聚合雙酸鋁鐵的合成及其對印染廢水的處理

田麗娟

摘 要：以廢棄物鐵屑、鋁屑、硫酸、鹽酸、氯酸鈉為原料合成混凝劑聚合雙酸鋁鐵，并以印染廢水作為處理對象，探討合成因素不同時，聚合雙酸鋁鐵對廢水的不同處理效果。通過正交實驗得到最佳合成條件為：鹽酸與硫酸用量比為1：2，反應溫度為65 ℃，鋁鐵投料比為1：1.3，酸過量為20%，此時對印染廢水的COD去除率達到45.7%，色度去除率達到86%。

關鍵詞：聚合雙酸鋁鐵，合成，混凝

中圖分類號：TF6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）12（a）-0-02

聚合雙酸鋁鐵（PAFCS）是近年來研究的一種新型的復合型無機高分子混凝劑，它含有SO42-和Cl-，分子結構龐大，吸附能力強，兼有鋁鹽混凝劑和鐵鹽混凝劑的特性，在水質凈化中比傳統的聚合氯化鋁、硫酸鐵、硫酸鋁凈化效果更好。[1]

2004年朱文明等采用機械廢棄物廢鋁屑、鐵屑與混酸（硫酸和鹽酸）進行聚合反應制備了PAFCS，研究了不同合成樣品對造紙廠廢水濁度的處理效果。該文研究以鋁屑、鐵屑、混酸（硫酸和鹽酸）及氯酸鈉合成PAFCS，并試驗了不同合成樣品對印染廢水COD的處理效果。

1 實驗過程及方法

1.1 廢水來源、水質

實驗所用的印染廢水取自常州紡織園區污水處理廠的原水，該廢水由紡織園區的印染廢水和生活污水組成，其中印染廢水大約占95%。印染廢水中含有有機化合物、無機鹽類和溶劑等污染物，呈墨綠色，并含有少量固體物質。原水水質指標如表1。

1.2 水質分析方法

COD的測定采用重鉻酸鉀法[2]，pH值的測定采用酸度計法，色度的測定采用稀釋倍數法。

1.3 混凝實驗

1.3.1 儀器及藥品

主要儀器有97-2雙向磁力攪拌器、PHB-9901 pH計，主要藥品有重鉻酸鉀（優級純）、硫酸亞鐵銨（分析純）、硫酸銀（分析純）、pH緩沖溶液。

1.3.2 混凝方法

在室溫條件下，用量筒量取100 mL水樣放至250 mL燒杯中，調節水樣的pH值為8.0，將燒杯置于磁力攪拌器上，按照1.0 g/L的投加量邊攪拌邊投加混凝劑PAFCS，先快速攪拌1 min，再慢速攪拌2 min，然后靜置30 min，從燒杯中取上清液，分析測定其COD、色度、pH值。

1.4 合成實驗

1.4.1 儀器及藥品

合成混凝劑PAFCS所用儀器主要有：250 mL三頸圓底燒瓶、玻璃溫度計、回流冷凝管、電動攪拌儀、HH數顯恒溫水浴鍋、電子天平，主要藥品有鋁屑、鐵屑、3 mol/L硫酸、3 mol/L鹽酸、氯酸鈉、10%NaOH溶液。

1.4.2 合成方法

以正交表2.2中的第1號樣品為例，分別用10%NaOH溶液和蒸餾水清洗廢鋁屑和廢鐵屑，將一定量的鋁屑和鐵屑混合物（鋁和鐵物質的量之比為1∶1）置于燒杯內，加入混酸100 mL（3 mol/L鹽酸和3 mol/L硫酸的體積比為1∶3），緩慢開動攪拌器攪拌溶液，待無氣體產生后將混合液放入裝有溫度計的250 mL的三頸圓底燒瓶中，將圓底燒瓶置于已經加熱至45 ℃的水浴鍋，加入20 mL混酸，再過25 min后加入前面所加氯酸鈉總量的50%，5 min后停止加熱，此時溶液呈紅褐色，趁熱過濾，最后將該溶液濃縮到100 mL。

2 實驗結果與分析

2.1 合成因素與水平設定

聚合雙酸鋁鐵的合成采用四因素三水平，選擇L9（34）正交表，合成因子與水平見表2。

2.2 合成結果及混凝效果

合成的9種PAFCS混凝劑樣品對印染廢水的處理效果及正交試驗分析見表3，極差分析以混凝后上清液COD為考察指標。

表3中數據表明：

①根據表中COD極差大小分析，影響PAFCS混凝劑制備條件的因素主次順序依次為：鹽酸與硫酸用量比>反應溫度>鋁鐵投料比 >酸過量；

②由表中各因素COD水平值的均值可見各因素中較佳的水平條件分別為：鹽酸與硫酸用量比=1∶3或1∶2，反應溫度=65 ℃，鋁鐵投料比=1∶1.3，酸過量=20%，即最佳合成條件為A1B1C2D3或者A1B2C2D3，其中計算分析出的A1B2C2D3條件下合成的樣品恰好是正交實驗表2.2中的4號樣品，也是9種樣品中處理效果最好的樣品。

在A1B1C2D3條件下合成PAFCS，將其與A1B2C2D3條件下合成的4號樣品進行比較，實驗結果如表4。

根據表4得出結論：最佳合成條件為A1B2C2D3，即鹽酸與硫酸用量比=1∶2，反應溫度=65 ℃，鋁鐵投料比=1∶1.3，酸過量=20%。以最佳樣品處理印染廢水，所得上清液的水質指標分析如表5。

3 結語

（1）以鋁屑、鐵屑、混酸（硫酸和鹽酸）及氯酸鈉合成PAFCS，通過正交實驗合成的9種PAFCS樣品對印染廢水進行混凝實驗，混凝沉降后上清液的COD去除率可達到42.7%～45.7%、色度去除率可達到82%～91%，混凝后沉渣較少，為21%～25%。

（2）以COD為考察指標，PAFCS的最佳合成條件為：鹽酸與硫酸用量比=1∶2，反應溫度=65 ℃，鋁鐵投料比=1∶1.3，酸過量=20%，此時COD去除效果最佳。

（3）將廢物合成混凝劑PAFCS用于印染廢水的治理，混凝效果好，而且還達到了以廢治廢的目的，發展前景樂觀。

參考文獻

[1] 謝遠紅，李紅蓮.聚合雙酸鋁鐵對印染廢水的混凝效果研究[J].資源環境與工程，2008，22（6）：622.

[2] 奚旦立，孫裕生，劉秀英.環境監測[M].北京：高等教育出版社，2004：562-564.