吉林建筑大学材料科学与工程学院吉林省长春市130118
摘要：本文以油页岩灰为原材料，采用酸浸碱溶的方式制备出聚硅酸铝铁絮凝剂溶液。利用此絮凝剂对高岭土模拟废水进行沉降处理，深入探究了PH值、（Al+Fe）/Si比例、絮凝剂投入量、絮凝时间等因素对絮凝效果的影响，寻找最佳工艺条件。
关键词：无机高分子絮凝剂；聚硅酸铝铁；高岭土废水
目前，我国工业用水量占据总用水量的70%以上，工业污水排放达不到国家污水排放标准，在水资源短缺的今天，水处理过程显得尤为重要。无机高分子絮凝剂是以无机高分子化学理论发展而来的[1]。主要可处理印染废水、油田废水、造纸废水及制药废水等[2]。聚硅酸铝铁絮凝剂作为高效水处理剂，有着经济、简便等优点，在治理污染、保护环境和资源方面起重大作用[3-4]。
油页岩灰渣是油页岩在炼制页岩油和发电过程中产生的废料，我国的油页岩工业产地，环境污染严重，危害人身体健康，阻碍工业可持续发展[5]。灰渣中含有的大量硅元素可以进行合理利用，既可以制备出聚硅酸铝铁絮凝剂，又可以解决堆积问题。
本文以油页岩灰为原料采用酸浸碱溶的方式制备出水玻璃溶液，再经过进一步处理形成聚硅酸铝铁絮凝剂溶液。利用此絮凝剂对高岭土模拟废水进行沉降处理，通过单因素实验分析得到最佳工艺条件，实验数据能够为聚硅酸铝铁絮凝废水提供一定参考。
1.实验部分
1.1实验过程
称取30g油页岩灰于三口烧瓶中，再加入一定量的浓度为30%硫酸溶液，90℃水浴加热5h，然后趁热抽滤，得到的滤液即为硫酸铝铁溶液，装入瓶中备用。再将滤饼反复水洗至中性，与浓度为40%的NaOH溶液（按1：3的固液比）混合，90℃水浴反应5h，趁热抽滤得到的水玻璃溶液。在常温状态下，将自制的水玻璃溶液缓慢滴加到草酸溶液中，调节至一定pH值，静止放置至溶液呈现蓝色，即获得聚硅酸（PS）。
按照不同的体积比，将活化的PS与硫酸铝铁溶液混合，快速搅拌下滴加4mol/L的NaOH溶液直至pH值为2，经50℃水浴熟化2h，即可获得聚硅酸铝铁絮凝剂溶液。
1.2实验测试
取200ml0.8g/L高岭土溶液于烧杯中，分别量取2ml、4ml、6ml、8ml聚硅酸铝铁絮凝剂加入到以上高岭土溶液中，快速搅拌1min，慢速搅拌5min，使聚硅酸铝铁絮凝剂与高岭土溶液混合完全。然后保持静止每隔一段时间间隔，取液面下2~3cm处的水样采用分光光度计在520nm波长下，分别测定其透光率再按以下公式计算浊度去除率：
注：浊度=1/透光率，浊度去除率=（原浊度-现浊度）/原浊度
2.结果分析
2.1PH值对絮凝效果的影响
图1PH值对浊度去除率的影响
设定（Al+Fe）/Si体积比为3：1，投入量2ml，絮凝时间为1h，研究不同PH值下絮凝剂对0.8g/L高岭土废液浊度去除率的影响。由图1可见，随着pH的增加，浊度去除率呈现先增加后降低的趋势。当pH=2时，聚硅酸铝铁絮凝剂的絮凝效果最好。当pH大于2时，pH值增加会加快絮凝剂中铝铁离子生成氢氧化物沉淀，减少了与聚硅酸之间的作用，易导致凝胶的出现，从而降低了凝絮效果。
2.2（Al+Fe）/Si比对絮凝效果的影响
设定投入量2ml，絮凝时间为1h，PH值为2，研究不同（Al+Fe）/Si比例的絮凝剂对高岭土废液絮凝性能的影响，如图2。
由实验数据分析可知，在一定范围内随着（Al+Fe）/Si比例的增大，聚硅酸铝铁絮凝剂对高岭土溶液的絮凝效果增强。当硅酸铝铁溶液与聚硅酸体积比为5：1时，絮凝效果最佳。分析认为，聚硅酸铝铁絮凝剂在絮凝过程中发生了电中和作用与吸附架桥作用[6]，两者相互作用，使絮凝效果不断提高。
当（A1+Fe）/Si比增加到6：1时，随着硅酸铝铁溶液的加入絮凝效果会逐渐下降，分析认为，絮凝剂中聚硅酸的含量降低，吸附架桥作用减弱，从而导致絮凝性能下降。
图4处理时间对絮凝效果的影响
3结论
油页岩灰基聚硅酸铝铁絮凝剂溶液具有良好的处理废水溶液的性能。实验研究得出：当（Al+Fe）/Si比为5：1、絮凝剂PH=2，投入量为8ml，絮凝时间为1h时，絮凝剂的絮凝效果最佳。
基金项目：吉林建筑大学大学生创业训练项目（2018S1070）
参考文献
[1]李永丹.新型有机无机复合絮凝剂的制备及性能研究[D].天津：天津工业大学，2015.
[2]郑怀礼，刘克万.无机高分子复合絮凝剂的研究进展及发展趋势[J].水处理技术，2004，30（6）：315-319.
[3]刘志远，李昱辰，王鹤立等.复合絮凝剂的研究进展及应用[J].工业水处理，2011，31（5）：5-8.
[4]LeeKE，MoradN，TengTT，etal.Chem.Eng.J.，2012，（203）：370-386.
[5]连环玉.油页岩残渣制备白炭黑及改性研究[D].辽宁省：大连理工大学，2007.
[6]ChengWP，ChiFH，LiCC，etal.Colloids&SurfacesA.2008，312（2）：238-244.