铝铁复合混凝剂的研究新进展

甘莉，甘光奉
（江汉石油学院 化学工程系，湖北 荆州 434023）

　　摘要：铝铁复合高分子混凝剂具有高效、稳定性较高、原料来源广、价格低廉等特声、，因而其研制和应用已成为人们关注的焦点。本文综述了近年来聚合铝铁的发展现状，着重介绍了其主要性能以及在水和废水处理中的应用情况。
　　关键词：混凝剂；铝铁复合混凝剂；聚合铝铁；给水处理；废水处理
　　中图分类号：TU991.22
　　文献标识码：B
　　文章编号：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

　　铝和铁具有许多相似的性质，如原子共价半径。离子半径都比较相近，Fe³⁺，Al³⁺均具有相同的电荷，它们易水解，其盐具有共价性。因此，它们可通过交叉共聚，形成多核、更长。更稳定的分子链，得到混凝效果更好的无机高分子复合混凝剂——聚合铝铁。这类复合混凝剂兼有聚铝和聚铁的特点，既能克服铝盐处理的矾花生成慢、矾花轻。沉降慢的缺点，又能克服铁盐的出水不清、色度高的缺点。通常以铝盐为主，铁盐为辅，其价格比PAC略高一点点。近几年来，研制和应用这类混；凝剂已成为热点和发展的明显趋势。我国在这一领Z域内比较活跃，发表的论文和公布的专利较多。主要原材料是铝盐、铁盐和硅酸盐以及含铝铁等元素的矿物。矿渣废料，因而其原料来源广，同时生产工艺比较简单，有利于开发利用。我国已开发的铝限复合混凝剂种类较多，我们将它们分为3大类：只含两种阳离子的铝铁复合混凝剂，含有多种阴离子的铝铁复合混凝剂，以及含有其它阳离子的铝铁复合混凝剂。

1. 只含两种阳离子的铝铁复台混凝剂

　　在这类复合混凝剂中，除铝、铁外，不含其它金属离子（即使有，也很少），阴离子则以一种为主。可以说，其组成相对比较简单，纯度较高。无疑这对原料有较高的要求。由于杂质少，特别是有害物质少，则它们适用于饮用水的处理。对这类混凝剂研究也比较深入，其中部分产品已进入国内水处理市场。这类混凝剂主要有以下几种：
1.1 聚合氯化铝铁（PAFC）
　　通常采用PAC与FeCl₃（或和FeCl₂）反应，或者AlCl₃或低聚氯化铝与铁反应，再进行羟基化聚合，就可制得聚合氯化铝铁。或将粉碎的铝土矿放入反应釜中与盐酸反应，然后将其倒入搅拌池中，并加入高铝灰和水，搅拌3－5h，沉淀即为产品。PAFC产品为淡黄色、暗黄色片状、粒状或粉状固体，易溶于水，在空气中易潮解。液体产品为淡黄色透明或悬浊液，相对密度＞1.2，w（Al₂O₃）＝6.0％－6.5％，w（Fe₂O₃）＝4.0％－4.3％，盐基度为 30％－50％，pH值（1％水溶液）为 2－3。该产品用于生活饮用水。工业用水的净化和各种污水的化学处理。如某电子管厂用PAFC处理浊度为319NTU的废水，投加量为0.4或0.6 mg/L，处理后的水无色透明，重金属达标。某厂最初用PAC和PFS处理电镀废水，钢总是不能达标，采用PAFC后各项指标均达标。用PAFC处理生产洗涤剂的废水，比用PAC，PFS和PFSC的效果要好得多。因此，PAFC是聚铝和聚铁的替代产品^[1-7]。
1.2 聚合硫酸铝铁（PAFS）
　　以铝土矿、高铝灰、硫酸为原料，接与PAFC相同的工艺过程制备PAFS。也可在反应器中，依次加入硫酸亚铁、硫酸铝、水、硫酸及硝酸铝，通入空气并进行搅拌，氧化、水解、聚合反应约0.5h，得到红棕色透明液体，盐基度达19％，ρ（Fe³⁺）161.4 g／L，ρ（Al³⁺）7.0 g／L。PAFS用于炼油工业废水的处理，采用浮选法和投加 PAFS（8或10 mg／L），去油率达99％，COD降低 88.5％。PAFS用于污泥脱水，具有最佳投加量小，滤饼含水率低，滤液透光性好，澄清度高等特点。其效果均明显优于PAC和PFS^[7-10]。
1.3 聚合硅酸铝铁（PSAF）
　　通常将高模数（M≥3.0）的水玻璃稀释，在快速搅拌下滴加稀硫酸，至pH值约为5.7，放置一段时间后使其聚合，然后加入硫酸铝和硫酸铁溶液，陈化一段时间后即得PSAF。它是透明、均一、呈红褐色的溶液，稳定性好，可放置2－3个月。用n（Fe）／n（Al）＝1：3，n（SiO₂）／n（Fe+Al）= l：3的 PSAF，在 pH＝10的条件下，可使合成洗涤剂废水中的LAS去除率达到90％以上。用于松花江水的除浊处理，处理后的残余浊度小（1.6度），完全符合我国生活饮用水卫生标准。其它文献也说明PSAF具有较优的混凝性能，其用量少，适宜的pH值范围较宽，形成矾花迅速，并且絮体粗大结实，是一种有发展前途的净水剂^[11-16]。

2 含有多种阴离子的铝铁复合混凝剂

　　应用表明，在聚合铝（铁）中，引入一定量的高价阴离子，如SO₄^2-，PO₄^3-后，能提高聚合铝的分子量和稳定性，也使多核配合物的电荷量增高，从而有更好的混凝效果 在共存阴离子中，研究较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 聚合硫酸氯化铝铁（PAFCS）
　　把矿渣中的有效成份铁。铝置换出来，再用添加剂调聚，就可制得PAFCS。其主要技术指标：外观为深棕红色透明液体；密度（2℃）为 1.2 g／cm³；w（Al₂O₃）＝8%－12%；w（Fe₂O₃）＝0.8％－1.3％；；w（SO_42-）＝2%－4％，pH 2.5－4；碱化度50％－75％。采用PAFCS处理印染废水，投加量为 500 mg／L时，色度去除率高达 98％。PAFCS比明矾和PAC具有更高的除浊性与更快的沉降速度及更低的处理成个，很有可能成为后两种净水剂的替代品而具有很大的市场潜力^[17-19]。
2.2 聚合硫基硅酸铝铁（PAFSSC）
　　将活性粘土与 HCl－H₂SO₄混合酸在 90－110℃反应Zh，冷却分离，制得铝铁酸性溶液。然后在其中投加铝酸钙矿粉，于80－100℃反应1－2h，再加入预先用水玻璃加稀硫酸制得的活性硅酸，反应0.5h，沉降后可得液体的PAFSSC产品，其主要质量指标：w（Al₂O₃）＝10.01％，w（Fe₂O₃）＝1.82％，盐基度68.7％，水不溶物0.2％，pH（l％水溶液）4.2。此净水剂除浊效果明显优于单独投加 PAC或 PFS。

3 含有其它阳离子的铝铁复合混凝剂

　　在铝铁复合混凝剂中，除了铝、铁外，还含有其它的金属，如钙。镁等。这些“杂质”金属离子的出现，是由不纯的原材料带来的。实验表明，象钙、镁这类金属离子，常可提高主体混凝剂的絮凝效果，对某些工业废水来说，效果比较显著。诚然，杂质并非都是有益的。事实上，以矿物、矿渣废料为原料制得的复合混凝剂，常使产品重金属含量偏高，从而限制了产品的应用范围。
3.1 含有钙的铝铁复合混凝剂
　　以含铝、铁的煤研石、高岭土、铝矾土为原料制得的硅钙复合型聚合氯化铝铁（SCPAFC）用于制革废水（ρ（SS）为 300mg／L，浊度为 1000 NTU左右，COD为 1000 mg／L左右，PH为6.5－8）的处理，浊度去除率为99％，SS去除率为95％，COD去除率为90％，Cr3的去除率为85％左右。各项性能均优于 PAC的2倍以上。SCPAFC还可用于生活和生产用水及其它废水的净化处理，效果优良”^[20]。以铝厂赤泥为原料，经过酸溶、活化聚合等步骤，制备出以PAC为主，同时含有铁、硅、钙等有效成分的复合混凝剂。对直接耐酸大红溶液和分散黄溶液的脱色试验结果表明，其脱色效果优于PAC和PFS^[21]。以聚合硫酸铝铁、钙盐为主的多聚物XG977，适合于处理含油废水。在投加量相同条件下，处理效果明显优于PAC，并且污泥体积小，沉降仕能也优于PAC，综合处理费用比PAC低20％^[20]。
3.2 含有镁的铝铁复合混凝剂
　　利用废弃物硼泥和含AlCl₃的盐酸废液制得的黄褐色硼泥复合混凝剂固体，在处理ρ（COD）为420 mg／L、色度＜200倍，pH＞8.0的印染废水时，投加 0.3 g／L一次处理可达排放标准，COD去除率达 67％，SS及色度去除率均达 98％以上，比PAC的处理效果好，而成本仅为PAC的 1／10－l／8^[23-24]。用硼泥复合混凝剂处理制革废水和生活污水时，效果都很好^[25-26]。用氢氧化铝。氯化铁、氯化镁和盐酸为原料，制备了复合混凝刘铁镁铝聚合物FMA，其对硅藻土模拟水样的絮凝沉降性能远优于PAC。在处理印染废水。造纸废水及采油污水时，均取得了良好的效果。含有铁、镁、铝等多种离子的新型复合混凝剂PAFM，对成分复杂的工业印染废水具有良好的脱色效果和COD去除能力，而且pH 值适应范围较宽。
3.3 铝铁锡共聚物
　　新研制成功的铝铁锡共聚物，对模拟水样处理的初步实验结果表明，这种混凝剂有可能成为比铝铁共聚物更为优良的混凝剂。

4 结语

　　综上所述，我国对铝铁复合混凝剂的研究开发、生产和应用诸方面均取得了可喜的进展，但还存在不少问题，主要有：开发出来的品种多，而大量生产和广泛使用的品种少；缺乏理论指导，因而出现简单复配、拼凑的“新品种”；多数厂家生产工艺设备比较落后，产品质量不够稳定，有的产品含有较高的水不溶物和一些有害杂质。这些都直接或间接地影响了铝铁复合混凝剂的广泛应用。只有克服上述问题，才能加速我国聚合铝铁混凝剂工业逐步走上规模化、系列化的道路，满足环保事业日益增长的需求。

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　　作者简介：甘莉（1972－），女，湖南江华人，讲师，硕士，现主要从事环境工程专业的教学和科研工作，电话（0716）8431946。