实验部分
1.1 仪器与试剂
仪器：MY3000-6A-2混凝试验搅拌仪 潜江市梅宇仪器有限公司
722-s可见光栅分光光度计 上海精密科学仪器有限公司
pHS-3C精密pH计 上海雷磁仪器厂
调节式万用电炉 通州市化学仪器有限公司
BS 210 S分析天平
500mL全玻璃回流装置。
试剂：98%的浓硫酸，硫酸银，硫酸铝，硅藻土，蒸馏水，重铬酸钾标准液(CK2Cr2O7=0.25mol/L)试亚铁灵指示液，硫酸亚铁胺标准液[C(NH4)2Fe(SO4)2≈0.1mol]：
药品：固体聚合氯化铝，固体聚合氯化铁，固体聚合硫酸铁铝，固体聚合氯化铝铁，均由××市××××有限公司提供。
本文研究的固体聚合氯化铝絮凝剂，为淡黄色固体，其氧化铝(Al2O3)的含量≥27.0%，盐基度在45.0%～85.0%之间，水不溶物的含量≤3.0%，1%水溶液的pH值在3.5～5.0之间。
以上所用药品均为分析纯级别。
印染废水水样由××市××印染厂提供。
1.2 分析内容与方法
1.2.1 分析内容
1.2.1.1 研究聚合氯化铝对印染废水的絮凝效果，找出最佳加入量与最佳pH值，并讨论它们对聚合氯化铝絮凝效果的影响。
1.2.1.2 探讨搅拌强度、搅拌时间、沉降时间对聚合氯化铝絮凝效果的影响。
1.2.1.3 比较聚合氯化铝和硫酸铝对印染废水的絮凝效果。
1.2.1.4 比较聚合氯化铝对不同废水的絮凝效果。
1.2.1.5 比较聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚合硫酸铁铝、聚合氯化铝铁对印染废水的絮凝效果。
1.2.1.6 通过试验，列表作图对比结果，得出论文结论。
1.2.2 分析方法
表1 分析方法
a 浊度—吸光度线性回归标准曲线：
浊度 = 吸光度*384.3941-13.0627，r= 0.9930
1.3 印染废水水质分析
颜色：蓝紫色；pH：7.86；CODCr：415.7mg/L；浊度：436.2NTU
2 结果与讨论
2.1 PAC加入量对CODCr、浊度去除率的影响
分别量取六份200mL水样于干净的烧杯中，各加入0.025、0.05、0.075、0.1、0.125、0.15g PAC絮凝剂，先以150r/min的搅拌强度作用1min，然后以50r/min的搅拌强度作用10min，在沉降20min的条件下，取上层清液，考察PAC加入量对CODCr、浊度去除率的影响，实验结果如表2、图2、图3所示。
表3 PAC加入量对CODCr、浊度去除率的影响
图2 PAC加入量对CODCr去除率的影响 图3 PAC加入量对浊度去除率的影响
通过以上图表可知，PAC絮凝剂的加入量对该水样的pH影响不大，其加入量应在400～600mg/L之间。此时，PAC絮凝剂对CODCr、浊度都有很好的处理效果。若加入量较少，则不能很好地使胶体脱稳，不足以将胶粒架桥联接起来，导致形成的絮体不够多、大，不能起到很好的吸附卷扫作用，絮凝效果不够理想。若偏多，则会使胶粒的吸附面均被无机PAC高分子覆盖，两胶粒接近时，就受到高分子之间的相互排斥而不能聚集，产生“胶体保护"作用，使絮凝效果下降，甚至重新稳定，即“再稳"。在实验过程中，我们发现，PAC对印染废水的脱色效果也很明显。原水样的颜色为蓝紫色，加入PAC后，颜色明显变浅，至最佳絮凝效果时，基本上呈透明色。而由以上曲线可以看出，峰值出现在PAC加入量为500mg/L时。此时，效果最佳，CODCr去除率达69.58%，浊度去除率达81.73%。
故确定PAC的最佳加入量为500mg/L。
2.2 pH值对CODCr、浊度去除率的影响
分别量取六份200mL水样于干净的烧杯中，将各水样的pH值分别调节至5、6、7、8、9、10，然后各加入0.1g PAC絮凝剂，先以150r/min的搅拌强度作用1min，然后以50r/min的搅拌强度作用10min，在沉降20min的条件下，取上层清液，考察在最佳用量的情况下，不同pH值对CODCr、浊度去除率的影响，实验结果如表3、图4、图5所示。
表3 pH值对CODCr、浊度去除率的影响
一般来讲，在絮凝反应中，pH值的影响是非常大的，它对胶体表面电荷的Zeta(ζ)电位，混凝剂的性质和作用等都有很大的影响。不同的混凝剂都有其最佳的混凝区域。pH值调整的恰当，就可以节约大量的药剂，降低成本，并且能够使絮凝作用发挥得完全，絮凝效果好；反之，pH值选择不恰当，轻者影响混凝效果，重者不能形成絮凝沉淀，甚至使已形成的絮凝体重新变成胶体溶液。
而由资料得知，PAC的水解聚合形态强烈地依附于水体的pH值。在低pH值时，PAC的水解形态为单体形式，在中性范围内为多核水解产物Al7(OH)174+、Al6(OH)153+，高pH值时为Al(OH)3、Al(OH)4-。
通过以上图表可知，在中性与弱碱条件下，PAC絮凝剂对CODCr、浊度的处理效果受影响的程度不大，仍有着较高的去除率。而且，在实验过程中，pH值对PAC的脱色效果影响也不大。其中，CODCr去除率达到72.63%，浊度去除率达到87.14%。
确定PAC的最佳絮凝pH为8。
3.3 搅拌强度、搅拌时间对CODCr、浊度去除率的影响
分别量取四份200mL水样于干净烧杯中，调节溶液PH值到8，再加入0.1g PAC絮凝剂。分别以50r/min、100r/min、150r/min、200r/min转速搅拌10min，静置沉降20min，取上层清液，考察搅拌强度对CODCr、浊度去除率的影响。结果如表4所示。
表4 搅拌强度对CODCr、浊度去除率的影响
通过实验得知，对于该水样，搅拌强度对PAC的絮凝效果一定的影响，但不是很大。当搅拌强度较小时，CODCr的去除率仅比最优絮凝条件下低5%，浊度去除率低8%左右；当搅拌强度较大时，CODCr、浊度去除率最差，分别只为63.28%、75.13%。由此，我们可以看出，当搅拌强度过小时，不利于絮凝剂与颗粒物的充分接触；当搅拌强度过大时，则容易将大颗粒的固体搅碎变成小颗粒，将能够沉淀的颗粒搅碎变成不能沉淀的颗粒，同样降低了絮凝效果。
接着，我们讨论搅拌时间对CODCr、浊度去除率的影响。取三份水样，调节溶液pH值到8，再加入0.1g/200mlPAC絮凝剂，以150r/min分别搅拌2min、10min、20min，静置沉降20min，取上层清液，考察搅拌时间对CODCr、浊度去除率的影响。结果如表5所示。
表5 搅拌时间对CODCr、浊度去除率的影响
由表5可以看出，搅拌时间对PAC的絮凝效果也有影响。搅拌2min时，絮凝剂与水样中颗粒物作用不够充分，不利于捕集胶体颗粒，而且絮凝剂的浓度分布也不均匀，更不利于发挥絮凝剂的作用。此时，CODCr、浊度去除率比最佳絮凝条件下低10%、13%之多。搅拌时间过长，又容易将已经形成的絮状物搅碎，使其悬浮于水中，导致絮凝效果下降，此时CODCr、浊度去除率仅达67.81%、80.91%。
本文确定最佳搅拌强度为150r/min，最佳搅拌时间为10min。
3.4 沉降时间对CODCr、浊度去除率的影响
分别量取三份200mL水样于干净烧杯中，调节溶液pH值到8，再加入0.1g PAC絮凝剂，以150r/min的搅拌速度作用10min。第一个烧杯静置10min后，取上层清液，测CODCr、浊度等指标；第二个静置20min后，测各项指标；第三个静置30min后，测各项指标。以此考察沉降时间对CODCr、浊度去除率的影响。结果如表6所示。
表6 沉降时间对CODCr、浊度去除率的影响
由表可知，在最佳PAC加入量、pH值、搅拌强度、搅拌时间的情况下，随着沉降时间的增加，CODCr、浊度去除率都有所提高，幅度约为2%～3%。但10
min后即趋于平稳，CODCr、浊度去除率几乎达到恒定。可知，沉降时间对PAC絮凝效果的影响不大。确定最佳沉降时间为20min。
3.5 PAC、AS絮凝效果的对比实验
硫酸铝(AS)又称明矾，是给水处理中较为常用的一种絮凝剂。无水硫酸铝为无色结晶，易溶于水。含水硫酸铝可带有6、10、16、18、27个结晶分子，常温下十八水合物较为稳定，为无色粉状或粉末晶体。本实验采用白色粒状Al2(SO4)3"；
18H2O结晶体。
3.5.1 AS最佳絮凝条件的确定及其与PAC絮凝效果的对比
按照PAC实验的步骤，进行同样的实验。我们得出AS的最佳加入量为1500 mg/L，最佳絮凝pH值为8。在此最佳絮凝效果的情况下，AS对印染废水的处理效果达到：CODCr去除率达68.74%，浊度去除率达81.32%。与PAC絮凝效果进行对比，得表7。
表7 PAC、AS最佳絮凝条件及絮凝效果的对比
通过对比，我们可以看出，当AS的加入量为PAC加入量的三倍左右时，才可能达到与PAC相当的絮凝效果，即CODCr去除率达70%，浊度去除率达80%以上。
而且，在实验过程中，我们发现它们所形成的絮体也有所不同：加入PAC后，形成絮体的速度快，絮体大而严实；加入AS后，形成絮体的速度慢，絮体不大，而且较为蓬松，过量投加后易使胶体产生再稳定现象，絮凝效果明显下降。
3.5.2 相同试验条件下PAC、AS絮凝效果的对比
分别取两份200mL水样于干净的烧杯中，各加入0.1g PAC、AS絮凝剂，以150r/min的搅拌速度作用10min，静置沉降20min，取上层清液，测定CODCr、浊度，计算去除率。结果如表8所示。
表8 同等条件下PAC、AS絮凝效果的对比
通过对比实验，我们可以看出，当加入量相同且为PAC最佳加入量时，AS难以达到与PAC相同的絮凝效果，对CODCr的去除率只有PAC的70%左右，浊度去除率也不高。
根据Amirtharajah的理论，硫酸铝对水中胶体颗粒物的絮凝过程分为吸附脱稳、沉淀型絮凝、吸附沉淀混合区和再稳定区等四个区域。当投加量较少时，铝盐的带正电的水解产物吸附在带负电的胶体表面，部分或全部中和胶体颗粒表面电荷，使胶体脱稳并相互碰撞粘结生长为大颗粒的絮凝过程。当投加量较多时，铝盐的各种水解产物包裹在水中胶体颗粒物表面，并通过这些水解物种连接胶体颗粒物形成较大的絮体，在絮体的沉降过程中卷扫水中其他胶体颗粒物后共同沉淀，即沉淀型絮凝。
本文认为，当AS加入量为500mg/L时，AS的絮凝作用主要以吸附脱稳为主，使大部分胶体得到脱稳。脱稳后的胶体由于相互碰撞而得到聚合、絮凝。这也是AS加入量只有PAC加入量的三分之一，而能达到一定絮凝效果的原因。
3.6 PAC对不同废水絮凝效果的对比
参照同组成员的实验结果，对比PAC对不同废水的絮凝效果，得表9。
表9 PAC对生活污水、造纸废水、印染废水絮凝效果的对比
通过对比，我们可以看出，PAC对原水的处理效果较好。其中，CODCr去除率较高，都达到了70%以上；对于浊度的处理也有一定的效果，对生活污水、印染废水的去除率均达到85%以上。这可以从水样的性质中得到解释。生活污水、印染废水的CODCr、浊度主要来自于水体中有色悬浮物的贡献。当加入PAC后，对废水中的悬浮物起到了很好的絮凝、沉降、去除作用，从而使得废水的CODCr、浊度得到大幅度的降低，也就反映出较好的絮凝效果、较高的去除率。
由于造纸废水的处理难度较大，而且含有大量的化学药品及其它杂质，如碱法制浆产生的废水pH值很高，形成的CODCr主要附和的碱木素量大，悬浮物的含量高，可生化性差，导致PAC对造纸废水的絮凝效果不够理想，CODCr去除率为78.26%，浊度去除率只达到60%左右，需进一步处理。
3.7 PAC、PFC、PAFS、PAFC絮凝效果的对比
分别量取三份200mL印染水样于干净烧杯中，调节溶液pH值到8，分别加入0.1g PAC、PFS、PAFS絮凝剂，以 150r/min转速搅拌10min，静置沉降20min，取上层清液，测定CODCr、浊度。所得结果如表10所示。
表10 PAC、PFC、PAFS、PAFC对印染废水絮凝效果的对比
通过对比实验，我们可以看出，单一型铝、铁高分子絮凝剂在对印染废水的处理效果相当，具体表现在对CODCr、浊度的去除率相差无几。而复合型絮凝剂则表现出了更为良好的絮凝效果，CODCr、浊度的去除率分别达到了80%、90%以上，出水达到了国家一级排放标准。
本文认为PAFS、PAFC复合型絮凝剂比单一型铝、铁高分子絮凝剂更优良的净水效果原因有：聚电解质所含有异性电荷粒子的种类少，水溶液中不易形成离子对；有高度水解-聚合，接近沉淀态而不沉淀的羟基聚离子；异核金属离子交错排列形成的分子链更稳定，长链能同时包裹，吸引许多溶胶粒子、即桥长、单元多、絮凝体大而稳定，在架桥絮凝的同时发生了卷扫絮凝作用。
4 结语
(1)以PAC为絮凝剂，对水样处理进行了工艺参数优化试验，得出了实验最佳工艺条件：PAC最佳投加质量浓度为500mg/L，絮凝pH值为8，絮凝搅拌强度和作用时间分别为150r/min和10min，沉降时间为20min。通过混凝法的处理，使出水CODCr从415.7mg/L降至113.8mg/L，去除率达73%；浊度从436.2
NTU降至56.1NTU，去除率达87%，达到国家二级排放标准。
(2)通过试验，我们发现，PAC的加入量是其絮凝效果的决定因素，而其良好的适应pH变化的性能也使得pH值对絮凝效果的影响不大。搅拌强度、搅拌时间对PAC的絮凝效果有较小的影响。沉降时间对其絮凝效果的影响也不大。
(3)通过PAC与AS絮凝实验的对比，聚铝PAC絮凝剂的性能要明显优于单分子铝AS。
(4)通过PAC絮凝剂对不同废水、不同絮凝剂对印染废水的横、纵向的对比，本文进一步探讨了聚铝在对低浊原水处理能力强、适应pH变化能力强等方面的优势。同时，也研究了它与复合型絮凝剂相比所不足的方面，即起作用的金属离子成分单一，不够多元化。
(5)本实验不但对解决××市兰箭印染厂废水处理和工程设计提供了一条可行的途径，而且对于类似印染废水的治理具有借鉴和参考价值。
