混凝是水處理中應(yīng)用非常廣泛的一個(gè)操作．當(dāng)前，聚合氯化鋁(PAC)是一種占據(jù)相當(dāng)大市場份額的主流混凝劑，其具有投藥量低、適應(yīng)性高、電中和能力強(qiáng)、形成絮體密度大、絮體生長快、產(chǎn)污泥量少等特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)與PAC中所含的高荷電的羥基聚合鋁陽離子密切相關(guān)．鋁的水解反應(yīng)及水解聚合鋁形態(tài)研究，一直是分析、材料、環(huán)境等眾多領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)．

鋁水解聚合反應(yīng)過程及其形態(tài)分布很其復(fù)雜，涉及制備途徑、反應(yīng)條件和溶液化學(xué)組成等諸多方面，因此對水解聚合鋁形態(tài)分布產(chǎn)生影響的因素就包括總鋁濃度、堿化度、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、堿化劑種類以及加堿方式和堿化速率等。

本研究采用Al-Ferron逐時(shí)絡(luò)合比色法以及廢水混凝實(shí)驗(yàn)，對不同總鋁濃度條件下制備的具有相同堿化度的PAC樣品中各種鋁形態(tài)的分布以及混凝效果進(jìn)行研究，探討總鋁濃度對PAC中鋁形態(tài)分布的影響。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與藥品

TU-1901雙光束紫外一可見分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）；ACCULAB電子分析天平（德國賽多利斯集團(tuán)）；XK78-1磁力攪拌器（姜堰市新康醫(yī)療器械有限公司）。

KAl(S04)2.12H20，AlCl3.6H20，8-羥基-7-碘-5-喹啉磺酸，NaOH，HC1等，均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

1.2PAC樣品的制備

向錐形瓶中放人一定量的AICl3水溶液，邊快速攪拌邊向瓶中滴加NaOH溶液，每滴加一滴后，當(dāng)溶液中的絮狀物溶解后，再滴加另一滴，樣品達(dá)到預(yù)定堿化度(B=2.5)后，停止滴加NaOH，繼續(xù)攪拌1h，然后在室溫下熟化24h，從而制得總鋁濃度(AlT)分別為0.2、0.5和0.75mol/L的PAC樣品。

1.3Al形態(tài)分析

采用Al-Ferron逐時(shí)絡(luò)合比色法.Ferron試劑俗稱試鐵靈，即8-羥基-7-碘-5-哇啉磺酸．在水溶液中，Al(Ⅲ)的單核羥基化臺物以及各種共聚物可與Ferron試劑進(jìn)行反應(yīng)，改變?nèi)芤侯伾纳疃龋簿畚锏木酆隙扰c形態(tài)不同，反應(yīng)速率也不同，因而可根據(jù)溶液顏色改變的速率來區(qū)分不同的形態(tài)分布。1min內(nèi)參與反應(yīng)的為Ala，即Al單體部分；1—120min內(nèi)參與反應(yīng)的為Alh，即聚合態(tài)的鋁物種，其中1—60min內(nèi)反應(yīng)的記作Alb1，聚合度較小，而60—120min內(nèi)反應(yīng)的記作Alb2，為聚合度較高的Al形態(tài)；120min內(nèi)不能參與反應(yīng)的記作Alc，主要指不溶性的Al(OH)3。

1.4廢水混凝實(shí)驗(yàn)

以1g/L的高嶺土懸濁液作為模擬廢水，取200mL在快速攪拌下分別加入相同含鋁量的各種PAC樣品，然后慢速攪拌20min，靜置沉降后，以相同投加量條件下的除濁率為指標(biāo)，比較不同PAC樣品的混凝效果．

2結(jié)果與討論

2.1總鋁濃度對Al形態(tài)分布的影響

圖1為25℃條件下，PAC溶液中各形態(tài)摩爾百分比隨總鋁濃度AIT的變化情況．

由圖1可知，當(dāng)堿化度及制備溫度一定時(shí)，總鋁濃度AIT對PAC中含各形態(tài)的量有很大影響．PAC樣品中單體態(tài)的含Ala量遠(yuǎn)低于AICl3溶液，且隨AIT的增加而略有減少；但不溶性含Alc的量在PAC樣品中要高于AICl3溶液中，且隨著AIT的增加而有所增加。

對于聚合態(tài)的Alb，PAC樣品中的含量均高于AICI3溶液，且隨AIT的增加也略有減少，但1～60min內(nèi)與Ferron反應(yīng)的低聚體Alh1隨AIT的增加減少比較明顯，而60—120min內(nèi)與Ferron反應(yīng)的高聚體Alb2隨AIT的增加則略有增加。

陳朝陽等曾通過27Al-NMR法研究發(fā)現(xiàn)，PAC溶液中Al13的含量隨總鋁濃度AlT的增加而減少，而含Al30的量則隨總鋁濃度AIT的增加而增加，Al13與Al30之和隨AIT的增加而略有減少，若將Al13和Al30分別與Alh1和Alh2對應(yīng)起來，這與本研究所得結(jié)論基本一致。

2.2混凝效果比較

圖2為幾種混凝劑對高嶺土懸濁液的除濁效果。

由圖2可以看出，幾種PAC的混凝效果均明顯好于AICl3，這與前述實(shí)驗(yàn)結(jié)論一致．由于Alh是PAC中起主要混凝作用的物種，由圖1可知，幾種PAC樣品中Alh的含量均遠(yuǎn)高于AICl3，因此，幾種PAC的混凝效果均明顯好于AlCl3。

由圖2還可以看出，3種不同總鋁濃度條件下制備的具有相同堿化度的PAC溶液相比，總鋁濃度為0.5mol/L條件下制備的PAC溶液混凝效果較好.PAC2.5(AlT=0.5mol/L)與PAC2.5(AlT=0.2mol/L)相比，二者A1h含量相差不大，前者Alh2含量較高，而其恰是混凝效果較佳的成分;而PAC2.5(AlT=0.5mol/L)與PAC2.5(AIT=0.75mol/L)相比，后者Alh含量較低，而不溶性Alc含量則較高，故導(dǎo)致其混凝效果差于前者．

3小結(jié)

總鋁濃度對聚合氯化鋁中Al形態(tài)分布有很大影響，高的總鋁濃度有利于聚合度較高的鋁形態(tài)的形成，但過高會導(dǎo)致不溶性氫氧化鋁沉淀的含量過高，從而影響其混凝效果。本研究條件下，總鋁濃度為0.5mol/L條件下制備的堿化度為2.5的PAC溶液混凝效果較好。