摘要

水中色度是水質評價的重要指標，主要來源于天然有機物、工業染料和腐殖質等。聚合氯化鋁（PAC）作為一種高效無機高分子絮凝劑，因其優異的電中和能力和吸附架橋作用，在色度去除領域展現出顯著優勢。本研究系統考察了PAC對不同來源色度物質的去除機理，重點分析了pH值、投加量、攪拌條件和水質特性等因素對脫色效果的影響。通過對比實驗和實際應用案例，證實PAC對染料廢水、腐殖酸水和造紙廢水等的色度去除率可達75%-95%。研究還探討了PAC與氧化劑、助凝劑復配使用的協同效應，并提出了優化運行參數的建議，為水處理工程中的色度控制提供理論依據和技術參考。

關鍵詞：聚合氯化鋁；色度去除；絮凝機理；染料廢水；水處理

1. 引言

1.1 水中色度的來源與危害

水中色度主要由溶解性有機物（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。根據來源可分為：

• 天然色度：主要來自土壤有機質，色度在50-300CU

• 工業色度：印染、造紙等行業排放，色度可達5000CU以上

高色度水體會產生以下影響：

1. 降低透光率，影響水生生態系統

2. 部分染料具有毒性和致癌性

3. 增加后續處理工藝負荷

1.2 色度去除技術比較

常用脫色方法包括：

1.3 PAC在色度去除中的優勢

與傳統鋁鹽相比，PAC具有：

1. 更穩定的聚合鋁形態（Alb含量>70%）

2. 更強的電荷中和能力（zeta電位+15~25mV）

3. 更寬的pH適應范圍（5.0-9.0）

4. 更少的殘鋁量（<0.2mg/L）

2. 實驗材料與方法

2.1 實驗材料

• PAC樣品：鹽基度65%，Al?O?含量30%

• 模擬水樣：

  • 活性艷紅X-3B染料溶液（100mg/L）

  • 腐殖酸溶液（50mg/L）

  • 實際印染廢水（某紡織廠二沉池出水）

2.2 實驗方法

1. 燒杯試驗：

   • 六聯攪拌器控制快攪(200r/min,1min)+慢攪(40r/min,15min)

   • 靜置30min后取上清液測定

2. 分析方法：

   • 色度：稀釋倍數法（GB11903-89）

   • Zeta電位：納米粒度電位分析儀

   • 絮體形態：顯微鏡觀察

3. 結果與討論

3.1 PAC對各類色度物質的去除效果

注：實驗條件：pH=7.0±0.2，溫度25℃

3.2 關鍵影響因素分析

3.2.1 pH值的影響

• 較佳pH范圍：6.5-7.5

• pH<5時：Al³?為主，電中和作用弱

• pH>8時：生成Al(OH)??，絮凝效果下降

3.2.2 投加量優化

# 模擬投加量-去除率關系
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(%)')

• 經濟投加量：80-120mg/L

• 過量投加導致膠體再穩（電荷反轉）

3.2.3 攪拌條件

• 快攪G值：300-500s?¹

• 慢攪G值：30-50s?¹

• 總GT值：(2-5)×10?

3.3 絮體特性研究

• 分形維數：1.75-2.15（密實度較高）

• 沉降速度：2.5-4.0m/h

• Zeta電位：從-25mV升至-5mV（較佳脫色點）

4. 工程應用案例

4.1 印染廢水處理

項目背景：

• 浙江某印染廠，水量5000m³/d

• 原水色度600倍，COD 800mg/L
  工藝參數：

調節池→PAC混凝(100mg/L)→PAM(0.5mg/L)→氣浮→生物處理

運行效果：

• 色度降至30倍（去除率95%）

• 噸水成本0.45元

4.2 造紙中段水處理

創新點：
采用PAC-膨潤土復合絮凝劑（質量比1:0.3）：

• 色度去除率提高15%

• 污泥體積減少30%

5. 技術經濟分析

5.1 成本對比

5.2 參數優化建議

1. 染料廢水：pH調至6.5-7.0，PAC 80-120mg/L

2. 腐殖酸水：無需調pH，PAC 40-60mg/L

3. 復合污染：PAC+PAM(1:0.005)

6. 結論與展望

1. PAC對各類色度物質均表現出良好去除效果（>75%）

2. pH和投加量是影響脫色效率的關鍵因素

3. 與助凝劑復配可提升處理效果20%以上

4. 未來研究方向：

   • 開發高效改性PAC產品

   • 優化污泥資源化利用

   • 智能加藥控制系統