王志伟，李珅亮

(南大环境规划设计研究院(江苏)有限公司，江苏 南京 210019)

1 引言

废水污染问题作为主要的环境问题一直制约着人类社会的可持续发展，不同种类的废水例如生活污水、农业废水和工业废水，其中所含农药、染料、重金属和抗生素等有害物质对人类的健康构成了极大威胁[1，2]。我国作为铝制品大国，年产生的含铝废酸量也十分巨大。据不完全统计，我国每年产生的含铝废酸约120万t，大量的含铝废水如得不到妥善处理，将对周边环境造成难以估量的损害。

聚合氯化铝(PAC)是一种包含了聚合体和单体在内的，按照一定比例混合而成的无机高分子混凝剂。经研究发现，在废水的处理上，PAC具有稳定的水解性，与传统的铁基混凝剂相比，其具有吸附能力强、絮体大、沉降快、pH适应范围广等优势[3]。PAC做为一种新兴净水剂，在废水治理方面正受到广泛地关注。

我国从20世纪60年代开始研究生产PAC，采用废酸制备技术、碱容铝灰制备技术以及碱创建酸技术生产PAC，取得了良好的效益。目前国内外主要生产工艺包括金属铝溶解法、氢氧化铝为原料的制备法、煤矸石制备法[4]、三氯化铝制备法以及氢氧化铝凝胶制备法[5]等。

本文结合国内外相关工艺，提出了一种从低浓度含铝废酸中制备高效净水剂PAC的新方法，主要通过盐酸调节含铝废酸酸度，通过调节自配试剂的投料比和相关参数来控制PAC产品的铝含量和盐基度，过程中产生的滤渣可重复反溶，最大程度提高铝的利用率，减少危废的产生。

2 实验部分

2.1 实验试剂及仪器

实验试剂见表1，实验仪器见表2。

表1 实验用的部分化学试剂和原料

表2 实验用的部分仪器

2.2 实验过程

实验过程主要分为三部分，分别为：酸度的调节、铝含量的提高和盐基度的控制。

首先，将含铝废酸倒入大烧杯中，加入一定量的37%浓盐酸将废酸酸度提升，随后加入Al(OH)3并在一定温度下回流搅拌，使Al(OH)3充分溶解在废酸中，得到含铝酸液。

将酸液过滤后得到滤渣Al(OH)3可循环使用，滤液则进入下一反应体系中。滤液冷却到室温后向滤液中缓慢加入适量的NaOH、NaAlO2和一定量的H2O，控制回流温度，通过三者比例的调节来提高滤液的铝含量、控制滤液的盐基度，最后得到满足要求的液体PAC。具体流程参见图1。

2.3 实验数据及结果分析

2.3.1 实验数据

本实验的主要目的主要是探究NaOH、NaAlO2和H2O的投加量对最终产品PAC铝含量和盐基度的影响，研究在节省成本的情况下尽可能提高产品的质量，使之满足GB/T 22627—2014标准中液体PAC中铝含量≥ 6.0%，盐基度为≥ 30%，实验步骤如下。

图1 反应流程

取250 mL 16.37%废酸和170.1 mL37%盐酸，混合后形成25%混合酸，在混合酸中加入22%Al(OH)3(92.4 g)并在84～86 ℃下回流2 h，得到铝含量为10.25%的含铝酸液。

取铝含量为10.25%的酸液，常温下滴加(12 g NaOH+10 mL水)，滴加结束后，升温至85～87 ℃，回流2 h，反应结束后冷却至室温得到产品1；同样的方法常温下滴加(10 g NaOH+10 mL水)，反应后得到产品2；取铝含量为10.25%的酸液，常温下滴加(5 g NaAlO2+8 g NaOH+10 mL水)，反应后得到产品3。常温下滴加(5 g NaAlO2+10 mL水)，反应后得到产品4。

仅改变初始酸液的铝含量，通过调节NaAlO2、NaOH、水的量分别得到产品5、6、7和8。具体实验数据见表3。

表3 投加物质对铝含量和盐基度的影响

由表3可知，当在铝含量为10.25%的含铝酸液仅加入NaOH和水时，最终得到的PAC产品满足GB/T 22627—2014标准，然而所得产品晶体析出量较多，影响产品美观，且NaOH的加入虽提高了盐基度，但产品的铝含量有比较大的下降。在保持产品盐基度达到标准时，能够使铝含量降幅不大，为此考虑在NaOH中复配NaAlO2。由表3可知当加入NaOH和NaAlO2的复配试剂后，产品的盐基度能够达到净水使用标准，同时产品的铝含量基本未发生变化。此外，当加入NaAlO2后所得产品晶体析出量较少。

本工艺的反应温度相对目前市场上PAC净水剂生产厂家所用的铝酸钙工艺的反应温度(≥100 ℃)要低不少，且所得产品含絮状沉淀少，产品卖相好，且价格相对适中。

3 结语

各项研究成果表明，电镀企业含铝废酸有着很高的铝制资源回收和再生利用价值，然而大部分电镀企业含铝废酸的铝含量偏低，达不到综合利用生产聚合氯化铝(PAC)的标准，其原因在于废酸的酸度普遍不高，即使加入铝粉以提高铝含量，也无法完全溶解。本文通过提高原有含铝废酸的酸度来提高废酸对铝粉的溶解能力，最终无法溶解的铝粉反溶。随后通过实验室复配NaOH和NaAlO2试剂来提高酸液的盐基度，同时控制酸液的铝含量保持在一定水平，最终产品达到GB/T 22627—2014中液体PAC铝含量≥ 6.0%，盐基度为≥ 30%的标准。本工艺方法简便可靠，反应能耗较小，且解决的了电镀企业含铝废酸实际处置的难题，不仅降低了企业实际运行成本同时也保护了生态环境。