活性白土和聚氯化鋁制備及其在微污染水處理中的應(yīng)用*

周小麗，左衛(wèi)元，陳盛余，段艷，史兵方

活性白土和聚氯化鋁制備及其在微污染水處理中的應(yīng)用*

周小麗，左衛(wèi)元，陳盛余，段艷，史兵方

（廣西高校桂西生態(tài)環(huán)境分析和污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，百色學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，廣西百色533000）

以膨潤(rùn)土為原料制備活性白土，并利用反應(yīng)后產(chǎn)生的廢液制備聚氯化鋁（PAC）。研究了PAC用量、微污染水pH、不同溫度制備的活性白土以及活性白土與PAC聯(lián)用對(duì)微污染水處理效果的影響，以確定活性白土與PAC協(xié)同作用對(duì)微污染水處理的最佳實(shí)驗(yàn)條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，活性白土與PAC聯(lián)用，且活性白土用量為0.20 g、PAC用量為0.20 mL時(shí)可達(dá)到最佳的水處理效果，微污染水CODCr去除率高達(dá)79.40%、剩余濁度為0.6 NTU。

活性白土；聚氯化鋁；微污染水；應(yīng)用

近年來(lái)，隨著工業(yè)的快速發(fā)展以及城市化的快速推進(jìn)，由其產(chǎn)生的生產(chǎn)和生活廢水也急劇增加。根據(jù)水源的污染情況可將被污染水源劃分為重度、輕度及微污染水源。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)水中所含污染物種類較多、性質(zhì)較復(fù)雜但濃度又較低微時(shí)，通常被稱為微污染水源水。微污染水源水主要受到有機(jī)物的污染，目前從原水中檢出的有機(jī)物種類已達(dá)2 000種以上，其中屬于致癌、致畸、致突變的“三致”物質(zhì)在100種以上，污染物主要包括石油烴、揮發(fā)酚、氨氮、農(nóng)藥、重金屬、砷、氰化物、鐵、錳等，這些污染物都會(huì)對(duì)人體健康造成很大危害。隨著廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的逐漸提高，微污染水處理技術(shù)成為給水處理領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。絮凝法［1-2］是一種重要的水處理技術(shù)，絮凝劑的種類和性質(zhì)是決定絮凝處理效果的關(guān)鍵因素。聚氯化鋁（PAC）是一種無(wú)機(jī)高分子絮凝劑，本質(zhì)上是鋁離子水解—聚合—沉淀的反應(yīng)過(guò)程，具有形成絮體快、沉淀性能好等優(yōu)點(diǎn)，但當(dāng)待處理水質(zhì)變化較大時(shí)出水混濁，不能滿足實(shí)際需求。目前制備活性白土的方法大多采用濕法制備工藝［3-4］，生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生大量酸性廢水，耗水量大、污染嚴(yán)重。筆者以膨潤(rùn)土為原料制備活性白土，并利用反應(yīng)后產(chǎn)生的廢液制備PAC，將絮凝、沉淀性能均較好的PAC與吸附作用較強(qiáng)的活性白土聯(lián)用，研究其對(duì)微污染水處理效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與儀器

原料：膨潤(rùn)土（廣西田東縣膨潤(rùn)土）；鹽酸（分析純）；鋁酸鈣（分析純）；微污染水（某造紙廠廢水排出口段微污染水，濁度為15.6 NTU、pH為8.55、CODCr為63.16 mg/L，CODCr指采用重鉻酸鉀作為氧化劑測(cè)定出的化學(xué)耗氧量）。

儀器：PHS-3C精密pH計(jì)；WGZ-1濁度儀；WMX-Ⅲ-B型（CODCr、TN、TP）微波消解裝置；JJ324BC精密電子天平；ZR4-6型混凝實(shí)驗(yàn)攪拌機(jī)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 活性白土的制備

致密塊狀的膨潤(rùn)土經(jīng)干燥、研磨粉碎過(guò)150μm篩。稱取20.0 g膨潤(rùn)土5份分別置于200 mL三口圓底燒瓶中，加入60 mL濃度為8 mol/L鹽酸，置于恒溫水浴鍋中在攪拌條件下反應(yīng)3 h。反應(yīng)結(jié)束后過(guò)濾，用蒸餾水反復(fù)沖洗，然后放入恒溫干燥箱中于100℃干燥12 h得活性白土。

1.2.2 聚氯化鋁的制備

移取100 mL制備活性白土的濾液于250 mL三口圓底燒瓶中，加熱至85℃，在攪拌條件下緩慢加入15.0 g鋁酸鈣，繼續(xù)加熱到100℃，攪拌反應(yīng)2 h，冷卻，所得上清液即為聚氯化鋁。作為絮凝劑使用時(shí)將該產(chǎn)品稀釋10倍。

1.2.3 絮凝實(shí)驗(yàn)

絮凝實(shí)驗(yàn)采用混凝攪拌方式［5］。取一定量微污染水加入燒杯中，加入活性白土或聚氯化鋁，混凝后取上清液分析，考察活性白土或聚氯化鋁加入量對(duì)微污染水CODCr去除率和剩余濁度的影響。在此基礎(chǔ)上考察活性白土和聚氯化鋁協(xié)同作用對(duì)微污染水的處理效果。先加入0.20 g活性白土，然后滴加不同量PAC，混凝后取上清液分析，考察不同PAC加入量對(duì)微污染水CODCr去除率和剩余濁度的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 PAC用量對(duì)CODCr去除率和剩余濁度的影響

取6份250 mL微污染水，加入不同量PAC，考察PAC用量對(duì)CODCr去除率和剩余濁度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1a、b。從圖1a看出，隨著PAC用量增加微污染水CODCr去除率呈先增加后降低的趨勢(shì)，當(dāng)PAC用量為0.10 mL時(shí)CODCr去除率最大（49.33%）。從圖1b看出，隨著PAC用量增加剩余濁度呈現(xiàn)先降低然后平穩(wěn)再升高的趨勢(shì)。這是因?yàn)?，?dāng)PAC用量增大時(shí)，其電中和能力和吸附作用增強(qiáng)，使剩余濁度降低，CODCr去除率提高；當(dāng)PAC用量過(guò)多時(shí)，膠體所帶電荷發(fā)生逆轉(zhuǎn)，膠體之間產(chǎn)生排斥力，水中的膠粒又重新獲得穩(wěn)定，出現(xiàn)反脫穩(wěn)現(xiàn)象，絮凝效果變差［5］。當(dāng)PAC用量為0.08～0.10 mL時(shí)剩余濁度小于3 NTU，且PAC用量為0.10 mL時(shí)CODCr去除率為49.33%，因此PAC最佳用量為0.10 mL。

圖1 PAC用量對(duì)CODCr去除率（a）和剩余濁度（b）的影響

2.2 微污染水不同pH下PAC對(duì)CODCr去除率和剩余濁度的影響

取6份250 mL微污染水，用0.10 mol/L鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)至不同pH，再分別滴加0.10 mL PAC，考察pH對(duì)CODCr去除率和剩余濁度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2a、b。由圖2a看出，隨著pH增加CODCr去除率先增加后降低，當(dāng)pH為9.0時(shí)CODCr去除率最高（57.62%）。由圖2b看出，隨著pH增加剩余濁度先降低后增加，當(dāng)pH為9時(shí)剩余濁度最低（2.6 NTU）。這是因?yàn)?，?dāng)pH過(guò)低時(shí)水中陽(yáng)離子較多，混凝劑電中和能力減弱，CODCr去除率較低，剩余濁度較大；隨著pH增大即當(dāng)pH為8～9時(shí)，滴加的PAC水解生成的低電荷的正電多核絡(luò)離子或金屬化合物凝聚物對(duì)脫穩(wěn)的微粒產(chǎn)生黏結(jié)架橋作用使膠粒聚集沉淀，從而使剩余濁度降低、CODCr去除率增大；當(dāng)pH大于9時(shí)PAC容易水解，混凝效果較低［6］。

圖2 微污染水不同pH下PAC對(duì)CODCr去除率（a）和剩余濁度（b）的影響

2.3不同溫度制備的活性白土對(duì)CODCr去除率和剩余濁度的影響

取5份250 mL微污染水，分別加入不同溫度制備的活性白土，再分別滴加0.10 mL PAC，考察不同溫度下制備的活性白土對(duì)CODCr去除率和剩余濁度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3a、b。從圖3a看出，隨著活性白土制備溫度的升高CODCr去除率先略降低后升高再降低，當(dāng)制備溫度為80～90℃時(shí)CODCr去除率均較高（在63%左右）。從圖3b看出，加入不同溫度制備的活性白土剩余濁度均在3.0 NUT以下。隨著制備溫度的升高剩余濁度先降低后升高，當(dāng)制備溫度為90℃時(shí)剩余濁度最低（為1.4 NUT）?；钚园淄辆哂形矫撋墓δ埽晌轿鬯械念伾?、混濁物、重金屬離子和怪味等?；钚园淄猎谒峄瘯r(shí)形成的微孔網(wǎng)格結(jié)構(gòu)可以搭載不同的化學(xué)物質(zhì)，除去不同的污染源。由于活性白土晶胞帶有負(fù)電荷，因此還具有吸附陽(yáng)離子的性能。但是活性白土的性能受制備溫度的影響，90℃制備的活性白土對(duì)微污染水中CODCr去除率達(dá)到63.63%，剩余濁度降為1.4 NTU。因此活性白土的最佳制備溫度為90℃。

圖3 不同溫度制備的活性白土對(duì)CODCr去除率（a）和剩余濁度（b）的影響

2.4 活性白土聯(lián)合不同用量PAC對(duì)CODCr去除率和剩余濁度的影響

取6份250 mL微污染水，調(diào)節(jié)pH為9，分別加入0.20 g在90℃制備的活性白土，再分別滴加不同量PAC，測(cè)定微污染水CODCr和剩余濁度變化，結(jié)果見(jiàn)圖4a、b。從圖4a看出，當(dāng)PAC用量為0.20～0.25 mL時(shí)CODCr去除率達(dá)到79.40%，比單一加入PAC時(shí)的處理效果提高30%。從圖4b看出，當(dāng)PAC用量為0.20 mL時(shí)微污染水濁度最低為0.6 NTU。這表明活性白土和PAC聯(lián)合處理微污染水時(shí)有協(xié)同增效作用，且當(dāng)活性白土投加量為0.20 g時(shí)PAC的最佳用量為0.20 mL。

圖4 加入0.20 g活性白土后PAC用量對(duì)CODCr去除率和剩余濁度的影響

3 結(jié)論

以膨潤(rùn)土為原料，在制備活性白土的同時(shí)以其廢液制備聚氯化鋁。研究了單一的聚氯化鋁、活性白土以及兩者聯(lián)合作用對(duì)微污染水的處理效果。結(jié)果表明，與單一的聚氯化鋁或活性白土相比，聚氯化鋁和活性白土聯(lián)用對(duì)微污染水的處理效果較好，在聚氯化鋁用量為0.20 mL、活性白土用量為0.20 g條件下微污染水的CODCr去除率可達(dá)到79.40%，處理后水的CODCr降至4.21 mg/L，剩余濁度為0.6 NTU。

［1］張翔，段建榜，李瑞歌，等.煉鈣還原渣和煤矸石制備聚合氯化鋁的研究［J］.無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2016，47（4）：66-68.

［2］鄭懷禮，高亞麗，蔡璐微，等.聚合氯化鋁混凝劑研究與發(fā)展?fàn)顩r［J］.無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2015，47（2）：1-5.

［3］劉曉東，馬小隆，呂憲俊.活性白土制備工藝條件優(yōu)化研究［J］.非金屬礦，2004，27（3）：30-32.

［4］吳杰.膨潤(rùn)土制備活性白土及廢液后處理研究［D］.長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2008.

［5］李潤(rùn)生.水處理混凝劑的評(píng)價(jià)［J］.無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2017，49（5）：1-4.

［6］Zularisam A W，Ismail A F，Salim M R，et al.Application of coagulation-ultrafiltration hybrid process for drinking water treatment：Optimization of operating conditions using experimental design［J］. Sep.Purif.Technol.，2009，65（2）：193-210.

Preparation of activated clay and polyaluminum chloride and application in micro-polluted-water treatment

Zhou Xiaoli，Zuo Weiyuan，Chen Shengyu，Duan Yan，Shi Bingfang
（Guangxi Colleges and Universities Key Laboratory of Regional Ecological Environment Analysis and Pollution Control of West Guangxi，College of Chemistry＆Environment Engineering，Baise University，Baise 533000，China）

Activated clay was prepared by bentonite and polyaluminum chloride was prepared by the waste fluid in the preparation of activated clay.The influences of dosage of PAC，pH of the micro-polluted-water，activated clay prepared at different temperatures，and the application of PAC and activated clay on the micro-polluted-water treatment effect were studied，and the optimal experiment conditions were confirmed.Results showed that the treatment effect for micro-polluted-water was better when the activated clay was used with PAC，especially when dosage of the activated clay was 0.20 g and the amount of PAC was 0.20 mL，CODCrremoval rate of the micro-polluted-water could reach up to 79.40%and the residual turbidity was 0.6 NTU.

activated clay；polyaluminum chloride；micro-polluted-water；application.

X522

A

1006-4990（2017）09-0055-03

2017-03-18

周小麗（1981—），女，碩士，主要從事水污染控制研究。

史兵方，博士，教授。

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41163007）；廣西高?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（KY2015LX387，2013LX156）；百色學(xué)院院級(jí)項(xiàng)目（2015KAN02）。

聯(lián)系方式：shibingfang@126.com