摘要：研究采用聚铝和聚铁作絮凝剂，并加入有机助凝剂，联合作用处理麦草爆破制浆废水的混凝效果。结果表明：聚铝和聚铁联合投加的混凝效果优于它们单独投加，具有明显的交互作用。并进一步探讨了絮凝剂投加比例、pH值、水温、投加顺序等因素对交互作用的影响，得出了实验的较佳条件。
聚合氯化铝（PAC，简称聚铝）、聚合硫酸铁（PFS，简称聚铁）为新一代无机高聚物混凝剂，处理废水具有用量少、杂质（COD、色度、浊度等）去除率高、腐蚀性小、沉淀速度快、适用pH范围广，其絮凝产物压缩性和脱水性优良等特点。目前，聚铝和聚铁絮凝剂已经在水处理领域得到广泛应用，有关聚铝和聚铁在水处理中的报导很多，但将二者联用的报导却很少见。本实验采用聚铝和聚铁作絮凝剂，加入有机助凝剂，联合作用处理麦草爆破制浆废水，现联合投加对混凝有明显的交互作用，采用聚铝与聚铁联合投加的净水效果比单一采用聚铝或聚铁好。
1、实验
1.1废水情况
本实验所用废水，是由山东某造纸厂提供的取麦草爆破制浆废水，其ρCODcr为4000mg/L，nSS为156.8mg/L，pH值为9.43。
1.2实验仪器
PHS-25B型数字酸度计，上海大普仪器有限公司；搅拌器，上海标准模型厂；nCOD测定仪，按GB11914-89《水质 化学需氧量的测定重铬酸盐法》来完成测量。
1.3实验药品
聚铝（盐基度为78.6%），配制成质量分数为7.5%的溶液；聚铁（盐基度为10.4%），配制成质量分数为7.5%的溶液；有机助凝剂溶液（简称A）。
1.4实验方法
每组实验均取100mL废水倒入容积为500mL烧杯中，在加入PAC，PFS或A溶液后，快速（200r/min）搅拌1min，再慢速（60-80r/min）搅拌2min，静置30min，取上层清液测定ρCOD·cr。
废水pH值采用滴加H2SO4溶液、NaOH溶液，调节至设定pH值。
2、结果与讨论
2.1交互作用判别实验
为了增强PAC和PFS的絮凝效果，生成粗大、结实、易于沉降的絮凝体，试验中加入助凝剂A药剂，并做了一批试探性实验，得出A药剂加入量为0.75mL/100mL时，助凝效果较好。
在室温情况下，做了9组实验，每组实验取废水100mL，将pH值均调为7，A药剂加入量为0.75mL/100mL，投加药剂，实验结果见表1。
表1PAC与PFS不同投加量时的实验结果
| 序号 | PAC/mL | PFS/mL | ρCOD·cr/mg·L-1 | ρCOD·cr去除率/% |
| 1 | 4.0 | 0 | 812 | 79.7 |
| 2 | 3.5 | 0.5 | 740 | 81.5 |
| 3 | 3.0 | 1.0 | 548 | 86.3 |
| 4 | 2.5 | 1.5 | 428 | 89.3 |
| 5 | 2.0 | 2.0 | 384 | 90.4 |
| 6 | 1.5 | 2.5 | 308 | 92.3 |
| 7 | 1.0 | 3.0 | 344 | 91.4 |
| 8 | 0.5 | 3.5 | 348 | 91.3 |
| 9 | 0 | 4.0 | 460 | 88.5 |
实验结果显示：在温度、pH值、助凝剂投加量相同的情况下，采用聚铝与聚铁联合投加的净水效果比单一采用聚铝或聚铁好，表明聚铝与聚铁联合投加有协同混凝的效果，存在明显的交互作用。
聚铝和聚铁均为优良的絮凝剂，各有特点。聚铁水解快，生成矾花速度快，易沉降，强度好，但矾花小，出水不清、残余色度高；而聚铝生成矾花大，出水残余色度低，但生成絮团较慢，矾花轻、疏松，沉降慢，联合投加聚铝和聚铁，一定程度上可互相取长补短增效，使初凝时间、沉降速度优于聚铝，而矾花大小、出水色度优于聚铁，因此，使药效更好地发挥。
2.2交互作用的影响因素
影响混凝交互作用的因素较复杂，在此主要探讨絮凝剂投加比例、pH值、水温、投加顺序等几个因素。
a.絮凝剂投加比例的影响。由上述实验可知：聚铝和聚铁联合投加得到较佳效果的比例为0.6:1（体积比）。
b.pH值的影响。在室温下，做了8组实验，每组实验取100mL废水，固定聚铝与聚铁加入量均为2.0mL，A药剂加入量为0.75mL，实验结果见表2。实验结果表明：随着pH值升高，ρCOD·cr去除率先升高后降低，废水pH值为6时，絮凝效果较好。
表2不同pH值时的实验结果
| 序号 | pH值 | ρCOD·cr/mg·L-1 | ρCOD·cr去除率/% |
| 1 | 4 | 708 | 82.3 |
| 2 | 5 | 564 | 85.9 |
| 3 | 6 | 328 | 91.8 |
| 4 | 7 | 384 | 90.4 |
| 5 | 8 | 416 | 89.6 |
| 6 | 9 | 452 | 88.7 |
| 7 | 9.43（原液） | 520 | 87.0 |
| 8 | 10 | 760 | 81.0 |
聚铝和聚铁溶液pH值较低，铝离子和铁离子以水合铝、水合铁络合离子状态存在。加入废水中，若pH值升高，这些水合络合离子就会发生配位水解反应，生成各种羟基铝、铁离子，将产生氢氧化铝、氢氧化铁化学沉淀物析出。由于沉淀网捕机理，因此絮凝效果越来越好。当pH值继续升高时，氢氧化铝沉淀又会溶解，使絮凝效果变差。如果pH值过低，配位水解反应困难，絮凝效果较差；若pH值过高，氢氧化铝沉淀会大量溶解，絮凝效果也会变差。
c.废水的温度的影响。做7组实验，每组实验取100mL废水，固定pH值为6，聚铝与聚铁加入量均为2.0mL，A药剂加入量为0.75mL，实验结果见表3。
表3不同温度时的实验结果
| 序号 | t/℃ | ρCOD·cr/mg·L-1 | ρCOD·cr去除率/% |
| 1 | 5 | 720 | 82.0 |
| 2 | 10 | 470 | 88.3 |
| 3 | 15 | 328 | 91.8 |
| 4 | 20 | 368 | 90.8 |
| 5 | 25 | 344 | 91.4 |
| 6 | 30 | 460 | 88.5 |
| 7 | 35 | 440 | 90.0 |
突验结果表明：当水温较低（<5℃）时，ρCOD去除率较差；在10-35℃，絮凝效果较好，但ρCOD去除率随温度变化不大。
聚铝和聚铁的水解反应是吸热反应，如果水温过低时，水解困难。水温升高，使得水解容易，而且布朗运动增强，胶粒间碰撞机会增加，絮凝效果变好；但水温继续升高，只加快了沉淀速度，对ρCOD·cr去除率影响不大。
d.聚铝与聚铁投加顺序的影响。在室温下，做2组实验，每组实验取100mL废水，固定pH值为6、聚铝与聚铁加入量均为2.0mL。
实验结果为：先加聚铝，后加聚铁，ρCOD·cr为328mg/L，ρCOD·cr去除率为91.8%；先加聚铁，后加聚铝，ρCOD·cr为232mg/L，ρCOD·cr去除率为94.2%。
实验结果表明：先加聚铁，后加聚铝的絮凝效果更好。
混凝过程一般由凝聚、絮凝和沉淀三个阶段。先加入聚铁，搅拌1min，是聚铁混凝的凝聚阶段，水中生成细而重的矾花，再加入聚铝，此时聚铁处于絮凝阶段，矾花成长变粗，以它们为核心，聚铝产生的沉淀物会生长成粗大的矾花，所以絮凝效果好。如果先加入聚铝，搅拌1min，聚铝处于凝聚阶段，生成絮团较慢而且矾花较疏松；再加入聚铁，以松散的聚铝为核心，聚铁产生的沉淀物生长成的矾花较小，所以絮凝效果相对较差。
