高立新，張大全，陳新梅
（上海電力學院 環境工程系，上海 200090）

　　摘要：以聚硅酸、聚合氯化鋁(PAC)、陽離子型聚丙烯酰胺(C—PAM)為原料，制備了復合型無機高分子絮凝劑PCSM。考察了加藥量、鋁與硅的物質的量比、pH值等因素對絮凝效果的影響。結果表明，少量添加C—PAM有助于改善聚合鋁硅(PSAC)的穩定性和絮凝效果。與PSAC相比，PCSM有較寬的pH值適用范圍，絮體顆粒粗大、密實，沉降速度快，余濁低。
　　關鍵詞：聚合鋁硅；聚丙烯酰胺；絮凝劑；水處理
　　中圖分類號：TU991.22 文獻標識碼：A　　 文章編號：1009—2455(2004)01—0070—03

A Research on Synthesization and Performance of A Ternary Compound Flocculant
(Environmental Engineering Department of Shanghai Electric Power Institute，Shanghai 200090,China)

　　AbStract： A compound inorganic polymer flocculant，PCSM，was prepared with polysilicic acid，polyaluminum chloride (PAC) and cationic-type polyacrylamide (C—PAM) as raw materials.The effects of the dosage, the mole ratio between aluminum and silicon，the pH values，etc.on the results of flocculation were studied.It is shown by the results that the addition of a small amount of C—PAM is helpful to improve the stability of PSAC and the results of flocculation.Compared to PSAC，PCSM is adaptable to a wider range of pH values，with which the flocculating constnuent granules are larger and denser， the sedimentation velocity is faster， and the residual turbidity lower.
　　Key words： aluminum-silicon complex flocculants (PSAC)； polyacrylamide (C-PAM)；flocculants；wastewater treatment

　　聚硅酸(Polysmcic acid 簡稱 PSA)是一種具有良好的吸附性能和架橋能力的陰離子型無機高分子物質。PSA 具有原料價廉易得、安全無毒、制備簡便等許多優點，最大的缺點是穩定性較差，在溶液中能自行聚合形成不溶于水的凝膠狀高聚物，失去絮凝性能。聚合氯化鋁(Polyaluminum chloride 簡稱 PAC)與 PSA 復配而成的鋁硅復合型絮凝劑(Polyaluminam chloride containing activated silicic acid PSAC)，可以充分發揮二者的長處。與 PSA 相比，不但提高了穩定性，而且增加了電中和能力；但 PAC 對 PSA 的穩定效果有限^[1-2]。研究表明，有機高分子聚合物將影響 PSA 分子的存在態，從而對其穩定性和絮凝效果產生影響^[3]。目前，PSAC 與有機聚合物復配方面的研究工作少報道。本實驗在 PSAC 復配物基礎上，添加少量機高分子絮凝劑——陽離子型聚丙烯酰胺(cationicpoly-acrylamide 簡稱 C—PAM)復合成為絮凝劑PC-SM。PCSM 同時具備靜電中和、吸附架橋及網捕3種功能，明顯增強了產品的穩定性和絮凝性能。

1 實驗部分

1.1 主要試劑
　　水玻璃(含26％SiO₂)，C-PAM(相對分子質量為600萬)，PAC(固體，鹽基度為65％)。
1.2 PCSM的制備及膠凝時間的測定
　　將水玻璃稀釋至SiO₂質量分數為10％的稀溶液。在攪拌的條件下，將其滴加到1：1鹽酸溶液中，至pH值為3-4。室溫(9 ℃)下反應1 h后，調節pH值為1—2，再在40℃下恒溫攪拌15min。然后，按照設定的鋁與硅的物質的量比加入不同劑量的 PAC 溶液，充分攪拌，制成 PSAC。再加入C-PAM(用量為 PAC 質量的0.3％—1.0％)混勻。熟化1 d后，即成PCSM絮凝劑。取適量倒人小瓶，在室溫下放置，測定膠凝時間。取PCSM復配完畢到其失去流動性所經歷的時間為PCSM的膠凝時間。
1.3 模擬懸浮液的絮凝實驗
　　配制含高嶺土20mg／L、腐植酸5mg／L.的模擬水樣(自來水與去離子水體積比為1：1)，測得水樣pH值為7.8，水溫8℃。濁度為38度。
　　絮凝實驗：取500mL水樣于燒杯中，在200r／min的快速攪拌下投加 PCSM，繼續快攪1 min，然后以40—60 r/min慢攪15 min，靜止沉降20min。用移液管吸取表面以下2cm處的上層清液用分光光度法測濁度，測定時以蒸餾水為空白。

2 結果與討論

2.1 鋁與硅的物質的量比對PCSM穩定性的影響
　　溫度、濃度、pH值是影響 PSA 聚合速度及穩定性的重要因素。加入 PAC 后，鋁與硅的物質的量比不同，藥劑的穩定性也不相同^[4]。本實驗在溫度、濃度、pH值一定的情況下，制成一系列不同鋁與硅的物質的量比的 PCSM 復合藥劑，其中SiO₂的質量分數均控制為2.5％。測定其膠凝時間，考察了鋁與硅的物質的量比對膠凝時間的影響，并與未加 C-PAM 的PSAC 進行比較。膠凝時間越長，則復配藥劑越穩定。實驗結果見圖1。

　　從圖1可以看出，鋁與硅的物質的量比是藥劑的膠凝時間的重要影響因素，鋁與硅的物質的量比過小，即PAC含量較少時，無論是否加入 C—PAM，復配藥劑都很容易凝膠，穩定性較差。隨著鋁與硅的物質的量比增大，特別是在n(AL)／n(Si)>1以后，復配藥劑中 PAC 成分增多，絮凝劑趨于陽離子性，膠凝時間明顯延長。在n(AL)／n(Si)>10以后，兩種藥劑均可放置50d以上不凝膠。從圖1還可以看出，少量加入 C-PAM 的 PCSM 穩定性比 PSAC 明顯提高。這是因為 C-PAM 的相對分子質量較大，其在稀溶液中有較長伸展的分子鏈，對 PSA 的進一步聚合膠凝起到空間阻隔作用。此外，由于 C-PAM 在溶液中水解后離子帶正電荷，與帶負電荷的 PSA 易吸附形成類似接枝的結構^[5]，也是阻隔 PSA 進一步反應形成不溶性交聯物質的重要原因。
　　實驗中還發現，在 PSA 中直接加入 C-PAM， C-PAM 容易成團析出，故復配時，應先加 PAC 后加 C-PAM，而且由于高相對分子質量的 C-PAM 在 PSAC 溶液中的溶解度有限，C-PAM 在復配藥劑中只能作為少量添加物，其用量不能超過 PAC 質量的2％。
2.2 鋁與硅的物質的量比對絮凝效果的影響
　　在室溫為9℃，投藥量12mg／L下，進行了鋁與硅的物質的量比對絮凝效果的影響實驗，結果如圖2。

　　圖2中為少量加入 C-PAM 時，鋁與硅的物質的量比對除濁效果的影響。可以看出，鋁與硅的物質的量比對絮凝效果有明顯的影響。鋁與硅的物質的量比達到5以后剩余濁度明顯降低。鋁與硅的物質的量比為10時，余濁最低。達到15以后曲線開始上升。由此可見，鋁與硅的物質的量比過大或過小均不利于提高混凝除濁效果。實驗中還發現，鋁與硅的物質的量比為10時，PCSM 的穩定性也較好，在9℃左右的室溫下，SiO₂的質量分數為2.5％時，可保持60d以上不膠凝。
　　鋁與硅的物質的量比是衡量鋁硅復合絮凝劑性能的一項重要指標。鋁與硅的物質的量比過小不利于提高絮凝劑的電中和能力，過大則由于大分子 PSA 含量過少使藥劑的吸附架橋能力下降，同樣也不利于提高絮凝效果。
2.3 投藥量對絮凝效果的影響
　　在n(A1)／n(Si)=5，m(C-PAM)／m(PAC)=1％時，我們考察了藥劑PCSM的投藥量對絮凝效果的影響，并與 PSA，PAC 進行了比較。結果見圖3。

　　從圖3可以看出，PCSM 與陽離子型絮凝劑 PAC 相比，存在一轉折點A，當投加量小于此點(2mg／L)時，復合物 PCSM 的絮凝效果不及 PAC，而投加量大于此點時，PCSM的絮凝效果優于 PAC。這是因為，水中膠粒通常是帶負電荷的，而在復配藥劑中，由于 PSA 中和了 PAC 的有效成分，導致 PCSM 的電中和能力下降。隨著藥品用量的增加，其中 PAC 的有效成分也隨之增加，加上大分子 PSA 及 C-PAM 的吸附架橋作用，使 PCSM 的絮凝除濁效果得到有效改善，濁度去除率高于PAC。從圖3中還可以看出，PSA 由于電中和能力較差，投藥量在20mg／L以上，才能達到較好的處理效果。
2.4 加入C-PAM對絮凝效果的影響
　　在同樣鋁與硅的物質的量比下，改變 C—PAM的用量(質量為PAC的0.3％-1.0％)，對未加 C—PAM 的 PSAC 與m(C-PAM)／m(PAC)分別為0.5％及1.0％的 PCSM 進行比較實驗。結果見圖4。

　　從圖4可以看出，加入 C-PAM 的復配藥劑凝效果明顯好于未加 C-PAM 的 PSAC，并且隨著 C-PAM 加入量的提高絮凝效果明顯增強。
　　高相對分子質量的 C-PAM 分子鏈很長，用很強的吸附架橋性能，即使少量加入絮凝效果也會明顯提高^[6]。從理論上講，C-PAM 的用量越綢有利于絮凝除濁。但由于 C-PAM 在混合藥劑咽溶解性有限。繼續加入會出現不能完全溶解的現象。另外，從成本和使用方便性上考慮，C-PAM 還是適合作為少量添加劑。實驗過程還可以觀察到加入 C-PAM 后，絮體形成速度快，體積大，靜置時，沉降迅速。
2.5 pH值對PCSM絮凝效果的影響
　　在鋁與硅的物質的量比為10，投藥量為13mg／L的條件下，考察了 PCSM 對不同pH值水樣的絮凝效果。結果如圖5所示。

　　從圖5可以看出，PCSM 在pH值為6-12的范圍內具有良好的絮凝除濁效果，尤其對偏堿性的污水絮凝效果更好。這一方面是因為 PCSM 中的 C—PAM 有較寬的pH值適用范圍，另一方面，隨著溶液pH值提高，PSA 與PAC的離解程度加強，增強了對溶液中顆粒的吸附和架橋作用，提高絮凝效果。實驗中還觀察到，在堿性時絮凝產物也較為粗大、密實，沉降明顯加快。

3 結論

　　①將少量C—PAM(質量為PAC的0.3％-1％)加入到PSAC中制成了復合型絮凝劑PCSM。與PAC和PSAC相比，PCSM的穩定性和絮凝效果均明顯增強。
　　②鋁與硅的物質的量比是影響PCSM穩定性和絮凝效果的重要因素。實驗結果表明，在鋁與硅的物質的量比為10，加藥量為13 mg／L，m(C—PAM)／m(PAC)為0.3％—2％時，PCSM對自配低濁水樣濁度去除率達到100％，此條件下藥劑也較穩定，SiO₂的質量分數為2.5％時，于9℃的室溫下能存放60d以上不膠凝。

參考文獻：
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作者簡介：高立新(1967—)，女，河南潢川人，副教授，碩士， 電話(021)65700719。