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1、聚硅氯化铝（ PASiC ）的电动特性凝固行为（北京大学环境工程学院，环境科学与工程系，山东大学，济南250100 Email : bygao sdu. edu. cn) 摘要：电动特性和凝固行为的聚硅氯化铝（PASiC）和聚合氯化铝（PAC）进行了研究，并比较了流动电流（SC）的测量和JAR测试方法。实验结果表明，相比较PAC，聚硅酸与带负电荷的铝水解产物相互作用减少了PASiC 电荷中和能力。聚硅氯化铝（PASiC）盐基度（B）和Al / Si摩尔比的减少有着密切的关系。聚硅氯化铝（PASiC）的电荷中和能力随B值和Al / Si摩尔比的降低而降低。与此相反，制备工艺也会影响聚硅氯化铝（P
2、ASiC）的电荷中和能力。此外，对比聚合氯化铝，聚硅氯化铝（PASiC）有更好的絮凝效果。 关键词：絮凝剂聚合氯化铝（PASiC）;流动电流（SC）;电动特性;混凝效果。引言无机高分子絮凝剂在水和废水处理的絮凝过程一般涉及两个方面：一方面是研究水解聚合过程，物质在水中转化成无机金属盐，而另一方面是研究胶体粒子在水解过程中的不稳定因素。因为在水中增加絮凝剂后胶体粒子与电荷密度是密切相关的，絮凝剂本身的不稳定电动特性是一个重要的的研究方面。目前，调查电动特性和判断絮凝效果的方法有两个，分别是流动电流（SC）和微电脉测量技术（Black , 1965 ; Tang , 1995）。微电泳测量技术是观
3、察带电粒子在电场的时间速度后计算出Zeta电位的胶体粒子。Zeta电位是一个重要的参数来表明胶体的电动特性，它可以被视为一种有效的指标来判断水中胶体粒子在加入絮凝剂后的破坏程度，也对观察絮凝剂的絮凝效果有所帮助。然而，测量Zeta电位也存在着以下缺点：低精度，可重复性差，并且不能被用于在线监测和连续检测。为了克服这些缺点，最近SC被广泛用于调查絮凝剂表面上胶体粒子的电动特性和电荷中和能力(Qu , 1997)，此外， Zeta电位反映的电荷中和能力为胶体分散，被称为分离弥漫层，而SC所研究的结果是分离弥漫层和固定层。因此， 通过Zeta电位和SC的线性关系（Dentel，1991年），也可以定
4、量地反映出无机混凝剂胶体粒子表面的电中和能力。 本文的聚硅氯化铝（PASiC）准备了两个实验步骤，聚合氯化铝（ PAC ）及聚硅氯化铝（PASiC）的电动特性及絮凝效果是通过SC和JAR来测试 ，初步根据实验结果，聚硅氯化铝（PASiC）絮凝剂的絮凝效果比较好。1.材料与方法1.1聚硅氯化铝（PASiC）絮凝剂的制备 聚硅氯化铝（PASiC）絮凝剂已如以前所述(Gao , 1999)，简单的说明下，准备聚硅氯化铝（PASiC）絮凝剂之前先将1.0781 mol / L的AlCl3用蒸馏水稀释到0.25mol / L，接着用两种方法来制备聚硅氯化铝（PASiC）：（1）用0.5mol / L的N
5、aOH（655dosimat）缓慢滴定氯化铝，并且控制OH/Al 的比值，OH/Al 的比值就是盐基度（B）。在滴定过程中，氢氧化钠溶液的滴定速度为0.05ml/min，655 dosimat微型滴定装置是用来记录pH值的变化，同时进行完全搅拌（转速300r/min）以获得最佳溶液，最后控制铝的浓度（定义为Al）为0.1 mol/L的聚氯化铝（PAC）溶液。然后与聚硅酸氯化铝（PASiC）聚合两个小时并且使Al/Si5就能获得聚硅酸氯化铝（ PASiCm）絮凝剂，Al在0109401098 mol/L范围内；（2）在聚合前要先混合氯化铝溶液和新制取的聚硅酸并控制的不同Al/Si比。接着， 把0
6、.5 mol / L的NaOH溶液缓慢滴加（0.05ml/min）,彻底搅拌获得理想的盐基度（B）和不同的铝硅比的聚硅氯化铝（PASiCc）絮凝剂与0.1 mol / L的Al。此外， 655 dosimat微型滴定装置是用来记录变化的 pH值，大力搅拌溶液（300r/min）使之均匀。最后成功获得絮凝剂并且在做任何分析之前在温度为20 的环境下保存一夜。1.2 SC的测量方法 SC的值是通过SC-30S流动电流的探测器而定的。在实验中，不同絮凝剂测试中加入2.0L的水是1.0L自来水与1.0L去离子水混合而成的。然后，用磁搅拌器迅速搅拌水；在不同的的实验条件下SC的值被记录下来。此外，pH值
7、用0.1 mol / L的盐酸或0.1 mol / L的氢氧化钠溶液来调整。1.3 Jar 检测法 用6浆式搅拌机进行JAR混凝实验测试，测试的水质来自中国济南卧虎山，测试用的500ml水给予的浓度范围为0.58.5 mg / L（如氧化铝+二氧化硅）。该溶液加入絮凝剂要快速搅拌2min转速为120r/min，接着是慢速搅拌,在60r/min下搅拌8min然后沉降10min。经过沉淀后的上层清液为样本取出作研究。2.结果和讨论2.1 比较PASiC和PAC的SC值聚氯化铝（PAC）不同的盐基度和聚硅酸氯化铝（PASiC）不同的铝硅比和盐基度都是改变SC值的变化因素。从图14，可以看出SC值随着
8、聚氯化铝（PAC）和聚硅酸氯化铝（PASiC）的剂量增加而增加，但是一样的盐基度和使用剂量下，聚氯化铝（PAC）的SC值始终要比聚硅酸氯化铝（PASIC）大。此外，在盐基度B = 1.5时，聚硅酸氯化铝（PASiCm）的SC值略高于聚硅酸氯化铝（PASiCc），但是在盐基度B = 2.0时结论正好相反。然而，聚硅酸氯化铝（PASiCc）和聚硅酸氯化铝（PASiCm）的SC值随盐基度B值的增加而减小。上述结果表明在电荷中和的时候，就会发生聚硅酸的负电荷和铝盐的正电荷相结合。从而减少了聚硅酸氯化铝（PASiC）的SC值。并且聚硅酸含量越多，聚硅酸氯化铝（PASiC）的SC值就越低。研究结果也表明，
9、聚硅酸氯化铝（PASiC）的制备工艺也有影响。（图1 B=1.0）（图2 B=1.5）此外，影响盐基度B值的因素有铝硅比和在制备工艺上的SC值为0（图1），这个可以对照（图1）发现SC=0时对所有的絮凝剂盐基度B值都会增大。另一方面，盐基度B值一样时要使SC=0，聚硅酸氯化铝（PASiC）的需要量要比聚氯化铝（PAC）大，同时聚硅酸氯化铝（PASiC）要控制低的铝硅比也要大需要大剂量，然而，当盐基度B值增加聚氯化铝（PAC）和聚硅酸氯化铝（PASiC）在SC=0时的需要剂量则减小。此外，在低铝硅比的条件下对制备工艺有较大影响的是电荷中和能力，但是在高铝硅比的条件下对聚硅酸氯化铝（PASiC）的
10、失效能力则有较小影响。（图3 B=2.0）（图4 B=2.5）2.2测试水质的SC值和PH值之间的关系 聚硅酸氯化铝（PASiC）和c的SC变化值在图5，图6中有说明，在实验过程中固定絮凝剂的Al = 0.15 mol / L来测试水质的PH值，可以看出，在每一种PH值下SC值的改变是相同的，但聚硅酸氯化铝（PASiC）的SC和PH曲线都低于聚氯化铝（PAC）。随着PH酸性增加，SC值在PH在5.0到6.0范围内是最大值，当SC减少等于0时PH值轻微地高于标准，并且最终进入负方向。（表1 SC=0）（图5 B=2.0）（图6 铝硅比=10） 通过（图5）反映出聚硅酸氯化铝（PASiC）絮凝剂在
11、B=2.0时，越低的铝硅比，SC和PH的曲线也越低。例如聚氯化铝（PAC），PH值大约在8.9时SC值到达0，然而，所有被测试的聚硅酸氯化铝（PASiC）絮凝剂的SC值在很低的情况下PH值等于0。由于铝硅比的变化值在515，聚硅酸氯化铝（PASiCc）和聚硅酸氯化铝（PASiCm）当SC=0时的曲线都偏向酸性PH值。同样的，与PASiCm相比PASiCc在同样的铝硅比和PH值下SC有比较大的值。然而，当铝硅比增加时PASiCc和PASiCm的SC值会降低。从图6可以看出当PASiCc的铝硅比固定等于10时，SC值会随B值的增加而增加。同时当SC=0时盐基度B分别等于1.0，1.5，2.0，2.
12、5的时候PH值对应值为6.9，7.9，8.4，8.5。总的来说，研究结果表明聚硅酸氯化铝（PASiC）絮凝剂的B值、铝硅比和制备工艺都对水解产物有影响。2.3济南卧虎山的PASiC絮凝剂应用水质是取自中国济南卧虎山，PH=7.86，浑浊度=22.0NTU，UV254=0.13，CODMn=7.95mg/L。图7显示了聚氯化铝（PAC）B=2.0与聚硅酸氯化铝（PASiC）B=2.0不同的铝硅比而影响了絮凝剂的效果，从图7可以看出PASiC比PAC更能去除浑浊度和UV254及CODMn。PASiC有不同的铝硅比，越是低的铝硅比絮凝效果越好。上述结果表明，铝与聚硅酸之间的水解作用可以提高PASiC
13、的絮凝效果，能够降低已处理过的水中的有害物质。在测试铝硅比值中发现，PASiC中的聚硅酸性能越好那整个絮凝剂的絮凝效果也就越好。因为PASiC有低的铝硅比就有高的分子量和低的正电荷，改变天然有机物的电中和能力能够使PASiC实现消除浊度。 （图7 NTU） (图7 COD)（图7 UV254）3 结论 聚硅酸氯化铝（PASiC）是一种无机化合物絮凝剂。聚硅酸氯化铝（PASiC）比聚氯化铝（PAC）要少正电荷，因为带正电荷的聚硅酸和带负电荷的水解铝相互作用。铝硅比和盐基度B值对带电动性的聚硅酸氯化铝（PASiC）有很大的影响。越是低的铝硅比和B值，PASiC正电荷越低。与此相反，制备工艺对PAS
14、iC的电动性影响不大。PASiCc和PASiCm在相同B值和铝硅比下当铝硅比升高时SC值减小。因此，适当的铝硅比能够控制絮凝剂的絮凝过程。在聚硅酸氯化铝（PASiC）中大比例的聚硅酸将显著降低PASiC的正电荷数量，这将削弱絮凝过程的有效性。另外，对比PAC，PASiC能够提高更好的絮凝效果，铝硅比的测试范围在1030中发现越低的铝硅比就有越好的絮凝效果。参考资料 Black A P , Chen C , 19651 Electrophretic study of coagulation and flocculation of river sediment suspensions with a
15、luminum 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 the natural water and its coagulation J . J Environ Sci , 9(1) : 71 791 Tang H X, Luan Z K, 19951 Fe
