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聚硅氯化鋁（ PASiC ）的電動特性凝固行為（北京大學環(huán)境工程學院，環(huán)境科學與工程系，山東大學，濟南250100 Email : bygao sdu. edu. cn) 摘要：電動特性和凝固行為的聚硅氯化鋁（PASiC）和聚合氯化鋁（PAC）進行了研究，并比較了流動電流（SC）的測量和JAR測試方法。實驗結(jié)果表明，相比較PAC，聚硅酸與帶負電荷的鋁水解產(chǎn)物相互作用減少了PASiC 電荷中和能力。聚硅氯化鋁（PASiC）鹽基度（B）和Al / Si摩爾比的減少有著密切的關(guān)系。聚硅氯化鋁（PASiC）的電荷中和能力隨B值和Al / Si摩爾比的降低而降低。與此相反，制備工藝也會影響聚硅氯化鋁（PASiC）的電荷中和能力。此外，對比聚合氯化鋁，聚硅氯化鋁（PASiC）有更好的絮凝效果。 關(guān)鍵詞：絮凝劑聚合氯化鋁（PASiC）;流動電流（SC）;電動特性;混凝效果。引言無機高分子絮凝劑在水和廢水處理的絮凝過程一般涉及兩個方面：一方面是研究水解聚合過程，物質(zhì)在水中轉(zhuǎn)化成無機金屬鹽，而另一方面是研究膠體粒子在水解過程中的不穩(wěn)定因素。因為在水中增加絮凝劑后膠體粒子與電荷密度是密切相關(guān)的，絮凝劑本身的不穩(wěn)定電動特性是一個重要的的研究方面。目前，調(diào)查電動特性和判斷絮凝效果的方法有兩個，分別是流動電流（SC）和微電脈測量技術(shù)（Black , 1965 ; Tang , 1995）。微電泳測量技術(shù)是觀察帶電粒子在電場的時間速度后計算出Zeta電位的膠體粒子。Zeta電位是一個重要的參數(shù)來表明膠體的電動特性，它可以被視為一種有效的指標來判斷水中膠體粒子在加入絮凝劑后的破壞程度，也對觀察絮凝劑的絮凝效果有所幫助。然而，測量Zeta電位也存在著以下缺點：低精度，可重復性差，并且不能被用于在線監(jiān)測和連續(xù)檢測。為了克服這些缺點，最近SC被廣泛用于調(diào)查絮凝劑表面上膠體粒子的電動特性和電荷中和能力(Qu , 1997)，此外， Zeta電位反映的電荷中和能力為膠體分散，被稱為分離彌漫層，而SC所研究的結(jié)果是分離彌漫層和固定層。因此， 通過Zeta電位和SC的線性關(guān)系（Dentel，1991年），也可以定量地反映出無機混凝劑膠體粒子表面的電中和能力。 本文的聚硅氯化鋁（PASiC）準備了兩個實驗步驟，聚合氯化鋁（ PAC ）及聚硅氯化鋁（PASiC）的電動特性及絮凝效果是通過SC和JAR來測試 ，初步根據(jù)實驗結(jié)果，聚硅氯化鋁（PASiC）絮凝劑的絮凝效果比較好。1.材料與方法1.1聚硅氯化鋁（PASiC）絮凝劑的制備 聚硅氯化鋁（PASiC）絮凝劑已如以前所述(Gao , 1999)，簡單的說明下，準備聚硅氯化鋁（PASiC）絮凝劑之前先將1.0781 mol / L的AlCl3用蒸餾水稀釋到0.25mol / L，接著用兩種方法來制備聚硅氯化鋁（PASiC）：（1）用0.5mol / L的NaOH（655dosimat）緩慢滴定氯化鋁，并且控制OH/Al 的比值，OH/Al 的比值就是鹽基度（B）。在滴定過程中，氫氧化鈉溶液的滴定速度為0.05ml/min，655 dosimat微型滴定裝置是用來記錄pH值的變化，同時進行完全攪拌（轉(zhuǎn)速300r/min）以獲得最佳溶液，最后控制鋁的濃度（定義為Al）為0.1 mol/L的聚氯化鋁（PAC）溶液。然后與聚硅酸氯化鋁（PASiC）聚合兩個小時并且使Al/Si5就能獲得聚硅酸氯化鋁（ PASiCm）絮凝劑，Al在0109401098 mol/L范圍內(nèi)；（2）在聚合前要先混合氯化鋁溶液和新制取的聚硅酸并控制的不同Al/Si比。接著， 把0.5 mol / L的NaOH溶液緩慢滴加（0.05ml/min）,徹底攪拌獲得理想的鹽基度（B）和不同的鋁硅比的聚硅氯化鋁（PASiCc）絮凝劑與0.1 mol / L的Al。此外， 655 dosimat微型滴定裝置是用來記錄變化的 pH值，大力攪拌溶液（300r/min）使之均勻。最后成功獲得絮凝劑并且在做任何分析之前在溫度為20 的環(huán)境下保存一夜。1.2 SC的測量方法 SC的值是通過SC-30S流動電流的探測器而定的。在實驗中，不同絮凝劑測試中加入2.0L的水是1.0L自來水與1.0L去離子水混合而成的。然后，用磁攪拌器迅速攪拌水；在不同的的實驗條件下SC的值被記錄下來。此外，pH值用0.1 mol / L的鹽酸或0.1 mol / L的氫氧化鈉溶液來調(diào)整。1.3 Jar 檢測法 用6漿式攪拌機進行JAR混凝實驗測試，測試的水質(zhì)來自中國濟南臥虎山，測試用的500ml水給予的濃度范圍為0.58.5 mg / L（如氧化鋁+二氧化硅）。該溶液加入絮凝劑要快速攪拌2min轉(zhuǎn)速為120r/min，接著是慢速攪拌,在60r/min下攪拌8min然后沉降10min。經(jīng)過沉淀后的上層清液為樣本取出作研究。2.結(jié)果和討論2.1 比較PASiC和PAC的SC值聚氯化鋁（PAC）不同的鹽基度和聚硅酸氯化鋁（PASiC）不同的鋁硅比和鹽基度都是改變SC值的變化因素。從圖14，可以看出SC值隨著聚氯化鋁（PAC）和聚硅酸氯化鋁（PASiC）的劑量增加而增加，但是一樣的鹽基度和使用劑量下，聚氯化鋁（PAC）的SC值始終要比聚硅酸氯化鋁（PASIC）大。此外，在鹽基度B = 1.5時，聚硅酸氯化鋁（PASiCm）的SC值略高于聚硅酸氯化鋁（PASiCc），但是在鹽基度B = 2.0時結(jié)論正好相反。然而，聚硅酸氯化鋁（PASiCc）和聚硅酸氯化鋁（PASiCm）的SC值隨鹽基度B值的增加而減小。上述結(jié)果表明在電荷中和的時候，就會發(fā)生聚硅酸的負電荷和鋁鹽的正電荷相結(jié)合。從而減少了聚硅酸氯化鋁（PASiC）的SC值。并且聚硅酸含量越多，聚硅酸氯化鋁（PASiC）的SC值就越低。研究結(jié)果也表明，聚硅酸氯化鋁（PASiC）的制備工藝也有影響。（圖1 B=1.0）（圖2 B=1.5）此外，影響鹽基度B值的因素有鋁硅比和在制備工藝上的SC值為0（圖1），這個可以對照（圖1）發(fā)現(xiàn)SC=0時對所有的絮凝劑鹽基度B值都會增大。另一方面，鹽基度B值一樣時要使SC=0，聚硅酸氯化鋁（PASiC）的需要量要比聚氯化鋁（PAC）大，同時聚硅酸氯化鋁（PASiC）要控制低的鋁硅比也要大需要大劑量，然而，當鹽基度B值增加聚氯化鋁（PAC）和聚硅酸氯化鋁（PASiC）在SC=0時的需要劑量則減小。此外，在低鋁硅比的條件下對制備工藝有較大影響的是電荷中和能力，但是在高鋁硅比的條件下對聚硅酸氯化鋁（PASiC）的失效能力則有較小影響。（圖3 B=2.0）（圖4 B=2.5）2.2測試水質(zhì)的SC值和PH值之間的關(guān)系 聚硅酸氯化鋁（PASiC）和c的SC變化值在圖5，圖6中有說明，在實驗過程中固定絮凝劑的Al = 0.15 mol / L來測試水質(zhì)的PH值，可以看出，在每一種PH值下SC值的改變是相同的，但聚硅酸氯化鋁（PASiC）的SC和PH曲線都低于聚氯化鋁（PAC）。隨著PH酸性增加，SC值在PH在5.0到6.0范圍內(nèi)是最大值，當SC減少等于0時PH值輕微地高于標準，并且最終進入負方向。（表1 SC=0）（圖5 B=2.0）（圖6 鋁硅比=10） 通過（圖5）反映出聚硅酸氯化鋁（PASiC）絮凝劑在B=2.0時，越低的鋁硅比，SC和PH的曲線也越低。例如聚氯化鋁（PAC），PH值大約在8.9時SC值到達0，然而，所有被測試的聚硅酸氯化鋁（PASiC）絮凝劑的SC值在很低的情況下PH值等于0。由于鋁硅比的變化值在515，聚硅酸氯化鋁（PASiCc）和聚硅酸氯化鋁（PASiCm）當SC=0時的曲線都偏向酸性PH值。同樣的，與PASiCm相比PASiCc在同樣的鋁硅比和PH值下SC有比較大的值。然而，當鋁硅比增加時PASiCc和PASiCm的SC值會降低。從圖6可以看出當PASiCc的鋁硅比固定等于10時，SC值會隨B值的增加而增加。同時當SC=0時鹽基度B分別等于1.0，1.5，2.0，2.5的時候PH值對應值為6.9，7.9，8.4，8.5?？偟膩碚f，研究結(jié)果表明聚硅酸氯化鋁（PASiC）絮凝劑的B值、鋁硅比和制備工藝都對水解產(chǎn)物有影響。2.3濟南臥虎山的PASiC絮凝劑應用水質(zhì)是取自中國濟南臥虎山，PH=7.86，渾濁度=22.0NTU，UV254=0.13，CODMn=7.95mg/L。圖7顯示了聚氯化鋁（PAC）B=2.0與聚硅酸氯化鋁（PASiC）B=2.0不同的鋁硅比而影響了絮凝劑的效果，從圖7可以看出PASiC比PAC更能去除渾濁度和UV254及CODMn。PASiC有不同的鋁硅比，越是低的鋁硅比絮凝效果越好。上述結(jié)果表明，鋁與聚硅酸之間的水解作用可以提高PASiC的絮凝效果，能夠降低已處理過的水中的有害物質(zhì)。在測試鋁硅比值中發(fā)現(xiàn)，PASiC中的聚硅酸性能越好那整個絮凝劑的絮凝效果也就越好。因為PASiC有低的鋁硅比就有高的分子量和低的正電荷，改變天然有機物的電中和能力能夠使PASiC實現(xiàn)消除濁度。 （圖7 NTU） (圖7 COD)（圖7 UV254）3 結(jié)論 聚硅酸氯化鋁（PASiC）是一種無機化合物絮凝劑。聚硅酸氯化鋁（PASiC）比聚氯化鋁（PAC）要少正電荷，因為帶正電荷的聚硅酸和帶負電荷的水解鋁相互作用。鋁硅比和鹽基度B值對帶電動性的聚硅酸氯化鋁（PASiC）有很大的影響。越是低的鋁硅比和B值，PASiC正電荷越低。與此相反，制備工藝對PASiC的電動性影響不大。PASiCc和PASiCm在相同B值和鋁硅比下當鋁硅比升高時SC值減小。因此，適當?shù)匿X硅比能夠控制絮凝劑的絮凝過程。在聚硅酸氯化鋁（PASiC）中大比例的聚硅酸將顯著降低PASiC的正電荷數(shù)量，這將削弱絮凝過程的有效性。另外，對比PAC，PASiC能夠提高更好的絮凝效果，鋁硅比的測試范圍在1030中發(fā)現(xiàn)越低的鋁硅比就有越好的絮凝效果。參考資料 Black A P , Chen C , 19651 Electrophretic study of coagulation and flocculation of river sediment suspensions with aluminum sulfateJ . J Am Water Works Ass , 57 : 354 3601 Dentel S K, 19911 Coagulation control in water treatment J . CRC Critical Reviews in Environmental Control , 21 (1) : 41 471 Gao B Y, Wang Z S , Tang , H X, 19991 The particle size and the molecular weight distribution of flocculant polyaluminum silicate chloride (PASC) J . China Environmental Science , 19 (4) :297 3001 Qu J H , 19971 Electrokinetic chemical characteristics of humic and dannic acids effecting on