，含有不同的结晶水，其中最常见的是Al2(SO4)3.12H2O。硫酸铝使用方便，对处理后的水质影响极小，但对水的pH适应范围较窄，沉降速度慢，絮体松散，投加量大AM是水溶性高分子聚合物应用最广泛的一种AM是一种聚电解质，分子链上含有一定数量的极性基团，能够吸附水中的悬浮固体粒子，使颗粒间架桥或通过电荷中和使微小颗粒凝聚形成大的絮体AM能够加速悬乳液中颗粒的沉降，且具有相当快的加速溶液澄清的效果。PAM是极为优良的絮凝剂和助凝剂，它与Al2(SO4)3联用处理生活污水所产生的絮体比单独投加无机絮凝剂所产生的絮体结实且紧密，絮体的形成速度和沉降速度快。但其絮凝效果受到水温和水体pH值的影响。絮凝剂水解多是吸热反应，水温低的时候，水解较困难，形成絮体比较松散，颗粒细小难以去除且水的粘度大，布朗运动减弱，碰撞次数较少，同时剪切力增大，难形成较大的絮体。但温度太高则易使高分子絮凝剂老化或分解成不溶性物质，反而降低絮凝效果。水体的pH值对絮凝效果影响很大。铝盐的絮凝作用是通过生成Al(OH)3胶体实现的，即硫酸铝Al2(SO4)3.12H2O溶于水后，立即离解出铝离子Al3+。但Al3+并非以这种简单形态存在，而是结合着6个配位水分子的水合铝离子[Al(H2O)6]3+，水合铝离子水解时配位水分子失去H+而形成单羟基单核络合物，单羟基单核络合物进一步水解，降低水中H+浓度，亦即提高水的pH值，最终形成不溶性的Al(OH)3胶体。在不同pH值下Al3+的存在形式不同，pH<4时，以Al3+存在，絮凝效果极差；pH在6～7时，聚合度很大的中性的Al(OH)3胶体占绝对多数，故絮凝效果好；当pH>8时，以AlO2-存在，絮凝效果又很差了，而PAM受pH值的影响较小。确定Al2(SO4)3、PAM的投加量，调节水体的pH值，使浊度、CODCr的去除率最佳，为复合絮凝剂Al2(SO4)3+PAM处理生活污水的应用提供有价值的参考依据具有重要意义。
2 实验部分
2.1 仪器
六连同步搅拌器、美国哈希DR/890CODCr测量仪、青岛崂山QZ201L散光式浊度仪、美国奥立龙828型台式pH测试仪、温度计、秒表等。2.2 试剂与材料硫酸铝(AR)、聚丙烯酰胺、重铬酸钾(AR)、浓硫酸、硫酸银(AR)、蒸馏水、生活污水为秋中湖湖水。
2.3 溶液配制
(1)0.2500N重铬酸钾称取3.06g重铬酸钾溶于水中，移入250mL容量瓶中，稀释至刻度。
(2)H2SO4-Ag2SO4溶液经500mLH2SO4中加入8.3gAg2SO4硫酸银，放置暗处1～2d，不时摇动使其溶解。
(3)10mg/mL的硫酸铝溶液称取1g硫酸铝溶于水中，移入100mL容量瓶中稀释至刻度(24h内使用)。
(4)0.1mg/mL的聚丙烯酰胺溶液
称取0.01g聚丙烯酰胺在均匀搅拌下徐徐散入水中，溶解后移入100mL容量瓶中，稀释至刻度(24h内使用)。
2.4 实验内容及测定方法
2.4.1 试验污水水质
污水为秋中湖湖水，其主要来源于华大学生宿舍及食堂的生活废水，另外，雨天时有部分地表径流。
2.4.2 单组份Al2(SO4)3对生活污水的处理
量取400mL污水，分别于5个500mL烧杯中加入2.0、4.0、6.0、8.0、10.0mL(10mg/mL)Al2(SO4)3溶液于烧杯中搅拌。160r/min搅拌30s，100r/min搅拌3min，60r/min搅拌3min，静置1h后，取上清液进行分析。Al2(SO4)3无机絮凝剂单独作用时，要求与污水迅速混合、反应，并使其小矾花不断碰撞，变成大而结实、容易沉淀的矾花。由于污水中的胶体比较脆弱且矾花形成相对容易，因此，搅拌速度不宜过快。
2.4.3 复合絮凝剂Al2(SO4)3+PAM对生活污水的处理
为了减少Al2(SO4)3的用量，节约成本，提高对污水的处理效率，充分发挥不同絮凝剂间的协同作用，采用复合絮凝剂Al2(SO4)3+PAM来处理生活污水。复配使用中，先加入带正电荷的无机絮凝剂使污水中的胶体脱稳，再加入带正电荷的阴离子型聚丙烯酰胺(PAM)，使脱稳后的胶体颗粒通过架桥作用和网捕作用迅速长大。由于有机高分子容易机械降解，所以复配使用对水力条件要求较高，搅拌要均匀，速度要慢。实验方法如下：先于500mL烧杯中加入无机絮凝剂硫酸铝，以100r/min的速度搅拌2min，使其充分与污水混合，再慢慢均匀加入有机高分子助凝剂PAM，边加边搅拌，在60r/min条件下搅拌30s，即停止搅拌，静置1h后，取上清液进行分析。
2.4.4 分析项目及测定方法
(1)CODCr的测定采用重铬酸钾法
(2)浊度的测定采用QZ201L散光式浊度仪直接测定
3 结果与讨论
3.1 不同浓度及不同pH值对单组份絮凝剂Al2(SO4)3处理效果的影响
不同浓度及不同pH值对Al2(SO4)3单独处理水质的效果有一定的影响，需要选择最佳浓度及最佳pH条件。表2、表3分别为不同浓度的硫酸铝单独作用及250mg/L硫酸铝在不同pH条件下的处理效果。
试验结果表明：在pH=6的条件下单一的无机絮凝剂Al2(SO4)3虽然可以提高对生活污水中浊度和CODCr的去除率，增加用量也可以使去除率明显提高，但单一的Al2(SO4)3对水的pH适应范围窄，沉降速度慢，投加量大。
3.2 不同配比及不同pH值对絮凝剂Al2(SO4)3+PAM处理效果的影响
不同配比及不同pH值对双组份Al2(SO4)3+PAM的处理效果具有不同的影响，表4和表5分别为Al2(SO4)3与PAM复配作用及复配后在不同pH值下对处理效果的影响。
结果表明，当Al2(SO4)3与PAM的投加量以50mg/l∶0.5mg/l时为最佳配比。
结果表明：使用复合絮凝剂可大大减少投药量，且在pH=7的条件下，以50mg/lAl2(SO4)3+0.5mg/lPAM的投药量为最佳配比的复合絮凝剂对生活污水中的CODCr、浊度的处理，可达到最佳效果，CODCr的去除率可达95.8%，浊度去除率可达到97.5%。