PAC絮凝剂的作用原理

概述^[1]

在水处理领域中，絮凝法净化水是最古老的固液分离方法之一，由于其适用性广、工艺简单、处理成本低等特点，絮凝法目前仍广泛应用于饮用水、生活污水和工业废水处理中。聚合氯化铝（PAC）是一种优良的无机高分子絮凝剂，它首先在日本研制成功并与20世纪60年代投入工业化生产，是目前技术最为成熟，市场销量最大的絮凝剂。PAC使用时具有絮体形成快、沉淀性能好，水中碱度消耗少，特别是对水温、pH值、浊度和有机物含量变化适应性强等优点。我国从上世纪70年代开始，已对PAC进行了研发，近年来随着实验室研究的深入，工业生产得到了快速的发展。

作用原理^[2]

聚合氯化铝(PAC)作为最常用的无机高分子絮凝剂，其混凝机理至今仍未达到统一的认识。但大多数人认为，由于聚合铝是一种含羟基的聚合物，有很强烈的界面吸附能力，其在颗粒物表面结合的效应，对于颗粒物是其负电荷向正电荷的转化，对于聚合铝则是结合表面OH发生进一步的水解，其发展趋势则是在高浓度、高pH条件下形成表面沉淀，表面覆盖层则可由聚合铝转化为铝凝胶以至氢氧化铝沉淀，此时凝聚作用转化为絮凝作用为主，电中和作用转化为粘附卷扫作用为主。与传统的铝盐相比，聚合铝由于含有更多的高电荷，因而具有更强的电中和能力和强烈的吸附能力，投加到水中后能立即发挥混凝的最佳作用，从而表现出优异的混凝效果。将该类研究推广到三价共存阴离子增聚聚合铝，在阴离子对铝盐水解-聚合的作用机理以及该类聚合铝制备和应用方面取得了一系列的成果。

制备^[3]

1. 以铝屑、铝灰及铝渣为原料

1）酸溶一步法

将盐酸、水按一定比例投加于一定量铝灰中，在一定温度下充分反应，并经过若干小时熟化后，放出上层液体即得PAC液体产品。铝反应为放热反应，如果控制好反应件如盐酸浓度和量，水量及投加速度和顺序，就可以充分利用铝反应放出的热量，使反应降低对外加热量的依赖度，甚至不需外加热源而通过自热进行反应，控制其盐基度至合格。该法具有反应速度快，投资设备少，工艺简单，操作方便等特点，产品盐基度和氧化铝含量较高，因而该法在国内被普遍用。但此工艺对设备腐蚀较严重，生产出的产品杂质较多，特别是重金属含量容易超标，产品质量不稳定。利用电解铝粉、分析纯盐酸为原料，在实验室制备出了超纯的PAC，据称可用于实验室制备PAC标准溶液。

2）中和法

该法是先用盐酸和氢氧化钠与铝灰反应，分别制得氯化铝和铝酸钠，再把两种溶液混合中和，即制得PAC液体。用此方法生产出的产品不溶物杂质较少，但成本较高。先用盐酸与铝箔反应，再把得到的氯化铝分为两部分，一部分用氨水调节pH值至6～6.5，得到氢氧化铝后，再把另一部分氯化铝加入到氢氧化铝中使其反应，得到PAC液体产品，干燥后得到固体产品，据称产品的铝含量和盐基度等指标都很高。

3）原电池法

该工艺是铝灰酸溶一步法的改进工艺，根据电化学原理，金属铝与盐酸反应可组成原电池，在圆桶形反应室的底部置入用铜或不锈钢等制成的金属筛网作为阴极，倒入的铝屑作为阳极，加入盐酸进行反应，最终制得PAC。该工艺可利用反应中产生的气泡上浮作用使溶液定向运动，取代机械搅拌，大大节约能耗。

2. 以氢氧化铝为原料

将氢氧化铝与盐酸和水按一定比例，在合适的温度和压强下反应，熟化后制得PAC产品。该法生产工艺简单，在上世纪80年代是国内外普遍采用的一种工艺。由于氢氧化铝酸溶性较差，故酸溶过程需加温加压。但此法生产出的产品盐基度不高，通常在30%～50%范围内，国内已有很多提高盐基度的研究，如投加铝屑、铝酸钠、碳酸钙、氢氧化铝凝胶和石灰等，此法生产出的产品杂质较少，但以氢氧化铝为原料生产成本较高，制得的产品多用于饮用水。采用氢氧化铝酸溶法，以纯铝板为除铁剂，制备出了高纯PAC。

主要参考资料

[1] PAC絮凝剂的制备方法研究进展

[2] 刘春涛，马荣华，李莉.废弃铝箔制备高效净水剂及其应用［J］.水处理技术，2002，28（6）：350-351.

[3] PAC絮凝剂的制备技术研究现状与进展