无机高效絮凝剂的研究近来已成为热点。无机低分子絮凝剂由于存在着成本高、腐蚀性大、在某些场合净水效果还不理想等缺点，复合型无机高分子絮凝剂的研制在我国已成为一种发展趋势。常用的聚铝或聚铁又各自存在优缺点，结合两者的优点，弱化或互补各自的缺点，合成新型高效无机复合絮凝剂有重要意义。利用工业废渣粉煤灰，在实验室合成PAFCS。
1 实验方法
11 试验原料与程序
粉煤灰：取自武汉青山电厂，经烘干处理，其中Al2O3∶Fe2O3∶SiO2=26.16∶7.35∶55.66。
试 剂：研究所用试剂均为分析纯。
试验分为粉煤灰中铝的最佳溶出率和PAFCS的最佳合成条件两部分。
1.2 PAFCS的制备
先通过正交试验和单因素试验，采用酸溶一步法和两步法将粉煤灰中的Al和Fe溶出，其溶出率用EDTA容量法测定。再向浸出液中加入一定量的Na2SO4，用7.5%的NaOH调节浸出液的pH，使Al和Fe共聚生成PAFCS。
1.3 絮凝试验
试验水样为用自来水和高岭土配制的模拟废水，水样pH=7左右，浊度300°左右。试验时，每次用烧杯取水样500mL，搅拌下加入一定量的絮凝剂(所用絮凝剂配成铝铁总浓度1mg/mL后投加)，在200r/min转速下搅拌2min，在50～60r/min的转速下搅拌10min，静置沉降10min，取上清液测浊度。
2 试验结果及讨论
2.1 粉煤灰中Al的最佳溶出率
2.1.1 正交试验。由于粉煤灰中铝的溶出率受诸多因素的影响，选取影响较大的4个因素，温度、溶出时间、酸的浓度、助溶剂与粉煤灰的质量比，每因素取3个水平，设计L9(34)正交试验表，以铝的溶出量为评价指标，对正交试验结果进行极差分析。正交试验结果表明，温度对粉煤灰中铝溶出率的影响明显强于其它因素，从大到小依次是温度、酸浓度、KF/灰比和时间。初步确定最佳点为：温度104℃，浓度为20%的盐酸150mL，反应时间2h，KF/F=0.15
2.1.2 粉煤灰中铝溶出率影响的单因素试验。粉煤灰用量为50g，试验条件和结果见图1～图4。

从图1可以看出，温度对原料中铝的溶出影响很大，随温度的升高，铝溶出率显著提高。当温度为104℃时，铝的溶出率可达36.7%。浸出率虽然不高，但使用工业废渣粉煤灰为原料，有一定的经济价值和社会价值，故溶出温度选在104℃。

图2表明，随着盐酸用量的增加，铝溶出率开始显著提高，盐酸用量为150mL时，铝溶出率最大，达36.7%。盐酸用量继续增加，铝溶出率变化不大。考虑经济因素，最佳灰酸比取50g∶150mL。

由图3可见，随着溶出时间的延长，铝溶出率略有升高，2h时，达到最大值，时间继续增加时，溶出率变化不明显。因此，溶出时间确定为2h。
2.1.3 助溶剂对粉煤灰中铝溶出率的影响。不同的助溶剂对粉煤灰中铝溶出率有较大的影响。选用KF和NH4F分别作助溶剂进行对比，并考查投加方式的影响。由于直接加入NH4F时，溶出液中会游离出大量的F-，并随着助溶剂量的增加而增加。而F-有剧毒，用于废水或饮用水的处理都极为不利。此外，NH4+极易变成NH3挥发，污染环境。故选NH4F∶KF=2∶1作为复合助溶剂。试验结果见图4(为分次投加结果)和表1。


从图4和表1可以看出，NH4F的助溶效果明显优于KF，而复合助溶剂的助溶效果虽然比NH4F差，但相差不大，而且挥发性有所改善，降低环境污染。分次投加和一次投加的区别不大，但分次投加也能降低助溶剂的挥发性，故选用复合助溶剂，分次投加，投加量为助溶剂/粉煤灰=0.15。
2.2 PAFCS合成的最佳条件
固定[Al3+]∶[Fe3+]=1∶1的情况下，PAFCS絮凝效果受合成时的pH值、[Al3+]/[SO42-]影响较大，单因素试验结果如图5和图6所示。


图5表明，当合成pH值较低时，絮凝剂稳定且去浊效果好。随着pH值升高，絮凝剂不稳定。取合成pH值为1.40。从图6可以看出，[Al3+]/[SO42-]为20时，效果最佳。Na2SO4能在同样碱化度时，提高絮凝剂的聚合度。故[Al3+]/[SO42-]控制在15～20之间。
2.3 PAFCS混凝效果试验
2.3.1 最佳投药量。投药量按每毫升模拟废水所需的有效铝铁量来换算，并且与工业PAC作了对比，试验结果如图7所示。

图7表明，当PAFCS投药量为0.5～40mg/mL时，去浊率较高，在98%以上。继续增加投药量时，去浊率明显降低，而且，投药量过多，原水的色度增加。最佳投药量范围为5～100mg/mL，比工业用PAC的投药量范围广。
2.3.2 处理原水适用的pH值范围。试验结果如图8所示，从图8可以看出，PAFCS的适宜处理水的pH值范围为6～12，与工业用的PAC相差不大，但效果更优于后者。

3 结论
(1)粉煤灰中铝的最佳溶出条件为：助溶剂/粉煤灰=0.15，粉煤灰(质量)/盐酸(20%，体积)=1∶3，反应时间为2h，温度104℃。
(2)固定[Al3+]∶[Fe3+]=1∶1的情况下，PAFCS合成的最佳条件为[Al3+]/[SO42-]=15，pH=1.40。
(3)PAFCS比工业PAC有更好的去浊效果和更宽的适用处理水pH值范围。