低溫低濁水處理一直是水處理領域內備受關注的問題。由于低溫低濁水具有溫度低、濁度低、耗氧量低、水的粘度大等特點，在冬季給一些自來水廠造成了很大的困難，出現了混凝劑投藥量低不起作用，投藥量多處理效果不明顯而且處理成本增加的現象。因此，高效的低溫低濁水專用混凝劑的研究具有重要的現實意義。

1　聚合氯化鋁(鐵)概述
　　目前在國內，聚合氯化鋁(polyalum．inum chloride，簡稱PAC)仍是一種應用最廣泛的混凝劑。它是一種無機高分子含不同量的羥基多核混凝劑， 其分子式為 【AIm(OH)a(H20)x】‘Ci3m． (n≤3m)，自20世紀60年代問世以來，因其效能在許多方面優于AI2(SO4)3，如投加劑量低、對原水水溫及pH的變化適應性強等，已廣泛應用于水和廢水處理。20世紀6O年代末日本提出了利用工業氫氧化鋁生產活性氫氧化鋁，再溶于鹽酸的制備工藝，隨后國內外研究者又發明了酸溶一步法、中和法、熱分解法、含鋁礦石酸溶法、鋁酸鈣酸溶法和凝膠法等多種生產工藝，使聚合氯化鋁成為水處理中使用最廣泛的無機混凝劑。多年來，我國開展了多種原料和制備工藝的研究，采用了獨具特色的工藝路線和生產體系，基本滿足了全國用水和廢水處理的發展需求，同時每年出L]聚合氯化鋁數萬噸。
1．1聚合氯化鋁(鐵)的生產方法
　　聚合氯化鋁的生產就是控制鋁、OH 、Cr的比例和水解、聚合條件，生產出電荷中和能力、吸附架橋性能符合特定要求的鋁鹽混凝劑。在PAC生產過程中，H2O參與了反應，提供了OH-．在穩定熟化后，pH值會有微小下降。
　　以粘土礦和鋁土礦為原料制備PAC的生產方法較復雜，由于這些礦物中的鋁一般不能直接被酸溶出，必須經一系列加工處理后才能溶出，按鋁的溶出方式可分為酸法和堿法。酸法適用于粘土礦、煤矸石、高嶺土、一水軟鋁石、三水鋁石等礦物原料，不適合于一水硬鋁土礦。該種生產工藝是：將礦物加工成粒度40,---60目粉末，再經600,---800℃焙燒活化后，用鹽酸溶出，溶出液經鹽基度調整，即可得到PAC成品溶液。而一水硬鋁石( Ai203"H2O)或其它含鋁礦物難溶于酸，可采用堿法制備PAC，即用碳酸鈉、石灰制得鋁酸鈉，然后經過分解得到凝膠氫氧化鋁，再利用凝膠法制得PAC。研究表明在進行高嶺土焙燒活化之前用鹽酸進行預處理，在8O℃將粉狀高嶺土原礦以l：1．5(質量比)的比例加入濃度l5％的鹽酸，然后將其在750℃左右的溫度下焙燒lh，將焙燒物研磨，得到白色粉狀的高嶺土。用鹽酸進行預處理，AI203"6H20 的溶出率大大提高。在礦物原料生產的聚合氯化鋁的溶解過程中要注意鹽酸的濃度，一般來說氧化鋁的溶出率隨鹽酸濃度的增加而增加，但是到2O％以上，鹽酸揮發率大大增加，對操作環境有影響，但也可以采剛密閉容器反應。
　　目前困內普遍采用鋁礬土與鋁酸鈣兩步法生產聚氯化鋁。山東、河南、江蘇等地的大型企業都是采用這種工藝。產品的鹽基度為60％~90％，氧化鋁含量為25％～
31％。兩步酸溶法可以采用常壓溶出法，也可以采用加壓溶出法。前者溶解時間長，溶出率低，但是可以大批量生產，例如一批生產5O噸：后者溶解時間短，溶出率高，
但一般采用5m 的反應釜，產量不及前者。
　　聚合氯化鋁鐵的生產也可分為一步酸溶法和兩步酸溶法，與PAC相似，區別在于原料鋁礬土上。如果鋁礬土中含有鐵元素，那么在生產過程中會有部分鐵溶出并參與聚合，產品中也會含有鐵，這樣得到的產品就為聚合氯化鋁鐵。
1．2聚合氯化鋁(鐵)藥劑性能的改進
　　近年來，針對聚合氯化鋁(鐵)在生產以及性能上存在的一些問題，也不斷出現在常規聚合氯化鋁(鐵)的基礎上，添加一些助劑，改進藥劑性能和質量。
1．2．1不溶物加速沉降荊
　　國家標準中對于不溶物有嚴格的要求，為了降低不溶物的含量，一步法或者兩步法生產聚合氯化鋁后的混合液體一般要放置4～lOd，造成生產周期比較長，或者采用板框壓濾機過濾，但增加了投資成本。最近同濟大學環境學院成功開發出一種新型聚丙烯酰胺。在111it~聚合氯化鋁(鐵)懸浮液中加I～3公斤改性聚丙烯酰胺水溶液，就可以迅速降低不溶物含量，一般靜置一天后，不溶物含量就可以達到困家標準。每噸液體處理成本一般在2～3元，目前這一技術已經在tI】東淄博、河南鞏義等地得到應用，處理效果理想。
1．2．2 添加增強劑
　　添加某些無機鹽(~ICaCI2，MnCI2等)或有機高分予聚合物(聚二烯丙基二甲基氯化銨、陽離子聚丙烯酰胺、低分子量非離子聚丙烯酰胺、二烯丙基二甲基氯化銨和丙烯酰胺共聚物等)可提高絮凝能力。目前困內已有不少廠家采Hj這一技術，并取得了良好的效果，但是對于低溫低濁度原水處理效果并不明顯。同濟大學日前開發了一種新型陽離子聚丙烯酰胺，與聚合氯化鋁復配后對低溫低濁度原水和污水均具有非常好的處理效果，可以降低投藥量20％以上。另外也可以在聚氯化鋁鐵中添加聚胺等，增加處理水體中有機物的去除效率。混凝對比實驗中所用混凝荊820A-C均是復合一定量的表氯醇聚胺。

2實驗部分
2．1混凝劑的制備
　　本實驗采用一步法的生產T藝制備普通聚合氯化鋁。主要原料包括鋁酸鈣粉和工業廢鹽酸。
　　制備過程為：將鋁酸鈣粉、工業廢鹽酸按照一定比例加入到密閉四頸燒瓶中不斷攪拌，并控制反應溫度在llO℃左右，反應時間為2h，即可得到液體聚合氯化鋁產品，氧化鋁含量一般在lO％左右，鹽基度在75％左右(可控范圍6O％"-90％)。
　　另外，實驗中所用的1．2．2節中提到的自制增強型混凝劑820A、820B和820C，它們均是復合表氯醇聚胺而得到的新型多元聚合氯化鋁鐵。其中普通聚合氯化鋁：氧化鋁含量為1 0％：820A：氧化鋁含量為8．7％：820B：氧化鋁含量為9．0％，820C：氧化鋁含量為9．0％。聚胺含量分別為0％、I％、0．8％和I．5％ 。
2．2實驗方法
2．2．I加速沉降實驗
　　將上述制得的部分液體聚合氯化鋁產品靜置在250mL直型量筒中，每隔一定時間從量筒中同一位置取出一定量的上清液，測量其中不溶物含量。
　　另外，按照不同比例將改性聚丙烯酰胺溶液加入到上述剛剛制得的高溫(70～90℃)液體聚合氯化鋁中，繼續攪拌l～2rain，然后取出靜置在250mL 直型量筒中，靜置24h后測量其中的不溶物含量。
2．2．2低溫低濁水的混凝效果對比實驗
　　利用普通PAC和820A、820B以及820(2進行混凝燒杯實驗，對比它們對低溫低濁水的強化混凝效果。快速攪拌速度為300轉／rain，慢速攪拌速度為50~／min。含量明顯偏低，并且呈現半透明狀。因此，從經濟角度和沉淀效果來看，投加量為I～3‰ 比較適合。但是需要注意的是PAM投加量不能過大，如果PAM 投加量過大，會增加溶液粘性，反而沉降效果不理想，而且可能比自然沉降的效果要差。
　　通過實驗室實驗和生產實驗表明，使用改性聚丙烯酰胺可以加速液體聚合氯化鋁中不溶物的沉降速度，將沉降時間縮短為Id即可達到要求，產品基本上呈半透明狀，而且用量少，增加成本低(每噸液體處理成本為3"-4元)， 目前，本產品已成功在山東、河南、湖北、浙江等地應用。

3結果與討論
3．1加速沉降實驗
　　圖l為液體PAC自然沉降過程中不溶物含量的變化曲線。從圖中可以看出在前4d不溶物沉降速度比較快，而后明顯緩慢，并且自然沉降10d后不溶物含量仍然很高，在0．5％左右，不能達到優等品對不溶物含量的要求。
　　圖2為改性PAM的投加量對不溶物的影響曲線。改性PAM 的投加比例分別為0．5％0、i．0％0 、I．5％0 、3．0％0、4．5％0。結果發現，隨著PAM投加量的增加，不溶物含量可達到一等品和優等品的要求，并且與沒有使用PAM 的普通PAC相比，不溶物含量明顯偏低，并且呈現半透明狀。因此，從經濟角度和沉淀效果來看，投加量為I～3‰ 比較適合。但是需要注意的是PAM投加量不能過大，如果PAM 投加量過大，會增加溶液粘性，反而沉降效果不理想，而且可能比自然沉降的效果要差。
　　通過實驗室實驗和生產實驗表明，使用改性聚丙烯酰胺可以加速液體聚合氯化鋁中不溶物的沉降速度，將沉降時間縮短為Id即可達到要求，產品基本上呈半透明狀，而且用量少，增加成本低(每噸液體處理成本為3"-4元)， 目前，本產品已成功在山東、河南、湖北、浙江等地應用。

3．2混凝對比實驗
　　試驗原水直接利用自來水或采用高嶺土配制。各混凝劑的投加量均為20mg／L。混凝燒杯實驗結果如圖3、圖4、圖5所示。

　　 在實驗過程中，我們發現普通PAC的礬花出現時間比較晚，大約到慢速攪拌第6、7rain才出現，而且相對比較細小。不易聚集增大形成大顆粒。相對而言，820A、
820B和820C的礬花出現時間可以提前2～5rain，到快速攪拌結束時，即可看到礬花生成，隨著混凝時間的延長，礬花體積也不斷增大，而且顆粒密實，明顯好于普通
PAC。820A、820B和820C的礬花出現時間相近，就礬花增長速度和礬花大小而言，820C最好，其次是820A，然后是820B。在靜止沉淀階段，820A、820B和820C的礬花
沉降速度相對于普通PAC要快，大約沉降2～5min，濁度就可以達到較低值，而它們三者中，820C礬花沉降最快，820A次之，然后是820B。
　　由上面兩圖，我們也可以看到，對于不同濁度的低濁水，在藥劑投加量相同的情況下，820C的沉后水余濁最低，其次是820A，它們最低可以達到O．7NTU，小于 INTU，而820B的處理效果稍差于820C和820A，但沉后水余濁最好也可以達到INTU以下，它們三者除濁效果明顯好于普通PAC，除濁率相對于普通PAC最大提高近20％，而普通PAC的沉后水余濁均大于INTU，很難達到lNUT以下。同時與普通PAC達到相同的處理效果的情況下，820A、820B和820C相對可以節省藥劑量近3O％ 。

　　在圖5所述的實驗過程中，820A、820B和820C礬花出現要比普通聚合氯化鋁提前2"-‘3rain。一般在快速攪拌后，加聚胺的樣品礬花已經非常明顯，而普通聚合氯化鋁礬花出現速度更慢，尤其是水溫越低，礬花成長的速度差異越大。另外從上述實驗結果也可以看出，聚胺的比例上升，處理后水的余濁越低。