1　鋁鹽混凝劑概述

1.1　鋁鹽混凝劑發(fā)展

混凝是目前水與廢水處理的一種廣泛使用的方法，且有著悠久的歷史。混凝單元是水處理工藝中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它能夠顯著影響最終的出水質(zhì)量和生產(chǎn)成本，是環(huán)境工程學(xué)科中的重要科技開(kāi)發(fā)領(lǐng)域^［1］。

混凝劑的種類(lèi)和性質(zhì)影響混凝單元的效率和運(yùn)行成本，因此很長(zhǎng)一段時(shí)間，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者均致力于混凝劑的開(kāi)發(fā)和研制工作中。整體來(lái)看，混凝劑的發(fā)展趨勢(shì)為從無(wú)機(jī)低分子混凝劑向無(wú)機(jī)高分子混凝劑發(fā)展、從簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)高分子混凝劑向復(fù)合混凝劑發(fā)展。目前常用的混凝劑種類(lèi)很多，按化學(xué)成分可分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩大類(lèi)，如表1-1所列。

表1-1　混凝劑的類(lèi)型及名稱(chēng)

其中，無(wú)機(jī)混凝劑以其無(wú)毒、原料易得及其價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)一直在飲用水、工業(yè)水的凈化處理以及地下水、廢水淤泥的脫水處理中得到廣泛應(yīng)用。19世紀(jì)末期，美國(guó)將硫酸鋁用于給水處理工藝中并取得專(zhuān)利，硫酸鋁以其卓越的混凝沉降性被廣泛采用，成為給水和廢水處理工藝中的主要無(wú)機(jī)混凝劑。目前，全世界的硫酸鋁的年產(chǎn)量大約為4×10⁶～5×10⁶t，主要應(yīng)用于給水和廢水的混凝處理。我國(guó)常用的用于飲用水凈化的明礬就是硫酸鋁和硫酸鉀或者硫酸銨的復(fù)合鹽類(lèi)，但是主要應(yīng)用于給水處理，在工業(yè)用水和廢水的處理工藝中應(yīng)用較少。鋁鹽混凝劑已經(jīng)成為最常用最廣泛的水處理藥劑，其中明礬在我國(guó)以及中東地區(qū)作為混凝劑的歷史已經(jīng)有幾千年，人類(lèi)首次使用硫酸鋁進(jìn)行凈水實(shí)驗(yàn)是在1827年。到20世紀(jì)初期，采用混凝劑進(jìn)行給水處理的快濾池進(jìn)入實(shí)踐中，之后，在1929年鋁酸鈉逐漸作為混凝劑被采用^［2］。

隨著長(zhǎng)期的實(shí)踐，人們逐漸對(duì)鋁鹽的水解聚合反應(yīng)和混凝機(jī)理有了一定的認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)采用硫酸鋁等傳統(tǒng)鋁鹽混凝劑時(shí)，在投入到水體中后，鋁鹽混凝劑的水解和聚合反應(yīng)會(huì)強(qiáng)烈地影響水體中膠體物的脫穩(wěn)過(guò)程，因而不能達(dá)到預(yù)期最佳的混凝效果。在這種情況下，無(wú)機(jī)高分子鋁鹽混凝劑在低分子鋁鹽混凝劑的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)。從20世紀(jì)30年代以來(lái)，前蘇聯(lián)、日本、德國(guó)等國(guó)家陸續(xù)開(kāi)始研究鋁的堿式鹽，并將這種堿式鹽應(yīng)用于給水處理工藝中。隨后，在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)各種方法制備出了不同的堿式鋁鹽，如羥基鋁、絡(luò)合鋁等，并逐漸將它們應(yīng)用于凈水工藝中。20世紀(jì)60年代，日本率先將無(wú)機(jī)聚合鋁鹽混凝劑聚合氯化鋁（PAC）應(yīng)用到實(shí)際水處理工藝中；到20世紀(jì)70年代中期以后，日本給水處理中PAC的使用超過(guò)了明礬^［3～6］。我國(guó)也是研制PAC較早的國(guó)家之一，從20世紀(jì)60年代開(kāi)始研究。哈爾濱自來(lái)水公司等單位在1964年用鋁灰試制“堿式絡(luò)合鋁鹽”^［7］，不久之后，沈陽(yáng)市組成飲水潔凈小組開(kāi)展了羥基氯化鋁的試制研究工作^［8］。

到20世紀(jì)70年代的中期以后，世界上很多國(guó)家已經(jīng)把聚合鋁當(dāng)成一種非常重要的無(wú)機(jī)高分子混凝劑并給予了肯定的評(píng)價(jià)。目前聚合氯化鋁（PAC）已經(jīng)逐步取代明礬、氯化鋁、硫酸鋁等傳統(tǒng)鋁鹽混凝劑，成為水處理工藝中最廣泛使用的水處理藥劑。我國(guó)目前用于水處理工藝的PAC的年用量約為5×10⁵t，并且隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展以及凈水要求的不斷提高，PAC的用量逐年增大。高分子聚合鋁鹽混凝劑的研制和應(yīng)用標(biāo)志著鋁鹽混凝劑的研究進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域和階段，中間經(jīng)歷了從鋁鹽到無(wú)機(jī)高分子鋁鹽再到復(fù)合高分子鋁鹽的發(fā)展歷程。