摘要：目前，傳統(tǒng)無(wú)機(jī)凝聚劑正逐漸被無(wú)機(jī)高分子絮凝劑所取代，聚合氯化鋁是由一系列的多鋁多羥基絡(luò)合物所組成，它們的結(jié)構(gòu)特征決定了它們的絮凝性能。本文介紹了聚合氯化鋁（PAC）的基本性質(zhì)、絮凝形態(tài)、混凝機(jī)理及應(yīng)用。

污水廢水處理工藝中，混凝過(guò)程（混合、凝聚、絮凝）是常規(guī)給水處理和污水處理的重要環(huán)節(jié)，它決定著后續(xù)流程的運(yùn)行工況、出水質(zhì)量和處理成本，因而成為環(huán)境工程中重要的研究開發(fā)領(lǐng)域。聚合氯化鋁的固體產(chǎn)品具有吸附活性強(qiáng)、沉淀快、適應(yīng)pH值范圍高、水溫適用性好等優(yōu)勢(shì)，其凈水效果是Al₂(SO₄)₃的4-5倍，是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣的水處理劑之一。

1、聚合氯化鋁的基本性質(zhì)

聚合氯化鋁（PAC）是一種具有代表性的無(wú)機(jī)高分子絮凝劑。它可以通過(guò)多種方法進(jìn)行制備，常用方法為鋁酸鈣鹽酸酸溶一步法和鋁礬土與鋁酸鈣結(jié)合酸溶2步法，但這種方法制備成本很低，產(chǎn)品中重金屬離子偏高，產(chǎn)品可用于工業(yè)廢水處理。

聚合氯化鋁一般表示為[Al₂(OH)_nCl_6-n]_m，其中n可取1-5中間的任何整數(shù)，m則為＜10的整數(shù)。根據(jù)新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的修訂結(jié)果和無(wú)機(jī)鹽命名規(guī)則，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將PAC命名為聚合氯化鋁，并采用通式Al_n(OH)_mCl_3n-m表示，是一類聚合氯化鋁聚合物的總稱。

2、聚合氯化鋁的較佳絮凝形態(tài)

現(xiàn)廣泛采用表征聚合氯化鋁中聚合物種類的方法主要有Ferron比色法和AINMR核磁共振法。

Ferron試劑與Al（Ⅲ）中的單體及不同聚合物有不同的反應(yīng)速率，從而采用Ferron逐時(shí)絡(luò)合分光光度法能把它們分為3類，Ala包括單體及初聚物（Al_1-3），Alb包括低聚物（如Al_6-8）和中聚物（Al₁₃），Alc包括高聚物（Al_＞13）和溶膠態(tài)。

利用Ferron法測(cè)定的Alb或與核磁共振法測(cè)定的中聚物（Al₁₃）數(shù)量相同。目前對(duì)于中聚物（Al₁₃）和高聚物（Al_＞13）在混凝過(guò)程中發(fā)揮的作用較有爭(zhēng)議。這在聚合氯化鋁的宏觀性質(zhì)上反應(yīng)在鹽基度對(duì)混凝效果的影響，實(shí)際應(yīng)用中聚合氯化鋁中氧化鋁和鹽基度是同樣重要的指標(biāo)。

3、聚合氯化鋁的混凝機(jī)理

PAC對(duì)水中膠體顆粒或膠體污染物的混凝是Al³⁺鹽水解一聚合產(chǎn)物對(duì)其進(jìn)行電性中和、脫穩(wěn)和吸附架橋作用生成粗顆粒絮凝體而去除的。為了說(shuō)明Al³⁺鹽水解一聚合產(chǎn)物的作用條件，一些學(xué)者研究并給出了各種混凝區(qū)域圖，例如表明藥劑投加量C和顆粒物表面積濃度的C-S圖，C和pH關(guān)系的LgC-ph圖以及LgC-LgS-pH圖等，還利用表面化學(xué)和電化學(xué)中雙電層概念，通過(guò)有效擴(kuò)散層電荷密度、電位和有效碰撞系數(shù)的計(jì)算得到了絮凝效率n/n0，n0和n分別為混凝前后顆粒物的濃度。

Al³⁺鹽水解一聚合產(chǎn)物是由一些不同聚合度的聚合陽(yáng)離子所組成。他不僅可處理生活用水，也可處理工業(yè)廢水和去除一些有害陰、陽(yáng)離子。它們?cè)谒幚砑夹g(shù)領(lǐng)域中的作用可概括為：（1）對(duì)水中膠體顆粒污染物進(jìn)行電性中和脫穩(wěn)的凝聚作用；（2）對(duì)已凝聚的次生粗大顆粒進(jìn)行吸附架橋的絮凝作用；（3）除去水中有害離子的吸附和絡(luò)合作用。絮凝作用更多地決定于Al³⁺鹽水解一聚合產(chǎn)物中多聚體的表面結(jié)構(gòu)特征。多聚體表面上極性活性部位應(yīng)該和被凝聚的次生粗大顆粒表面上活性部分進(jìn)行較強(qiáng)烈的相互作用，即只有二者的表面結(jié)構(gòu)相適應(yīng)，絮凝過(guò)程才能自動(dòng)向體系能量減小的方向進(jìn)行。

4、PAC在水處理的應(yīng)用

4.1 造紙廢水的處理

采用PAC混凝沉淀處理造紙中段水，隨著鹽基度的增加，COD和SS的去除率增加。但是鹽基度＞75%后，去除率轉(zhuǎn)而下降。溫度25℃下，投加鹽基度為75%的PAC 0.6g·L^-1，能使出水達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。原水質(zhì)pH=8.0，COD=1.3g/L，SS=0.666g/L，聚合氯化鋁鹽基度對(duì)處理效果的影響如下表所示。

表1聚合氯化鋁鹽基度對(duì)處理效果的影響

4.2 洗滌廢水處理中的應(yīng)用

洗滌廢水中含有大量表面活性劑。在洗滌廢水中投加PAC，將產(chǎn)生大量帶有正電荷的陽(yáng)離子及羥基橋聯(lián)形成的多核高電荷配合離子，它們對(duì)懸浮膠粒表面的電荷有很強(qiáng)的吸附電中和能力和壓縮雙電層能力，致使膠體粒子脫穩(wěn)，形成的高聚合氫氧化物把污染物吸附沉淀網(wǎng)捕分離出水體。

4.3 機(jī)械加工廢水處理中的應(yīng)用

機(jī)械加工過(guò)程中普遍使用乳化液作為冷卻、潤(rùn)滑、清洗和防銹劑來(lái)提高產(chǎn)品的質(zhì)量。采用靜態(tài)混凝處理乳化廢液，投加2g·L^-1的PAC，2mL·L^-1的PAM（8%），較佳pH值范圍6.5-7.5，混凝時(shí)間6min，靜態(tài)分離時(shí)間60min，出水清澈透明，油含量小于10mg·L^-1，COD約800mg·L^-1。若再經(jīng)煤渣灰吸附處理，出水油含量小于3mg/L，COD＜30mgL·L^-1。

5、小結(jié)

（1）PAC對(duì)水中膠體顆粒或膠體污染物的混凝是Al³⁺鹽水解一聚合產(chǎn)物對(duì)其進(jìn)行電性中和、脫穩(wěn)和吸附架橋作用生成粗顆粒絮凝體而去除的。

（2）實(shí)踐證明在水處理中使用PAC替代傳統(tǒng)的鐵鋁鹽混凝劑，可明顯提高水處理凈化效能，降低處理成本，改善出水水質(zhì)。

（3）進(jìn)一步對(duì)聚合氯化鋁進(jìn)行改良，開發(fā)新型混凝劑，如PAC-高分子復(fù)配體、PAC-陽(yáng)離子配合體等，提高其水處理能力。