甘莉，甘光奉
（江漢石油學院 化學工程系，湖北 荊州 434023）

　　摘要：鋁鐵復合高分子混凝劑具有高效、穩定性較高、原料來源廣、價格低廉等特聲、，因而其研制和應用已成為人們關注的焦點。本文綜述了近年來聚合鋁鐵的發展現狀，著重介紹了其主要性能以及在水和廢水處理中的應用情況。
　　關鍵詞：混凝劑；鋁鐵復合混凝劑；聚合鋁鐵；給水處理；廢水處理
　　中圖分類號：TU991.22
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1009－2455（2003）01－0063－03

New Progresses in Development of Ferroaluminium Composite Coagulants
GAN Li, GAN Guang-feng
(Chemical Engineering Drpartment of Jianghan Petrolellm InstiIute, Jingzhou 434023. China)

　　Abstract: Ferroaluminium composite high-molecular coagu1ants are featured by many atlvantages, such ashigh-efficiency, better stability, raw materials heing abundant and easily available, low prices, etc, which makethe development and application of them the focus of people‘s attention. The situation of development of polymer ferroaluminium in recent years is summarized in this paper, which is centered on the presentation of its maincbaracteristics as well as app1ication in the treatment of water and wastewater.
　　Key words: coagulant; ferroaluminium composite coagulant; polymer ferroaluminium; feed water treatment;wastewater treatment

　　鋁和鐵具有許多相似的性質，如原子共價半徑。離子半徑都比較相近，Fe³⁺，Al³⁺均具有相同的電荷，它們易水解，其鹽具有共價性。因此，它們可通過交叉共聚，形成多核、更長。更穩定的分子鏈，得到混凝效果更好的無機高分子復合混凝劑——聚合鋁鐵。這類復合混凝劑兼有聚鋁和聚鐵的特點，既能克服鋁鹽處理的礬花生成慢、礬花輕。沉降慢的缺點，又能克服鐵鹽的出水不清、色度高的缺點。通常以鋁鹽為主，鐵鹽為輔，其價格比PAC略高一點點。近幾年來，研制和應用這類混；凝劑已成為熱點和發展的明顯趨勢。我國在這一領Z域內比較活躍，發表的論文和公布的專利較多。主要原材料是鋁鹽、鐵鹽和硅酸鹽以及含鋁鐵等元素的礦物。礦渣廢料，因而其原料來源廣，同時生產工藝比較簡單，有利于開發利用。我國已開發的鋁限復合混凝劑種類較多，我們將它們分為3大類：只含兩種陽離子的鋁鐵復合混凝劑，含有多種陰離子的鋁鐵復合混凝劑，以及含有其它陽離子的鋁鐵復合混凝劑。

1. 只含兩種陽離子的鋁鐵復臺混凝劑

　　在這類復合混凝劑中，除鋁、鐵外，不含其它金屬離子（即使有，也很少），陰離子則以一種為主。可以說，其組成相對比較簡單，純度較高。無疑這對原料有較高的要求。由于雜質少，特別是有害物質少，則它們適用于飲用水的處理。對這類混凝劑研究也比較深入，其中部分產品已進入國內水處理市場。這類混凝劑主要有以下幾種：
1.1 聚合氯化鋁鐵（PAFC）
　　通常采用PAC與FeCl₃（或和FeCl₂）反應，或者AlCl₃或低聚氯化鋁與鐵反應，再進行羥基化聚合，就可制得聚合氯化鋁鐵。或將粉碎的鋁土礦放入反應釜中與鹽酸反應，然后將其倒入攪拌池中，并加入高鋁灰和水，攪拌3－5h，沉淀即為產品。PAFC產品為淡黃色、暗黃色片狀、粒狀或粉狀固體，易溶于水，在空氣中易潮解。液體產品為淡黃色透明或懸濁液，相對密度＞1.2，w（Al₂O₃）＝6.0％－6.5％，w（Fe₂O₃）＝4.0％－4.3％，鹽基度為 30％－50％，pH值（1％水溶液）為 2－3。該產品用于生活飲用水。工業用水的凈化和各種污水的化學處理。如某電子管廠用PAFC處理濁度為319NTU的廢水，投加量為0.4或0.6 mg/L，處理后的水無色透明，重金屬達標。某廠最初用PAC和PFS處理電鍍廢水，鋼總是不能達標，采用PAFC后各項指標均達標。用PAFC處理生產洗滌劑的廢水，比用PAC，PFS和PFSC的效果要好得多。因此，PAFC是聚鋁和聚鐵的替代產品^[1-7]。
1.2 聚合硫酸鋁鐵（PAFS）
　　以鋁土礦、高鋁灰、硫酸為原料，接與PAFC相同的工藝過程制備PAFS。也可在反應器中，依次加入硫酸亞鐵、硫酸鋁、水、硫酸及硝酸鋁，通入空氣并進行攪拌，氧化、水解、聚合反應約0.5h，得到紅棕色透明液體，鹽基度達19％，ρ（Fe³⁺）161.4 g／L，ρ（Al³⁺）7.0 g／L。PAFS用于煉油工業廢水的處理，采用浮選法和投加 PAFS（8或10 mg／L），去油率達99％，COD降低 88.5％。PAFS用于污泥脫水，具有最佳投加量小，濾餅含水率低，濾液透光性好，澄清度高等特點。其效果均明顯優于PAC和PFS^[7-10]。
1.3 聚合硅酸鋁鐵（PSAF）
　　通常將高模數（M≥3.0）的水玻璃稀釋，在快速攪拌下滴加稀硫酸，至pH值約為5.7，放置一段時間后使其聚合，然后加入硫酸鋁和硫酸鐵溶液，陳化一段時間后即得PSAF。它是透明、均一、呈紅褐色的溶液，穩定性好，可放置2－3個月。用n（Fe）／n（Al）＝1：3，n（SiO₂）／n（Fe+Al）= l：3的 PSAF，在 pH＝10的條件下，可使合成洗滌劑廢水中的LAS去除率達到90％以上。用于松花江水的除濁處理，處理后的殘余濁度小（1.6度），完全符合我國生活飲用水衛生標準。其它文獻也說明PSAF具有較優的混凝性能，其用量少，適宜的pH值范圍較寬，形成礬花迅速，并且絮體粗大結實，是一種有發展前途的凈水劑^[11-16]。

2 含有多種陰離子的鋁鐵復合混凝劑

　　應用表明，在聚合鋁（鐵）中，引入一定量的高價陰離子，如SO₄^2-，PO₄^3-后，能提高聚合鋁的分子量和穩定性，也使多核配合物的電荷量增高，從而有更好的混凝效果 在共存陰離子中，研究較多的是氯根和硫酸根、以及由于添加活性硅酸而形成的硫酸根和硅酸根等。
2.1 聚合硫酸氯化鋁鐵（PAFCS）
　　把礦渣中的有效成份鐵。鋁置換出來，再用添加劑調聚，就可制得PAFCS。其主要技術指標：外觀為深棕紅色透明液體；密度（2℃）為 1.2 g／cm³；w（Al₂O₃）＝8%－12%；w（Fe₂O₃）＝0.8％－1.3％；；w（SO_42-）＝2%－4％，pH 2.5－4；堿化度50％－75％。采用PAFCS處理印染廢水，投加量為 500 mg／L時，色度去除率高達 98％。PAFCS比明礬和PAC具有更高的除濁性與更快的沉降速度及更低的處理成個，很有可能成為后兩種凈水劑的替代品而具有很大的市場潛力^[17-19]。
2.2 聚合硫基硅酸鋁鐵（PAFSSC）
　　將活性粘土與 HCl－H₂SO₄混合酸在 90－110℃反應Zh，冷卻分離，制得鋁鐵酸性溶液。然后在其中投加鋁酸鈣礦粉，于80－100℃反應1－2h，再加入預先用水玻璃加稀硫酸制得的活性硅酸，反應0.5h，沉降后可得液體的PAFSSC產品，其主要質量指標：w（Al₂O₃）＝10.01％，w（Fe₂O₃）＝1.82％，鹽基度68.7％，水不溶物0.2％，pH（l％水溶液）4.2。此凈水劑除濁效果明顯優于單獨投加 PAC或 PFS。

3 含有其它陽離子的鋁鐵復合混凝劑

　　在鋁鐵復合混凝劑中，除了鋁、鐵外，還含有其它的金屬，如鈣。鎂等。這些“雜質”金屬離子的出現，是由不純的原材料帶來的。實驗表明，象鈣、鎂這類金屬離子，常可提高主體混凝劑的絮凝效果，對某些工業廢水來說，效果比較顯著。誠然，雜質并非都是有益的。事實上，以礦物、礦渣廢料為原料制得的復合混凝劑，常使產品重金屬含量偏高，從而限制了產品的應用范圍。
3.1 含有鈣的鋁鐵復合混凝劑
　　以含鋁、鐵的煤研石、高嶺土、鋁礬土為原料制得的硅鈣復合型聚合氯化鋁鐵（SCPAFC）用于制革廢水（ρ（SS）為 300mg／L，濁度為 1000 NTU左右，COD為 1000 mg／L左右，PH為6.5－8）的處理，濁度去除率為99％，SS去除率為95％，COD去除率為90％，Cr3的去除率為85％左右。各項性能均優于 PAC的2倍以上。SCPAFC還可用于生活和生產用水及其它廢水的凈化處理，效果優良”^[20]。以鋁廠赤泥為原料，經過酸溶、活化聚合等步驟，制備出以PAC為主，同時含有鐵、硅、鈣等有效成分的復合混凝劑。對直接耐酸大紅溶液和分散黃溶液的脫色試驗結果表明，其脫色效果優于PAC和PFS^[21]。以聚合硫酸鋁鐵、鈣鹽為主的多聚物XG977，適合于處理含油廢水。在投加量相同條件下，處理效果明顯優于PAC，并且污泥體積小，沉降仕能也優于PAC，綜合處理費用比PAC低20％^[20]。
3.2 含有鎂的鋁鐵復合混凝劑
　　利用廢棄物硼泥和含AlCl₃的鹽酸廢液制得的黃褐色硼泥復合混凝劑固體，在處理ρ（COD）為420 mg／L、色度＜200倍，pH＞8.0的印染廢水時，投加 0.3 g／L一次處理可達排放標準，COD去除率達 67％，SS及色度去除率均達 98％以上，比PAC的處理效果好，而成本僅為PAC的 1／10－l／8^[23-24]。用硼泥復合混凝劑處理制革廢水和生活污水時，效果都很好^[25-26]。用氫氧化鋁。氯化鐵、氯化鎂和鹽酸為原料，制備了復合混凝劉鐵鎂鋁聚合物FMA，其對硅藻土模擬水樣的絮凝沉降性能遠優于PAC。在處理印染廢水。造紙廢水及采油污水時，均取得了良好的效果。含有鐵、鎂、鋁等多種離子的新型復合混凝劑PAFM，對成分復雜的工業印染廢水具有良好的脫色效果和COD去除能力，而且pH 值適應范圍較寬。
3.3 鋁鐵錫共聚物
　　新研制成功的鋁鐵錫共聚物，對模擬水樣處理的初步實驗結果表明，這種混凝劑有可能成為比鋁鐵共聚物更為優良的混凝劑。

4 結語

　　綜上所述，我國對鋁鐵復合混凝劑的研究開發、生產和應用諸方面均取得了可喜的進展，但還存在不少問題，主要有：開發出來的品種多，而大量生產和廣泛使用的品種少；缺乏理論指導，因而出現簡單復配、拼湊的“新品種”；多數廠家生產工藝設備比較落后，產品質量不夠穩定，有的產品含有較高的水不溶物和一些有害雜質。這些都直接或間接地影響了鋁鐵復合混凝劑的廣泛應用。只有克服上述問題，才能加速我國聚合鋁鐵混凝劑工業逐步走上規模化、系列化的道路，滿足環保事業日益增長的需求。

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　　作者簡介：甘莉（1972－），女，湖南江華人，講師，碩士，現主要從事環境工程專業的教學和科研工作，電話（0716）8431946。