摘要

水中色度是水质评价的重要指标，主要来源于天然有机物、工业染料和腐殖质等。聚合氯化铝（PAC）作为一种高效无机高分子絮凝剂，因其优异的电中和能力和吸附架桥作用，在色度去除领域展现出显著优势。本研究系统考察了PAC对不同来源色度物质的去除机理，重点分析了pH值、投加量、搅拌条件和水质特性等因素对脱色效果的影响。通过对比实验和实际应用案例，证实PAC对染料废水、腐殖酸水和造纸废水等的色度去除率可达75%-95%。研究还探讨了PAC与氧化剂、助凝剂复配使用的协同效应，并提出了优化运行参数的建议，为水处理工程中的色度控制提供理论依据和技术参考。

关键词：聚合氯化铝；色度去除；絮凝机理；染料废水；水处理

1. 引言

1.1 水中色度的来源与危害

水中色度主要由溶解性有机物（如腐殖酸、富里酸）和人工合成染料（如偶氮染料、蒽醌染料）引起。根据来源可分为：

• 天然色度：主要来自土壤有机质，色度在50-300CU

• 工业色度：印染、造纸等行业排放，色度可达5000CU以上

高色度水体会产生以下影响：

1. 降低透光率，影响水生生态系统

2. 部分染料具有毒性和致癌性

3. 增加后续处理工艺负荷

1.2 色度去除技术比较

常用脱色方法包括：

1.3 PAC在色度去除中的优势

与传统铝盐相比，PAC具有：

1. 更稳定的聚合铝形态（Alb含量>70%）

2. 更强的电荷中和能力（zeta电位+15~25mV）

3. 更宽的pH适应范围（5.0-9.0）

4. 更少的残铝量（<0.2mg/L）

2. 实验材料与方法

2.1 实验材料

• PAC样品：盐基度65%，Al₂O₃含量30%

• 模拟水样：

  • 活性艳红X-3B染料溶液（100mg/L）

  • 腐殖酸溶液（50mg/L）

  • 实际印染废水（某纺织厂二沉池出水）

2.2 实验方法

1. 烧杯试验：

   • 六联搅拌器控制快搅(200r/min,1min)+慢搅(40r/min,15min)

   • 静置30min后取上清液测定

2. 分析方法：

   • 色度：稀释倍数法（GB11903-89）

   • Zeta电位：纳米粒度电位分析仪

   • 絮体形态：显微镜观察

3. 结果与讨论

3.1 PAC对各类色度物质的去除效果

注：实验条件：pH=7.0±0.2，温度25℃

3.2 关键影响因素分析

3.2.1 pH值的影响

• 较佳pH范围：6.5-7.5

• pH<5时：Al³⁰为主，电中和作用弱

• pH>8时：生成Al(OH)₄⁻，絮凝效果下降

3.2.2 投加量优化

# 模拟投加量-去除率关系
import matplotlib.pyplot as plt
x = [0,50,100,150,200]
y = [0,65,88,92,90]
plt.plot(x,y,'bo-')
plt.xlabel('PAC投加量(mg/L)')
plt.ylabel('色度去除率(%)')

• 经济投加量：80-120mg/L

• 过量投加导致胶体再稳（电荷反转）

3.2.3 搅拌条件

• 快搅G值：300-500s⁻¹

• 慢搅G值：30-50s⁻¹

• 总GT值：(2-5)×10⁴

3.3 絮体特性研究

• 分形维数：1.75-2.15（密实度较高）

• 沉降速度：2.5-4.0m/h

• Zeta电位：从-25mV升至-5mV（较佳脱色点）

4. 工程应用案例

4.1 印染废水处理

项目背景：

• 浙江某印染厂，水量5000m³/d

• 原水色度600倍，COD 800mg/L
  工艺参数：

调节池→PAC混凝(100mg/L)→PAM(0.5mg/L)→气浮→生物处理

运行效果：

• 色度降至30倍（去除率95%）

• 吨水成本0.45元

4.2 造纸中段水处理

创新点：
采用PAC-膨润土复合絮凝剂（质量比1:0.3）：

• 色度去除率提高15%

• 污泥体积减少30%

5. 技术经济分析

5.1 成本对比

5.2 参数优化建议

1. 染料废水：pH调至6.5-7.0，PAC 80-120mg/L

2. 腐殖酸水：无需调pH，PAC 40-60mg/L

3. 复合污染：PAC+PAM(1:0.005)

6. 结论与展望

1. PAC对各类色度物质均表现出良好去除效果（>75%）

2. pH和投加量是影响脱色效率的关键因素

3. 与助凝剂复配可提升处理效果20%以上

4. 未来研究方向：

   • 开发高效改性PAC产品

   • 优化污泥资源化利用

   • 智能加药控制系统