分析了聚合硫酸鋁生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了聚合硫酸鋁生產(chǎn)技術(shù)的研究方向和發(fā)展前景。

        聚合硫酸鋁；工藝；進(jìn)展

1. 前言

        我國是水資源短缺和污染比較嚴(yán)重的國家之一，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，用水量急劇增加，工業(yè)廢水也相應(yīng)增加，不論飲用水，工業(yè)用水，還是廢水都必須經(jīng)過處理才能使用或排放。大力發(fā)展水處理化學(xué)品對節(jié)約用水、治理污水起著重要的作用。水處理劑是工業(yè)用水、生活用水、廢水處理過程中所必需使用的化學(xué)藥劑。其中絮凝劑是水處理劑中的一種，作為水處理方面的絮凝劑主要是無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑，無機(jī)絮凝劑主要為鐵鹽和鋁鹽兩大類，由于有機(jī)高分子絮凝劑可能存在的毒性，加之價格昂貴等原因，很少在凈水處理上應(yīng)用。鐵鹽絮凝荊，其絮凝效果不錯，但由于鐵離子對飲用水及各種工業(yè)用水有著不良影響及其使用時對設(shè)備的強(qiáng)烈腐蝕性，在給水處理中一般也不予使用。在水處理方面，應(yīng)用最廣泛的還是鋁鹽絮凝劑。隨著水處理工業(yè)的發(fā)展，對絮凝劑的絮凝性能提出了更高的要求，聚鋁作為一種高效的無機(jī)絮凝劑，其絮凝性能是普通鋁鹽絮凝效果的2～3倍，這類絮凝劑是由若干結(jié)構(gòu)簡單的堿式鋁離子如Al(OH)²⁺、Al₂(OH)₂、Al₃(OH)₄等進(jìn)一步水解，縮合生成的復(fù)雜多核多羥基配位聚合物，它們都是通過中和懸浮粒子表面電荷，再經(jīng)過凝聚和絮凝兩個步驟而達(dá)到凈水效果的。因此對聚合硫酸鋁絮凝劑進(jìn)行研究，探討其最佳工藝過程，制備穩(wěn)定高效的水處理絮凝劑具有很大的現(xiàn)實意義。 

2. 現(xiàn)狀與進(jìn)展

        目前，普遍使用的無機(jī)高分子絮凝劑有鐵系和鋁系兩大類，聚合硫酸鋁和聚合硫酸鐵分別是鋁系和鐵系的典型代表，兩者有著不同的絮凝特性。聚合硫酸鋁水解弱，絮凝體積小，疏松，沉降慢，但殘余色度小，性能指標(biāo)如表1所示；而聚合硫酸鐵水解強(qiáng)，絮凝體積大，密實，沉降快，強(qiáng)度好，但殘余色度大。
 

 

        作為水處理方面的絮凝劑主要是鐵鹽和鋁鹽兩類無機(jī)化合物，由于有機(jī)合成高分子絮凝劑可能存在的毒性，加之價格較貴，很少在凈水處理中應(yīng)用。鐵鹽絮凝劑主要有二氯化鐵、硫酸(亞)鐵、聚合硫酸鐵等，但是由于鐵離子對飲用水及各種工業(yè)用水有著不良影響及其使用時對設(shè)備的強(qiáng)烈腐蝕性，在給水處理中一般也不予使用，在水處理(飲用水、給水、廢水等)工藝上應(yīng)用最廣泛的還是鋁鹽絮凝劑，它主要有硫酸鋁、氯化鋁、硫酸鋁鉀等無機(jī)絮凝劑，它們在水處理上發(fā)揮著重要作用，但是隨著水處理工業(yè)的發(fā)展，對它們無論是在絮凝性能上還是藥劑投加量上都提出了更高的要求，有文獻(xiàn)報道，為了提高鋁鹽的絮凝效果和減少鋁鹽藥劑的投加量，采用堿化度為30%-55%。添加穩(wěn)定劑如灑石酸一灑石酸鈉(1:2)來提高聚合硫酸鋁穩(wěn)定性，以達(dá)到較長期貯存的目的。

        隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，用水量急劇增加，工業(yè)廢水也相應(yīng)增加，不論飲用水、工業(yè)用水，還是廢水都必須經(jīng)過處理才能使用或排放。水處理方法很多，如絮凝沉淀法、生化法、離子交換法等等。但是應(yīng)用最廣泛、成本最低的處理方法還是絮凝沉淀法。

        許多科研工作者進(jìn)行了聚合硫酸鋁絮凝劑的研究。據(jù)報道，以硫酸鋁為原料采用中和法研制聚合硫酸鋁新型絮凝劑，并針對聚合硫酸鋁穩(wěn)定性相對較差這一缺點，進(jìn)行了聚合硫酸鋁穩(wěn)定劑的選擇及劑量確定工作。通過對其性能研究表明，聚合硫酸鋁無論是在絮凝性能上還是投加量上都比傳統(tǒng)Al₂(S04)₃絮凝劑優(yōu)越，并且它有更寬廣的溫度使用范圍和對原水pH的適用范圍。在水處理的實際應(yīng)用上表明，聚合硫酸鋁對工業(yè)用水和工業(yè)廢水都有良好的處理效果，且投加量小也有以硫酸鋁為原料，采用堿法進(jìn)行實驗，選用尿素、氫氧化鈣、碳酸氫鈉三種典型的堿化劑，研究反應(yīng)溫度、pH值、堿化度對聚合硫酸鋁絮凝效果的影響，找到最佳的反應(yīng)溫度、最佳pH值和最佳堿化度；發(fā)現(xiàn)氫氧化鈣作為聚合硫酸鋁制備的堿化劑比較經(jīng)濟(jì)；最佳聚合反應(yīng)溫度為84℃左右，pH 值為3.5左右，堿化度控制在60% 左右，制得的產(chǎn)品不僅具有優(yōu)異的絮凝效果，而且其本身還具備了一定的穩(wěn)定性，在此基礎(chǔ)上加入檸檬酸作為穩(wěn)定劑，可以制得性能優(yōu)異而穩(wěn)定的聚合硫酸鋁產(chǎn)品。

        在生產(chǎn)工藝上，先加入穩(wěn)定劑，然后進(jìn)行熟化，這樣不僅可以提高熟化溫度，而且可以起到提高產(chǎn)品質(zhì)量的作用。另外一種聚合硫酸鋁合成工藝，是以硫酸鋁、碳酸氫鈉等物質(zhì)為原料，反應(yīng)溫度70℃；反應(yīng)時間2h，合成出聚合硫酸鋁(PAs)，其pH值為4.1，堿化度為58%，鋁含量(以A1₂0₃計)為16.0%，其合成反應(yīng)式如下：2kAl₂(S0₄)₃·14H₂O+6KNaHC0₃+ H₂0₂[Al₂(OH )₃(SO4)1．5]k +3KNa₂SO₄+yH₂O+6KCO₂其通式可用Al₂((0H)(SO4)₃ 一n/2 )k，表示，式中1≤n≤6，k≤10，為了提高合成出的PAS穩(wěn)定性，向PAS中加入少量有機(jī)酸作穩(wěn)定劑．熟化3-4天，制得產(chǎn)品。

        聚合硫酸鋁鐵可以處理含硫油田污水，在處理二次采油后得到的含一定量聚丙烯酰胺的石油污水過程中，部分油井污水出現(xiàn)大量S ^2- 離子，濃度超過20mg/l，采用鋁鹽體系不能使含聚合物油田污水完全澄清，而鐵鹽或鐵鹽加酸體系加入后立刻出現(xiàn)大量黑色沉淀，雖然加大鐵鹽用量可使黑色沉淀消失，但成本大大增加；研究發(fā)現(xiàn)，在酸性條件下加入三價鐵鹽(硫酸鐵或三氯化鐵)制成混合液處理含S ^2- 油田污水均可以加快沉降速度，減少用藥量，提高絮凝效果。鐵鹽加入量由于聚合硫酸鋁鐵的吸附與接枝共聚可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論上產(chǎn)生Fe₂S₃沉淀的Fe³⁺最大容忍濃度，從而達(dá)到既加強(qiáng)絮凝效果又避免黑色沉淀的雙重目的。

3. 新技術(shù)展望

        研究人員已經(jīng)制備出含多元離子的聚合硫酸鋁，以硫酸鋁為原料，對其混凝特性進(jìn)行了實驗研究，考察了它的最佳混凝性能和穩(wěn)定性條件，并就實驗結(jié)果進(jìn)行了性能對比。指出，制備多元離子聚合硫酸鋁MPAS時，A1²0₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)控制在8.0%～8.5 %為宜。結(jié)果表明，多元離子聚合硫酸鋁比硫酸鋁和傳統(tǒng)的聚合硫酸鋁具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性和混凝除濁性能。該項研究重新探索了PAS的生產(chǎn)工藝，在聚合反應(yīng)過程中添加有協(xié)同作用的無機(jī)鹽，使之成為含有多種離子的復(fù)合型PAS，以期獲得高效、低耗的效果，對于減少鋁離子的累積性危害，提高水質(zhì)有著現(xiàn)實的積極作用。

        據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)，利用粉煤灰和黃鐵礦燒渣一步合成新型絮凝劑聚合硫酸鋁鐵(PAFS)。在污水處理的除濁試驗中，各項指標(biāo)如PAFS的適宜投藥量、沉降時間和最佳pH值，與市售PAC絮凝劑進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，PAFS絮凝劑除濁效果優(yōu)于PAC，是值得重視的一種無機(jī)復(fù)合絮凝劑。

4. 結(jié)論

        目前國內(nèi)外大部分凈水廠采用的混凝劑仍以鋁鹽和鐵鹽最為普遍，其中硫酸鋁最具廣泛的代表性。為了改善絮凝效果，減少藥劑用量，達(dá)到提高水質(zhì)、降低成本的目的，聚合鋁和聚合鐵異軍突起，它的優(yōu)越性能廣為人們所重視，并成為無機(jī)鹽混凝劑研究與應(yīng)用的發(fā)展方向。

        在給水處理方面，應(yīng)用較為廣泛的仍是聚合氯化鋁(PAC)，聚合硫酸鋁(PAS)的研究與開發(fā)相對滯后，它的制備技術(shù)研究尚不夠廣泛和深入。聚合硫酸鋁絮凝劑國外已有報道，但在國內(nèi)，這方面工作還較相對落后，因此積極研究和開發(fā)聚合硫酸鋁這類無機(jī)高分子絮凝劑具有重要的現(xiàn)實意義。 

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