絮凝法处理废水的试验研究
王锐刚+米泽星
摘要：选用聚合氯化铝等絮凝剂以及电气石材料，进行了絮凝法处理模拟废水的试验研究。主要考察单一和组合情况下，不同絮凝剂的处理效果。结果表明，絮凝剂组合效果比较好。聚合氯化铝铁投药量选取5mL，聚丙烯酰胺投药量增加到2mL时，絮凝效果达到了最佳，浊度去除率达到了96.67%。聚合氯化铝铁投药量选取5mL， 电气石投药量为6g（也即10g/L）时， 废水浊度去除率达到了96.98%。可以认为聚合氯化铝铁与电气石组合去除废水是一种可行的方法，为今后开发廉价、高效、安全的絮凝剂去治理环境污染，提供相应的参考依据。
关键词：絮凝剂；电气石；废水；浊度
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0106-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.050
Abstract： The experimental study on the treatment of simulated wastewater was carried out by using flocculants such as PAC etc and tourmaline. The effects of different flocculants on the single and combined conditions were investigated. The results showed that the flocculant effect was good. When the dosage of PAFC was 5mL and the dosage of PAM was increased to 2 mL， the flocculation effect was the best and the turbidity removal rate reached 96.67%. When the dosage of PAFC was 5 mL and the dosage of tourmaline was 6g（i.e.10g/L）， the removal rate of turbidity was 96.98%. It can be concluded that the combination of PAFC and tourmaline is a feasible method for the removal of wastewater， which provides a reference for the future development of cheap， efficient and safe flocculants to control environmental pollution.
Key words：Flocculant；Tourmaline；Wastewater；Turbidity
水资源的匮乏以及水环境的污染，已经影响到人们生产和生活的诸多方面。废水中常含有悬浮体及胶体，这些物质常因带同种电荷而稳定分散[1]。所以，絮凝法成为水处理的重要方法之一。
无机低分子絮凝剂来源广、成本低，但用量大、残渣多、效果差。相比而言，无机高分子絮凝剂（即IPF）可提高絮凝效果，价格比有机高分子絮凝剂（即OPF）低。不过IPF使用中会存在不稳定问题。OPF用量少、絮凝快、残渣少、效果好，但成本高、单体有毒。研究表明，复合型絮凝剂效果比较好，复合型无机的较多，比如PAFC、PAFS和PAFCS等，无机与有机复合的较少。即使复合，目前效果也只可能提高到30%左右[1]。刘殿勇研究了工业废渣制备混凝剂[2]。潘碌亭等人也进行了絮凝剂制备和应用研究[3，4]。对因此，研究和开发廉价、高效及安全的絮凝剂成为国内外同行肩负的重任。
电气石能吸附降解有机物，去除废水中重金属离子，但没有形成产品推广使用[5]。选代表性的絮凝剂：聚合氯化铝（PAC）（无机、大分子）、聚合氯化铝铁（PAFC）（无机、大分子、复合）和聚丙烯酰胺（PAM） （有机、大分子）以及新型材料电气石来处理废水，进行模拟废水的试验研究，考察废水絮凝效果。探索絮凝规律及机理，分析絮凝参数，为今后开发新型絮凝剂去治理环境污染，提供相应的参考依据。
1 试验部分
1.1 试验材料
试验所用药品均为分析纯，试验用去离子水由实验室制备。
盐酸：浓度为1mol/L；氢氧化钠溶液：浓度为1mol/L；浊度标准液：按ISO7027方法配制；PAC溶液：浓度为10g/L；PAFC溶液：浓度为10g/L；PAM溶液：浓度为5g/L，含30%阳离子。
模拟废水：选用维维豆奶粉配制，浓度为1g/L，浊度360NTU，COD为1100mg/L，pH值为6。
电气石粉：500目，购于河北某矿产品公司，产地新疆。
1.2 试验仪器
試验所用仪器如下：六联搅拌器（型号JJ-4），电子天平（型号FA21045N），pH计（型号ZD-2），浊度计（型号WGZ-ZA），恒温干燥箱，恒温水浴锅、1L烧杯、容量瓶以及移液管等。
1.3 试验方法
（1）首先确定废水形成矾花所需絮凝剂的最小投药量。取600mL的模拟废水，在50rpm的速度下搅拌，并加入1mL 浓度为10g/L的PAC溶液后开始观察絮凝现象，一直进行到矾花出现，得到最小投药量。
（2）确定絮凝剂的最佳投药量。取6个lL的烧杯，均加入600mL模拟废水。基于PAC的最小投药量，分别选取不同的PAC的剂量，作为各个烧杯中废水的投药量。絮凝过程中操作如下：快速搅拌2分钟，300rpm；中速搅拌10分钟，100rpm；慢速搅拌10分钟，50rpm；最后停下，静置10分钟，测定废水浊度。
（3）类似上面叙述的步骤，改变絮凝剂以及其它条件，测定不同条件下的絮凝剂对废水浊度的去除效果。
2 结果与讨论
2.1 投加PAC
投加单一PAC的试验结果见图1。
试验发现，当0.6L的废水投加单一浓度为10g/L的PAC为6mL时，废水中开始出现较多而大矾花。所以认为，单一PAC的最小投药量为6mL。从图1可以看出，投药量增加到8mL时，处理效果不再明显增加，可以认为此时PAC的絮凝效果较好，浊度去除率达到了88.31%，所以认为，单一PAC的最佳投药量为8mL。
2.2 投加PAFC
投加单一PAFC的试验结果见图2。
试验发现，当0.6L的废水投加单一浓度为10g/L的PAFC为3mL时，废水中开始出现较多细小矾花。所以认为，单一PAFC的最小投药量为3mL。从图2可以看出，投药量增加到5mL时，处理效果不再明显增加，可以认为此时PAFC的絮凝效果非常的好，浊度去除率達到了93.71%，所以认为，单一PAFC的最佳投药量为5mL。
通过图1和图2对比，明显看出PAFC在同样的条件下比PAC的处理效果要好。可见在相同的状态下，PACF的最佳投药量比相同浓度的PAC 所需的药剂要少。
2.3 投加PAM
由于PAM不如 PAC和PAFC容易溶解，溶解PAC和PAFC不需要搅拌，而采用PAM进行试验前，先要通过搅拌来快速溶解PAM。不同搅拌速度下，投加单一PAM体积为5mL时的试验结果见图3。
从图3可以看出，在转速为300rpm时，单一PAM的絮凝效果最好，废水浊度去除率达到了80.58%。然后考察投加单一PAM的最小投药量和最佳投药量，结果见图4。
试验发现，PAM加到3mL时废水中开始出现了较大的矾花，可以确定最小得投药量是3mL。从图4中可以看出，在转速为300rpm时， 单一PAM的投药量增加到5mL时，絮凝体大而沉降快，去浊率达到了80.95%，所以认为，本试验中单独使用PAM，5mL即为最佳投药量。
2.4 投加PAFC和PAM
由于PAFC是复合型，显然效果优于PAC；而PAM是有机高分子，具有桥连作用。所以，接下来选用PAFC和PAM组合来处理废水。PAFC投药量选取5mL，改变不同的PAM投药量进行试验。应用无机的电中和、有机的桥连机理来达到处理目的。试验结果见图5。
从图5可以看出，PAFC投药量选取5mL，PAM投药量增加到2mL时，絮凝效果达到了最佳，浊度去除率达到了96.67%。这样组合使用PAFC和PAM絮凝剂，效果比较明显。PAM投药量过多增加，絮凝效果反而会下降，可能由于电荷反向饱和所致。
2.5 投加PAFC和电气石
目前PAM应用很普遍，考虑到PAM的单体存在毒性。所以我们考虑选用PAFC和电气石组合来处理废水。PAFC投药量选取5mL，改变不同的电气石投药量进行试验，试验结果见图6。
从图6可以看出，PAFC投药量选取5mL，电气石投药量为1g时，废水浊度去除率即可达到94.94%，电气石投药量增加到6g（也即10g/L）时，废水浊度去除率增加大到96.98%，之后增加不再明显。所以，PAFC与电气石组合，当PAFC投药量选取5mL，电气石投加10g/L比较合适。电气石去除污染物速度还比较迅速，所以我们可以PAFC与电气石组合去处理废水中的浊度[5]。
3 结论
（1）选用单一絮凝剂，PAC的最小投药量和最佳投药量分别为为6mL和8mL，浊度去除效果不算理想； PAFC的最小投药量和最佳投药量分别为为3mL和5mL，浊度去除效果好于PAC，主要由于PAFC是复合型的；PAM的最小投药量和最佳投药量分别为为3mL和5mL，可以等量的PAM絮凝效果优于PAFC。
（2）PAFC投药量选取5mL，PAM投药量增加到2mL时，絮凝效果达到了最佳，浊度去除率达到了96.67%。
（3）PAFC投药量选取5mL，电气石投药量为6g（也即10g/L）时，废水浊度去除率达到了96.98%。
参考文献
[1]郑怀礼.生物絮凝剂与絮凝技术[M].北京：化学工业出版社，2004.
[2]刘殿勇.钢渣煤矸石制取复合铁铝混凝剂及混凝效果研究[J].中国资源综合利用，2011，29（10）：25-27.
[3]潘碌亭，束玉保.聚合氯化铝铁絮凝剂的制备及其在焦化废水深度处理中的应用[J].环境污染与防治，2009，31（9）：27-29.
[4]郑怀礼，龙腾锐，袁宗宣.絮凝法处理重要制药废水的试验研究[J].水处理技术，2002，28（6）：339-342.
[5]张玉龙，邢德林.环境友好无机材料制备与应用技术[M].北京：中国石化出版社.2008.
作者简介：王锐刚（1978-），男，博士，研究方向为水污染控制技术。
摘要：选用聚合氯化铝等絮凝剂以及电气石材料，进行了絮凝法处理模拟废水的试验研究。主要考察单一和组合情况下，不同絮凝剂的处理效果。结果表明，絮凝剂组合效果比较好。聚合氯化铝铁投药量选取5mL，聚丙烯酰胺投药量增加到2mL时，絮凝效果达到了最佳，浊度去除率达到了96.67%。聚合氯化铝铁投药量选取5mL， 电气石投药量为6g（也即10g/L）时， 废水浊度去除率达到了96.98%。可以认为聚合氯化铝铁与电气石组合去除废水是一种可行的方法，为今后开发廉价、高效、安全的絮凝剂去治理环境污染，提供相应的参考依据。
关键词：絮凝剂；电气石；废水；浊度
中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0106-03
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.050
Abstract： The experimental study on the treatment of simulated wastewater was carried out by using flocculants such as PAC etc and tourmaline. The effects of different flocculants on the single and combined conditions were investigated. The results showed that the flocculant effect was good. When the dosage of PAFC was 5mL and the dosage of PAM was increased to 2 mL， the flocculation effect was the best and the turbidity removal rate reached 96.67%. When the dosage of PAFC was 5 mL and the dosage of tourmaline was 6g（i.e.10g/L）， the removal rate of turbidity was 96.98%. It can be concluded that the combination of PAFC and tourmaline is a feasible method for the removal of wastewater， which provides a reference for the future development of cheap， efficient and safe flocculants to control environmental pollution.
Key words：Flocculant；Tourmaline；Wastewater；Turbidity
水资源的匮乏以及水环境的污染，已经影响到人们生产和生活的诸多方面。废水中常含有悬浮体及胶体，这些物质常因带同种电荷而稳定分散[1]。所以，絮凝法成为水处理的重要方法之一。
无机低分子絮凝剂来源广、成本低，但用量大、残渣多、效果差。相比而言，无机高分子絮凝剂（即IPF）可提高絮凝效果，价格比有机高分子絮凝剂（即OPF）低。不过IPF使用中会存在不稳定问题。OPF用量少、絮凝快、残渣少、效果好，但成本高、单体有毒。研究表明，复合型絮凝剂效果比较好，复合型无机的较多，比如PAFC、PAFS和PAFCS等，无机与有机复合的较少。即使复合，目前效果也只可能提高到30%左右[1]。刘殿勇研究了工业废渣制备混凝剂[2]。潘碌亭等人也进行了絮凝剂制备和应用研究[3，4]。对因此，研究和开发廉价、高效及安全的絮凝剂成为国内外同行肩负的重任。
电气石能吸附降解有机物，去除废水中重金属离子，但没有形成产品推广使用[5]。选代表性的絮凝剂：聚合氯化铝（PAC）（无机、大分子）、聚合氯化铝铁（PAFC）（无机、大分子、复合）和聚丙烯酰胺（PAM） （有机、大分子）以及新型材料电气石来处理废水，进行模拟废水的试验研究，考察废水絮凝效果。探索絮凝规律及机理，分析絮凝参数，为今后开发新型絮凝剂去治理环境污染，提供相应的参考依据。
1 试验部分
1.1 试验材料
试验所用药品均为分析纯，试验用去离子水由实验室制备。
盐酸：浓度为1mol/L；氢氧化钠溶液：浓度为1mol/L；浊度标准液：按ISO7027方法配制；PAC溶液：浓度为10g/L；PAFC溶液：浓度为10g/L；PAM溶液：浓度为5g/L，含30%阳离子。
模拟废水：选用维维豆奶粉配制，浓度为1g/L，浊度360NTU，COD为1100mg/L，pH值为6。
电气石粉：500目，购于河北某矿产品公司，产地新疆。
1.2 试验仪器
試验所用仪器如下：六联搅拌器（型号JJ-4），电子天平（型号FA21045N），pH计（型号ZD-2），浊度计（型号WGZ-ZA），恒温干燥箱，恒温水浴锅、1L烧杯、容量瓶以及移液管等。
1.3 试验方法
（1）首先确定废水形成矾花所需絮凝剂的最小投药量。取600mL的模拟废水，在50rpm的速度下搅拌，并加入1mL 浓度为10g/L的PAC溶液后开始观察絮凝现象，一直进行到矾花出现，得到最小投药量。
（2）确定絮凝剂的最佳投药量。取6个lL的烧杯，均加入600mL模拟废水。基于PAC的最小投药量，分别选取不同的PAC的剂量，作为各个烧杯中废水的投药量。絮凝过程中操作如下：快速搅拌2分钟，300rpm；中速搅拌10分钟，100rpm；慢速搅拌10分钟，50rpm；最后停下，静置10分钟，测定废水浊度。
（3）类似上面叙述的步骤，改变絮凝剂以及其它条件，测定不同条件下的絮凝剂对废水浊度的去除效果。
2 结果与讨论
2.1 投加PAC
投加单一PAC的试验结果见图1。
试验发现，当0.6L的废水投加单一浓度为10g/L的PAC为6mL时，废水中开始出现较多而大矾花。所以认为，单一PAC的最小投药量为6mL。从图1可以看出，投药量增加到8mL时，处理效果不再明显增加，可以认为此时PAC的絮凝效果较好，浊度去除率达到了88.31%，所以认为，单一PAC的最佳投药量为8mL。
2.2 投加PAFC
投加单一PAFC的试验结果见图2。
试验发现，当0.6L的废水投加单一浓度为10g/L的PAFC为3mL时，废水中开始出现较多细小矾花。所以认为，单一PAFC的最小投药量为3mL。从图2可以看出，投药量增加到5mL时，处理效果不再明显增加，可以认为此时PAFC的絮凝效果非常的好，浊度去除率達到了93.71%，所以认为，单一PAFC的最佳投药量为5mL。
通过图1和图2对比，明显看出PAFC在同样的条件下比PAC的处理效果要好。可见在相同的状态下，PACF的最佳投药量比相同浓度的PAC 所需的药剂要少。
2.3 投加PAM
由于PAM不如 PAC和PAFC容易溶解，溶解PAC和PAFC不需要搅拌，而采用PAM进行试验前，先要通过搅拌来快速溶解PAM。不同搅拌速度下，投加单一PAM体积为5mL时的试验结果见图3。
从图3可以看出，在转速为300rpm时，单一PAM的絮凝效果最好，废水浊度去除率达到了80.58%。然后考察投加单一PAM的最小投药量和最佳投药量，结果见图4。
试验发现，PAM加到3mL时废水中开始出现了较大的矾花，可以确定最小得投药量是3mL。从图4中可以看出，在转速为300rpm时， 单一PAM的投药量增加到5mL时，絮凝体大而沉降快，去浊率达到了80.95%，所以认为，本试验中单独使用PAM，5mL即为最佳投药量。
2.4 投加PAFC和PAM
由于PAFC是复合型，显然效果优于PAC；而PAM是有机高分子，具有桥连作用。所以，接下来选用PAFC和PAM组合来处理废水。PAFC投药量选取5mL，改变不同的PAM投药量进行试验。应用无机的电中和、有机的桥连机理来达到处理目的。试验结果见图5。
从图5可以看出，PAFC投药量选取5mL，PAM投药量增加到2mL时，絮凝效果达到了最佳，浊度去除率达到了96.67%。这样组合使用PAFC和PAM絮凝剂，效果比较明显。PAM投药量过多增加，絮凝效果反而会下降，可能由于电荷反向饱和所致。
2.5 投加PAFC和电气石
目前PAM应用很普遍，考虑到PAM的单体存在毒性。所以我们考虑选用PAFC和电气石组合来处理废水。PAFC投药量选取5mL，改变不同的电气石投药量进行试验，试验结果见图6。
从图6可以看出，PAFC投药量选取5mL，电气石投药量为1g时，废水浊度去除率即可达到94.94%，电气石投药量增加到6g（也即10g/L）时，废水浊度去除率增加大到96.98%，之后增加不再明显。所以，PAFC与电气石组合，当PAFC投药量选取5mL，电气石投加10g/L比较合适。电气石去除污染物速度还比较迅速，所以我们可以PAFC与电气石组合去处理废水中的浊度[5]。
3 结论
（1）选用单一絮凝剂，PAC的最小投药量和最佳投药量分别为为6mL和8mL，浊度去除效果不算理想； PAFC的最小投药量和最佳投药量分别为为3mL和5mL，浊度去除效果好于PAC，主要由于PAFC是复合型的；PAM的最小投药量和最佳投药量分别为为3mL和5mL，可以等量的PAM絮凝效果优于PAFC。
（2）PAFC投药量选取5mL，PAM投药量增加到2mL时，絮凝效果达到了最佳，浊度去除率达到了96.67%。
（3）PAFC投药量选取5mL，电气石投药量为6g（也即10g/L）时，废水浊度去除率达到了96.98%。
参考文献
[1]郑怀礼.生物絮凝剂与絮凝技术[M].北京：化学工业出版社，2004.
[2]刘殿勇.钢渣煤矸石制取复合铁铝混凝剂及混凝效果研究[J].中国资源综合利用，2011，29（10）：25-27.
[3]潘碌亭，束玉保.聚合氯化铝铁絮凝剂的制备及其在焦化废水深度处理中的应用[J].环境污染与防治，2009，31（9）：27-29.
[4]郑怀礼，龙腾锐，袁宗宣.絮凝法处理重要制药废水的试验研究[J].水处理技术，2002，28（6）：339-342.
[5]张玉龙，邢德林.环境友好无机材料制备与应用技术[M].北京：中国石化出版社.2008.
作者简介：王锐刚（1978-），男，博士，研究方向为水污染控制技术。
