甘莉，甘光奉
（江漢石油學(xué)院 化學(xué)工程系，湖北 荊州 434023）

　　摘要：鋁鐵復(fù)合高分子混凝劑具有高效、穩(wěn)定性較高、原料來(lái)源廣、價(jià)格低廉等特聲、，因而其研制和應(yīng)用已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本文綜述了近年來(lái)聚合鋁鐵的發(fā)展現(xiàn)狀，著重介紹了其主要性能以及在水和廢水處理中的應(yīng)用情況。
　　關(guān)鍵詞：混凝劑；鋁鐵復(fù)合混凝劑；聚合鋁鐵；給水處理；廢水處理
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU991.22
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B
　　文章編號(hào)：1009－2455（2003）01－0063－03

New Progresses in Development of Ferroaluminium Composite Coagulants
GAN Li, GAN Guang-feng
(Chemical Engineering Drpartment of Jianghan Petrolellm InstiIute, Jingzhou 434023. China)

　　Abstract: Ferroaluminium composite high-molecular coagu1ants are featured by many atlvantages, such ashigh-efficiency, better stability, raw materials heing abundant and easily available, low prices, etc, which makethe development and application of them the focus of people‘s attention. The situation of development of polymer ferroaluminium in recent years is summarized in this paper, which is centered on the presentation of its maincbaracteristics as well as app1ication in the treatment of water and wastewater.
　　Key words: coagulant; ferroaluminium composite coagulant; polymer ferroaluminium; feed water treatment;wastewater treatment

　　鋁和鐵具有許多相似的性質(zhì)，如原子共價(jià)半徑。離子半徑都比較相近，F(xiàn)e³⁺，Al³⁺均具有相同的電荷，它們易水解，其鹽具有共價(jià)性。因此，它們可通過(guò)交叉共聚，形成多核、更長(zhǎng)。更穩(wěn)定的分子鏈，得到混凝效果更好的無(wú)機(jī)高分子復(fù)合混凝劑——聚合鋁鐵。這類(lèi)復(fù)合混凝劑兼有聚鋁和聚鐵的特點(diǎn)，既能克服鋁鹽處理的礬花生成慢、礬花輕。沉降慢的缺點(diǎn)，又能克服鐵鹽的出水不清、色度高的缺點(diǎn)。通常以鋁鹽為主，鐵鹽為輔，其價(jià)格比PAC略高一點(diǎn)點(diǎn)。近幾年來(lái)，研制和應(yīng)用這類(lèi)混；凝劑已成為熱點(diǎn)和發(fā)展的明顯趨勢(shì)。我國(guó)在這一領(lǐng)Z域內(nèi)比較活躍，發(fā)表的論文和公布的專(zhuān)利較多。主要原材料是鋁鹽、鐵鹽和硅酸鹽以及含鋁鐵等元素的礦物。礦渣廢料，因而其原料來(lái)源廣，同時(shí)生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單，有利于開(kāi)發(fā)利用。我國(guó)已開(kāi)發(fā)的鋁限復(fù)合混凝劑種類(lèi)較多，我們將它們分為3大類(lèi)：只含兩種陽(yáng)離子的鋁鐵復(fù)合混凝劑，含有多種陰離子的鋁鐵復(fù)合混凝劑，以及含有其它陽(yáng)離子的鋁鐵復(fù)合混凝劑。

1. 只含兩種陽(yáng)離子的鋁鐵復(fù)臺(tái)混凝劑

　　在這類(lèi)復(fù)合混凝劑中，除鋁、鐵外，不含其它金屬離子（即使有，也很少），陰離子則以一種為主。可以說(shuō)，其組成相對(duì)比較簡(jiǎn)單，純度較高。無(wú)疑這對(duì)原料有較高的要求。由于雜質(zhì)少，特別是有害物質(zhì)少，則它們適用于飲用水的處理。對(duì)這類(lèi)混凝劑研究也比較深入，其中部分產(chǎn)品已進(jìn)入國(guó)內(nèi)水處理市場(chǎng)。這類(lèi)混凝劑主要有以下幾種：
1.1 聚合氯化鋁鐵（PAFC）
　　通常采用PAC與FeCl₃（或和FeCl₂）反應(yīng)，或者AlCl₃或低聚氯化鋁與鐵反應(yīng)，再進(jìn)行羥基化聚合，就可制得聚合氯化鋁鐵。或?qū)⒎鬯榈匿X土礦放入反應(yīng)釜中與鹽酸反應(yīng)，然后將其倒入攪拌池中，并加入高鋁灰和水，攪拌3－5h，沉淀即為產(chǎn)品。PAFC產(chǎn)品為淡黃色、暗黃色片狀、粒狀或粉狀固體，易溶于水，在空氣中易潮解。液體產(chǎn)品為淡黃色透明或懸濁液，相對(duì)密度＞1.2，w（Al₂O₃）＝6.0％－6.5％，w（Fe₂O₃）＝4.0％－4.3％，鹽基度為 30％－50％，pH值（1％水溶液）為 2－3。該產(chǎn)品用于生活飲用水。工業(yè)用水的凈化和各種污水的化學(xué)處理。如某電子管廠用PAFC處理濁度為319NTU的廢水，投加量為0.4或0.6 mg/L，處理后的水無(wú)色透明，重金屬達(dá)標(biāo)。某廠最初用PAC和PFS處理電鍍廢水，鋼總是不能達(dá)標(biāo)，采用PAFC后各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)。用PAFC處理生產(chǎn)洗滌劑的廢水，比用PAC，PFS和PFSC的效果要好得多。因此，PAFC是聚鋁和聚鐵的替代產(chǎn)品^[1-7]。
1.2 聚合硫酸鋁鐵（PAFS）
　　以鋁土礦、高鋁灰、硫酸為原料，接與PAFC相同的工藝過(guò)程制備PAFS。也可在反應(yīng)器中，依次加入硫酸亞鐵、硫酸鋁、水、硫酸及硝酸鋁，通入空氣并進(jìn)行攪拌，氧化、水解、聚合反應(yīng)約0.5h，得到紅棕色透明液體，鹽基度達(dá)19％，ρ（Fe³⁺）161.4 g／L，ρ（Al³⁺）7.0 g／L。PAFS用于煉油工業(yè)廢水的處理，采用浮選法和投加 PAFS（8或10 mg／L），去油率達(dá)99％，COD降低 88.5％。PAFS用于污泥脫水，具有最佳投加量小，濾餅含水率低，濾液透光性好，澄清度高等特點(diǎn)。其效果均明顯優(yōu)于PAC和PFS^[7-10]。
1.3 聚合硅酸鋁鐵（PSAF）
　　通常將高模數(shù)（M≥3.0）的水玻璃稀釋?zhuān)诳焖贁嚢柘碌渭酉×蛩幔羛H值約為5.7，放置一段時(shí)間后使其聚合，然后加入硫酸鋁和硫酸鐵溶液，陳化一段時(shí)間后即得PSAF。它是透明、均一、呈紅褐色的溶液，穩(wěn)定性好，可放置2－3個(gè)月。用n（Fe）／n（Al）＝1：3，n（SiO₂）／n（Fe+Al）= l：3的 PSAF，在 pH＝10的條件下，可使合成洗滌劑廢水中的LAS去除率達(dá)到90％以上。用于松花江水的除濁處理，處理后的殘余濁度小（1.6度），完全符合我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。其它文獻(xiàn)也說(shuō)明PSAF具有較優(yōu)的混凝性能，其用量少，適宜的pH值范圍較寬，形成礬花迅速，并且絮體粗大結(jié)實(shí)，是一種有發(fā)展前途的凈水劑^[11-16]。

2 含有多種陰離子的鋁鐵復(fù)合混凝劑

　　應(yīng)用表明，在聚合鋁（鐵）中，引入一定量的高價(jià)陰離子，如SO₄^2-，PO₄^3-后，能提高聚合鋁的分子量和穩(wěn)定性，也使多核配合物的電荷量增高，從而有更好的混凝效果 在共存陰離子中，研究較多的是氯根和硫酸根、以及由于添加活性硅酸而形成的硫酸根和硅酸根等。
2.1 聚合硫酸氯化鋁鐵（PAFCS）
　　把礦渣中的有效成份鐵。鋁置換出來(lái)，再用添加劑調(diào)聚，就可制得PAFCS。其主要技術(shù)指標(biāo)：外觀為深棕紅色透明液體；密度（2℃）為 1.2 g／cm³；w（Al₂O₃）＝8%－12%；w（Fe₂O₃）＝0.8％－1.3％；；w（SO_42-）＝2%－4％，pH 2.5－4；堿化度50％－75％。采用PAFCS處理印染廢水，投加量為 500 mg／L時(shí)，色度去除率高達(dá) 98％。PAFCS比明礬和PAC具有更高的除濁性與更快的沉降速度及更低的處理成個(gè)，很有可能成為后兩種凈水劑的替代品而具有很大的市場(chǎng)潛力^[17-19]。
2.2 聚合硫基硅酸鋁鐵（PAFSSC）
　　將活性粘土與 HCl－H₂SO₄混合酸在 90－110℃反應(yīng)Zh，冷卻分離，制得鋁鐵酸性溶液。然后在其中投加鋁酸鈣礦粉，于80－100℃反應(yīng)1－2h，再加入預(yù)先用水玻璃加稀硫酸制得的活性硅酸，反應(yīng)0.5h，沉降后可得液體的PAFSSC產(chǎn)品，其主要質(zhì)量指標(biāo)：w（Al₂O₃）＝10.01％，w（Fe₂O₃）＝1.82％，鹽基度68.7％，水不溶物0.2％，pH（l％水溶液）4.2。此凈水劑除濁效果明顯優(yōu)于單獨(dú)投加 PAC或 PFS。

3 含有其它陽(yáng)離子的鋁鐵復(fù)合混凝劑

　　在鋁鐵復(fù)合混凝劑中，除了鋁、鐵外，還含有其它的金屬，如鈣。鎂等。這些“雜質(zhì)”金屬離子的出現(xiàn)，是由不純的原材料帶來(lái)的。實(shí)驗(yàn)表明，象鈣、鎂這類(lèi)金屬離子，常可提高主體混凝劑的絮凝效果，對(duì)某些工業(yè)廢水來(lái)說(shuō)，效果比較顯著。誠(chéng)然，雜質(zhì)并非都是有益的。事實(shí)上，以礦物、礦渣廢料為原料制得的復(fù)合混凝劑，常使產(chǎn)品重金屬含量偏高，從而限制了產(chǎn)品的應(yīng)用范圍。
3.1 含有鈣的鋁鐵復(fù)合混凝劑
　　以含鋁、鐵的煤研石、高嶺土、鋁礬土為原料制得的硅鈣復(fù)合型聚合氯化鋁鐵（SCPAFC）用于制革廢水（ρ（SS）為 300mg／L，濁度為 1000 NTU左右，COD為 1000 mg／L左右，PH為6.5－8）的處理，濁度去除率為99％，SS去除率為95％，COD去除率為90％，Cr3的去除率為85％左右。各項(xiàng)性能均優(yōu)于 PAC的2倍以上。SCPAFC還可用于生活和生產(chǎn)用水及其它廢水的凈化處理，效果優(yōu)良”^[20]。以鋁廠赤泥為原料，經(jīng)過(guò)酸溶、活化聚合等步驟，制備出以PAC為主，同時(shí)含有鐵、硅、鈣等有效成分的復(fù)合混凝劑。對(duì)直接耐酸大紅溶液和分散黃溶液的脫色試驗(yàn)結(jié)果表明，其脫色效果優(yōu)于PAC和PFS^[21]。以聚合硫酸鋁鐵、鈣鹽為主的多聚物XG977，適合于處理含油廢水。在投加量相同條件下，處理效果明顯優(yōu)于PAC，并且污泥體積小，沉降仕能也優(yōu)于PAC，綜合處理費(fèi)用比PAC低20％^[20]。
3.2 含有鎂的鋁鐵復(fù)合混凝劑
　　利用廢棄物硼泥和含AlCl₃的鹽酸廢液制得的黃褐色硼泥復(fù)合混凝劑固體，在處理ρ（COD）為420 mg／L、色度＜200倍，pH＞8.0的印染廢水時(shí)，投加 0.3 g／L一次處理可達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)，COD去除率達(dá) 67％，SS及色度去除率均達(dá) 98％以上，比PAC的處理效果好，而成本僅為PAC的 1／10－l／8^[23-24]。用硼泥復(fù)合混凝劑處理制革廢水和生活污水時(shí)，效果都很好^[25-26]。用氫氧化鋁。氯化鐵、氯化鎂和鹽酸為原料，制備了復(fù)合混凝劉鐵鎂鋁聚合物FMA，其對(duì)硅藻土模擬水樣的絮凝沉降性能遠(yuǎn)優(yōu)于PAC。在處理印染廢水。造紙廢水及采油污水時(shí)，均取得了良好的效果。含有鐵、鎂、鋁等多種離子的新型復(fù)合混凝劑PAFM，對(duì)成分復(fù)雜的工業(yè)印染廢水具有良好的脫色效果和COD去除能力，而且pH 值適應(yīng)范圍較寬。
3.3 鋁鐵錫共聚物
　　新研制成功的鋁鐵錫共聚物，對(duì)模擬水樣處理的初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種混凝劑有可能成為比鋁鐵共聚物更為優(yōu)良的混凝劑。

4 結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，我國(guó)對(duì)鋁鐵復(fù)合混凝劑的研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用諸方面均取得了可喜的進(jìn)展，但還存在不少問(wèn)題，主要有：開(kāi)發(fā)出來(lái)的品種多，而大量生產(chǎn)和廣泛使用的品種少；缺乏理論指導(dǎo)，因而出現(xiàn)簡(jiǎn)單復(fù)配、拼湊的“新品種”；多數(shù)廠家生產(chǎn)工藝設(shè)備比較落后，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定，有的產(chǎn)品含有較高的水不溶物和一些有害雜質(zhì)。這些都直接或間接地影響了鋁鐵復(fù)合混凝劑的廣泛應(yīng)用。只有克服上述問(wèn)題，才能加速我國(guó)聚合鋁鐵混凝劑工業(yè)逐步走上規(guī)模化、系列化的道路，滿足環(huán)保事業(yè)日益增長(zhǎng)的需求。

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　　作者簡(jiǎn)介：甘莉（1972－），女，湖南江華人，講師，碩士，現(xiàn)主要從事環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)的教學(xué)和科研工作，電話（0716）8431946。