PAC的生产技术.概要

引言我国是水资源短缺和污染比较严重的国家之一，目前有全国有300多个大中城市缺水，其中1／3城市严重缺水，已造成严重的经济损失和社会环境问题，缺水城市分布将由目前集中在三北(华北，东北，西北)地区及东部沿海城市逐渐向全国蔓延。

节约用水，治理污水和开发新水源具有同等重要的意义。

大力发展水处理剂对节约用水，治理水污染起着重要作用。

聚合氯化铝(PAC)又称碱式氯化铝、羟基氯化铝。

产品有液体和固体2种。

液体PAC 是淡黄色或无色透明液,但实际色泽因含杂质及盐基度大小不同而异,有黄褐色、灰黑色、灰白色多种。

固体PAC色泽与液体产品类似,其形状也随盐基度而变,盐基度在30%以下时为晶体; 在30—60%为胶状物; 在60 %以上时逐渐变为玻璃体或树脂状。

固体PAC 盐基度在70 %以上时不易潮解,而在70 %以下易吸潮并液化,不便保存。

PAC味酸涩,易溶于水并发生水解,同时伴随着发生电化学、凝聚、吸附和沉淀等物理化学过程。

加热到110℃以上时发生分解,放出氯化氢,并分解为氧化铝。

与酸作用发生解聚作用,使聚合度和碱度降低,最后变成为正铝盐。

与碱作用使聚合度和碱度提高,最终可生成氢氧化铝沉淀或铝酸盐。

与硫酸铝或其它多价酸盐混合时易生成沉淀,一般会降低或完全失去混凝性能。

PAC可用作造纸上胶剂、耐火材料粘接剂、水泥速凝剂、纺织媒染剂。

在医药、制革、化妆品等方面也有应用,工业上最大的用途是作水处理絮凝剂,具有混凝性能好、絮体大、用量少、效率高、沉淀快、适宜范围广等优点,比传统的絮凝剂成本可节省40%以上,已成为国内外公认的一种优良净水剂。

主要用于净化饮用水和给水的特殊水质处理,如除铁、除镉、除氟,除放射性污染、除浮油等,还用于生活污水、工业废水、污泥处理中。

目前PAC是世界上技术成熟、市场销量大的絮凝剂,已有逐步取代传统絮凝剂的趋势。

西欧各国1976年开始生产PAC 作水处理絮凝剂。

美国、加拿大已于1983 年批准PAC 用于城市给水和工业废水处理。

随着PAC取代明矾,美国PAC 市场有望在造纸业和市政水处理业上增长。

这种改变已经发生在欧洲和日本。

在欧洲PAC 的应用占整个市政水处理市场的70 % ,在日本约占90 %。

国外聚合氯化铝产品基本为液体产品,少数粉末产品为喷雾干燥法生产。

国内固体聚合氯化铝产量大于液体产品,固体产品的工艺技术不同于国外一般液体生产工艺,固体产品及相应配方和生产工艺是我国的独创技术。

目前,国内工业用水、城市给水、污水处理需求絮凝剂达1000kt P a ,这给PAC 的生产开发拓展了广阔的市场空间,加之国内生产PAC 的原料来源广泛,因此,采用先进生产技术开发生产PAC的前景光明。

第1章 绪论1.1 当前絮凝剂的状况、发展趋势及应用研究水处理剂的主要作用是控制水垢、污泥的形成，减少泡沫，减少与水接触的材料的腐蚀，除去水中悬浮固体和有毒物质，除臭、脱色、软化和稳定水质等。

水处理剂可分为缓蚀剂、阻垢剂、清垢剂、絮凝剂、杀菌灭藻剂、清洗剂、预膜剂等。

絮凝剂是其中一个重要类别，广泛应用于化工、冶金、机械、轻工、纺织、印染、建筑、医药卫生等行业。

国外对水处理药剂的研究较早。

我国在水处理药剂的研究及应用方面也做了大量的工作。

从发展来看，最早用于水处理的药剂有：明矾、43Al(SO )、3AlCl 等，后来，铁盐如3FeCl 、2FeCl 也逐渐作为水处理药剂应用于水质净化上。

这些都是无机低分子净化剂。

六十年代以来,国外出现了新型无机高分子净水剂——聚合氯化铝(或称碱式氧化铝)、聚合硫酸铝(或称碱式硫酸铝)，它们对水质净化的效果远优于明矾，单一的铝盐或铁盐，我国对聚合氯化铝的研究和应用在六十年代到至七十年代也已开始，截至l981年，估计国内聚铝生产总能力约为7万吨/年。

改革开放给我国科技界带来一片生机，随着我国环保科技工作者的不断努力，八十年代中期，几乎与发达国家同时研制出聚合硫酸铁并应用于污水处理，后又出现聚合氯化铁。

这两种无机高分子净水剂在污水处理中沉淀速度快、固液分离效果好有害物除去效率高，但缺点是对污水处理运行设备的腐蚀较为严重。

在无机型净水剂广泛应用的同时，相继出现了一些有机型净水剂，聚丙烯酰胺是最为典型和重要的一种。

这些老一代水处理药剂常常存在以下缺点：用量大，腐蚀性强，效果不太好，处理后的水有颜色，使用范围窄等。

到八十年代末，日、美等国相继出现了以铝盐、铁盐为主要成分的复合型净水剂，我国也于九十年代初研制成功，TS 系列无机复合型高效混凝剂是最有代表性的一种。

在复合型混凝剂中，铝、铁盐效能互补，且呈级数状态叠加；缺点相互弥补：既克服了铁盐腐蚀性强，又弥补了铝盐絮体轻、沉降速度慢、难以分离的不足。

在各种有害物的去除上较单一的铁盐、铝盐效能大大提高。

进入九十年代，国外除研究新型的复合混凝剂外，又把目标瞄准在生物净水剂上，如美国研制出的Zn--Mg 复台净水剂和Shur Go 生物净水剂，其效能都在原有的复合净水剂上大幅度提高。

我国在进入九十年代之后，环保科技飞速发展，在水处理药剂的研制上，大多是以工业废弃物为原料，生产各种复合型净水剂，达到以废治废、使废物利用资源化的目的。

这些研究成果逐步应用于生产。

1.2 絮凝剂分类絮凝技术是目前国内外用来提高水质处理效率的一种既经济又简便的水处理技术。

絮凝技术的关键问题之一是絮凝剂的选择。

按化学成分絮凝剂可分为金属盐类和高分子絮凝剂两大类。

金属盐类的品种较少，主要是铝、铁盐及其水解聚合物等低分子盐类。

高分子絮凝剂包括无机高分子絮凝剂、有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂三大类。

1.2.1 金属盐类金属盐类絮凝剂的作用机理主要是双电层吸附机理，它主要有两类：（1）铝盐，常用的铝盐有硫酸铝Al2(SO4)3·18H2O和明矾用Al2(SO4)3·K2SO4·24H2O。

（2）铁盐，常用的铁盐有三氯化铁水合物FeCl3·6H2O和硫酸亚铁水合物FeSO4·7H2O和硫酸铁。

金属盐类絮凝剂的优点是较经济、用法简单，但用量大，絮凝效果比高分子絮凝剂的絮凝效果低。

这方面的技术已经成熟，在此不赘述。

1.2.2 高分子絮凝剂1无机高分子絮凝剂无机低分子絮凝剂在水处理过程中存在较大的问题，而逐渐被无机高分子絮凝剂所取代。

无机高分子絮凝剂是在60年代后期才在世界上发展起来的。

其絮凝效果好价格相应较低，因而有逐步成为主流药剂的趋势。

目前日本、俄罗斯、西欧生产此类药剂已达到工业化和规模化、流程控制自动化，且产品质量稳定，无机聚合类絮凝剂的生产已占絮凝剂总产量的30％－60％。

我国在无机絮凝剂方面的研究在60年代几乎与日本同时起步。

近年来，研制和应用聚合铝、铁、硅及各种复合型絮凝剂成为热点。

无机高分子絮凝剂的品种在我国已逐步形成系列：阳离子型的有聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铝（PAS）、聚合磷酸铝（PAP）、聚合硫酸铁（PFS）、聚合氯化铁（PFC）、聚合磷酸铁（PFP）等；阴离子型的有活化硅酸（AS）、聚合硅酸（PS）；无机复合型的有聚合氯化铝铁（PAFC）、聚硅酸硫酸铁（PFSS）、聚硅酸硫酸铝（PASS）、聚合硅酸氯化铁（PFSC）、聚合氯硫酸铁（PFCS）、聚合硅酸铝（PASI）、聚合硅酸铁（PFSI）、聚合磷酸铝铁（PAFP）、硅钙复合型聚合氯化铁（SCPAFC）等。

2有机高分子絮凝剂有机高分子絮凝剂同无机高分子絮凝剂相比，具有用量少、絮凝速度快、受共存盐类、pH值及温度影响小、生成污泥量少、并且容易处理等优点，因而有着广阔的应用前景。

目前使用的有机高分子絮凝剂主要有合成和改性高分子絮凝剂两种类型。

（1）合成的有机高分子絮凝剂在合成的有机高分子絮凝剂中，聚丙烯酸胺（PAM）的应用最多。

在美国有机絮凝剂总销量最大的是PAM。

聚丙烯酸胺有非离子型、阳离子型和阴离子型，它们的分子量均在(50-600)×104之间。

由于这类絮凝剂存在着一定量的残余单体丙烯酰胺，不可避免地带来毒性，因而使其应用受到了限制。

聚二甲基二烯丙基氯化按（PDADMA）及二甲基二烯丙基氯化铵－丙烯酸胺共聚物（DMDAAC-AM）属阳离子型高分子化合物，用于水处理能获得比目前较常用的无机高分子絮凝剂和有机高分子絮凝剂PAM更好的处理效果，可单独使用，也可与无机絮凝剂并用。

（2）天然改性有机高分子絮凝剂天然高分子絮凝剂的使用远小于合成的有机高分子絮凝剂，原因是其电荷密度较小，分子量较低，且易发生生物降解而失去其絮凝活性。

而经改性后的天然有机高分子絮凝剂与合成的有机高分子絮凝剂相比，具有选择性大、无毒、价廉等显著特点。

这类絮凝剂按其原料来源的不同，大体可分为淀粉衍生物、纤维素衍生物、植物胶改性产物、多糖类及蛋白质改性产物等。

由于天然高分子物质具有分子量分布广、活性基团点多、结构多样化等特点，易于制成性能优良的絮凝剂，所以这类絮凝剂的开发势头较大，国外已有不少商品化产品。

我国天然高分子资源较为丰富，但相对而言，我国在这方面研究还开展得较少。

淀粉衍生物淀粉是由许多脱水葡萄糖单元经糖苷键连接而成的物质，每个脱水葡萄糖单元的2，3，6三个位置上各有一个醇羟基，因此淀粉分子中存在着大量可以反应的基团，淀粉衍生物是通过其分子中葡萄糖单元上羟基与某些化学试剂在一定条件下反应而制得的。

曹炳明等人用木薯粉为原料研制的CS-1型阳离子絮凝剂，用于污水处理厂二级污水的处理，可缩短泥水分离的絮凝沉降过程，提高出水水质，对污泥脱水具有良好的促进作用。

潘汉松等人用木薯粉为原料，采用两步法合成了淀粉-聚丙烯酰胺接枝型共聚物阳离子絮凝剂，实验结果表明，这种接枝型淀粉聚丙烯酸胺对洗煤废水的絮凝沉降速度和上层清液的透光率都比聚丙烯酰胺好。

木质素衍生物木质素是存在于植物纤维中的一种芳香族高分子，是造纸蒸煮制浆过程中排出废液的一个主要成分。

由于含有大量木质素的造纸废液的排放，不仅严重污染了环境，而且造成了物质资源的极大浪费，因此，以木质素为基础原料制备包括水处理剂在内的各种化工产品的研究正日益引起人们的重视。

Rachor和Dilling分别于70年代中后期以木质素为原料合成了季胺型阳离子表面活性剂，用其处理染料废水获得了良好的絮凝效果。

朱建华等人利用造纸蒸煮废液中的木质素合成了木质素阳离子表面活性剂，用其处理阳离子染料、直接染料及酸性染料废水，实验结果表明，这种药剂具有良好的絮凝性能，对各种染料的脱色率均超过90％。

甲壳素衍生物甲壳素是自然界含量仅次于纤维素的第二大天然有机高分子化合物，它是甲壳类（虾、蟹）动物、昆虫的外骨骼的主要成分，甲壳素的化学成分是N-乙酰-D-葡萄糖胺残基以β-1，4糖苷键连接而成的多糖，其分子量在(2～5)×104之间。