聚硅硫酸铝的制备和应用

聚硅硫酸铝的制备和应用聚硅硫酸铝（PASS）于1989年1月由汉迪化学品公司研制成功［1，2］，1991年在加拿大投产，国内90年代开始研制并使用PASS。我们通过试验，用水玻璃、硫酸铝和硫酸成功制备出了PASS。用以处理淮河原水，与聚合氯化铝（PAC）相比，PASS不仅絮凝效果好，而且可大大降低制水成本。1实验部分1.1仪器和试剂78-1型磁力加热搅拌器，pH325-B型酸度计，2100N型浊度仪，DBJ-612型定时变速搅拌机（六联）。中性水玻璃（淮南），硫酸铝（山东），硫酸（AR级）。1.2PASS的制备搅拌条件下，将稀释好的中性水玻璃加到20%的硫酸中，控制pH值在4.5～5.5之间。在硅酸聚合到适宜程度时加入硫酸铝搅拌溶解。然后按1∶1稀释即为制成品。1.3混凝试验用2台DBJ-612型定时变速搅拌机在2×6个1000mL烧杯分组同时进行试验。一组用PASS作絮凝剂，另一组用PAC作絮凝剂。分组加入一定量的絮凝剂后，在转速200r/min下搅拌2min，随后100r/min搅拌3min，最后60r/min搅拌5min，静置30min后取上清液分析水质。2结果与讨论2.1PASS的制备条件在PASS的制备中，活性硅酸的制备是关键一环。一方面要保证有足够的聚合度，另一方面要防止出现凝胶化（聚合硅酸极不稳定）。溶液的酸度、浓度、温度以及反应时间对其都有影响。经反复试验，搅拌条件下，将按比例稀释后的水玻璃投加到20%的硫酸中，较容易控制溶液的pH值，从而控制硅酸的聚合速率，在溶液凝结胶化前有适宜的时间定量加入硫酸铝，制备出PASS。最佳制备条件：pH值4.5～5.5。制成品Al2O3含量≥1.4%，SiO2含量≥1.5%，pH值2.0～2.5。制成品经过熟化（5天）以后使用效果更佳。2.2去浊效果比较用自制的PASS对冬季和夏季不同水温和浊度的淮河原水进行了搅拌实验，并与碱式聚合氯化铝（PAC）进行比较，结果如下：表1冬季试验数据（淮河原水：水温7℃；浊度40NTU；pH=7.2；色度=32）PASSPAC杯号1234561#2#3#4#5#6#投加量/mL56789100.751.01.251.51.752Al2O3×100/(mg.L-1)2.753.33.86*4.414.965.513.514.685.857.028.19*9.36上清液浊度/NTU9.096.574.90*3.562.792.2118.814.910.77.034.31*3.4上清液pH值7.27.17.07.07.06.97.27.27.27.27.27.2表2夏季试验数据（淮河原水：水温26.5℃；浊度146NTU；pH=7.4；色度=30）PASSPAC杯号1234561#2#3#4#5#6#投加量/mL2224262830321.251.51.752.02.252.5Al2O3×100/(mg.L-1)12.113.214.3*15.416.517.610.81213.214.415.6*16.8上清液浊度/NTU8.556.655.01*3.722.912.642.325.114.98.525.43*3.22上清液pH值6.76.66.66.66.66.57.37.37.27.27.17.1表1和表2分别为用PASS和PAC在冬季和夏季对淮河原水所做的搅拌实验数据。冬季，淮河水温低，粘度系数较大，浊度相对较小，水比较难处理。但由于PASS同时具有电中和作用和吸附架桥作用［3］，所以PASS的去浊效果明显优于PAC（见表1）。在夏季淮河水高温高浊的情况下，由于PASS中反应性铝含量高［4］，所以它的去浊效果仍比PAC强（见表2）。对照表1和表2带“*”值，我们会发现，达到相近的去浊效果，夏季两种净水剂中Al2O3量相当，而冬季PASS中的Al2O3不到PAC的一半，说明PASS处理低温淮河水时，更多发挥作用的是PASS的吸附架桥作用。2.3效益分析蚌埠三水厂沉淀水浊度标准为4～6NTU，表1和表2中带“*”值均达标，故用作成本核算引用值。PASS和PAC市场价分别为110元/吨和1000元/吨（自制同比含量PASS每吨约92.7元）。按市场价计算：冬季千吨水净水剂成本PASS为15.4元，PAC为35.0元；夏季千吨水制水成本PASS为57.2元，PAC为65.0元。蚌埠三水厂现在使用PAC为常规净水剂，日供水约25万吨。若改用PASS，冬季每月可节约成本14.7万元，夏季每月可节约成本5.85万元，效益可观。3结论(1)以水玻璃、硫酸铝和硫酸制备PASS原料易得，工艺简单，操作简单，不需加热，可现场制备；(2)PASS净水时矾花大，絮体沉降快，去浊效果明显优于PAC，尤其适合难处理的低温、低浊水；(3)使用PASS替代PAC处理淮河原水，混凝效果好且可大大节约制水成本。