摘要： 本文聚焦于青海省肉类加工废水处理，深入探讨聚合氯化铝对其中重金属离子的去除效果。通过实验研究，详细分析了不同条件下聚合氯化铝对废水中常见重金属离子的去除作用，旨在为青海省肉类加工行业的废水治理提供有效的技术参考，助力当地生态环境的保护与可持续发展。

一、引言

青海省作为我国重要的畜牧业基地之一，肉类加工产业在地区经济中占据着重要地位。然而，肉类加工过程中会产生大量含有重金属离子等污染物的废水，若不经有效处理直接排放，将对当地脆弱的生态环境造成严重威胁。重金属离子具有毒性、难降解和易生物富集等特点，因此，高效去除肉类加工废水中的重金属离子至关重要。聚合氯化铝作为一种常用的无机高分子絮凝剂，在水处理领域应用广泛，本文将系统研究其在青海省肉类加工废水处理中对重金属离子的去除效能。

二、青海省肉类加工废水特点及重金属来源

（一）废水特点

青海省肉类加工废水具有水量大、水质波动明显、有机物和悬浮物含量高等特点。废水中含有大量蛋白质、脂肪、油脂、血污等有机污染物，同时伴有泥沙等无机杂质，成分复杂且浑浊度高。此外，由于肉类加工过程中可能涉及一些金属设备的腐蚀以及原料本身可能含有微量重金属，导致废水中含有一定浓度的重金属离子，如铜、锌、铅、镉等。

（二）重金属来源

1. 生产设备腐蚀：肉类加工企业中的一些金属加工设备、管道等在长期与水接触或处于酸性、碱性环境下，容易发生腐蚀现象，致使铁、铜、锌等金属离子进入废水。

2. 原料带入：部分肉类原料在养殖过程中可能受到土壤、水源等环境因素的污染，含有微量重金属，在加工过程中这些重金属会转移到废水中。例如，某些地区的饲料中可能含有重金属超标的情况，通过食物链传递，最终在肉类加工废水中体现出来。

三、聚合氯化铝的性质与作用机理

（一）性质

聚合氯化铝（PAC）是一种无机高分子混凝剂，化学式为[Al₂(OH)ₙCl₆₋ₙ]ₘ，其中 n 代表聚合程度，m 表示聚合分子个数。它具有良好的水溶性，在水中水解后可产生多种带电的羟基络合物，这些络合物能对水中的悬浮物、胶体和溶解性物质起到吸附、中和电荷和架桥连接等作用，从而促进污染物的聚集和沉降。

（二）作用机理

1. 压缩双电层：聚合氯化铝水解产生的铝离子带有正电荷，当加入废水中时，能够吸附在带负电荷的悬浮颗粒和胶体表面，使这些微粒表面的双电层厚度减小，ζ 电位降低，从而减弱了微粒之间的相互排斥作用，使其更容易相互碰撞聚集形成较大的絮体。

2. 吸附电中和：对于带有相反电荷的重金属离子，聚合氯化铝水解产物可通过静电引力与之发生吸附电中和反应，将重金属离子包裹在絮体内部，实现重金属离子的去除。例如，对于带正电的铜离子、锌离子等，PAC 水解产生的负电荷络合物可以与之结合，降低其在水中的溶解度并形成沉淀。

3. 吸附架桥：PAC 水解生成的多核羟基络合物具有较长的分子链，能够在不同的悬浮颗粒和胶体之间起到架桥连接的作用，将多个微粒连接在一起形成更大的絮状物，加速沉降过程，同时也有助于重金属离子与絮体的结合共沉。

四、实验材料与方法

（一）实验材料

1. 废水样品：取自青海省某典型肉类加工企业的生产车间排水口，经过预处理去除大型杂物和浮油后，储存于塑料桶中备用。

2. 聚合氯化铝：选用工业级聚合氯化铝，有效氧化铝含量为 28% - 30%，将其配制成不同浓度的溶液备用。

3. 重金属标准溶液：用于原子吸收光谱法测定重金属离子浓度时的标准曲线绘制，分别购置铜、锌、铅、镉等重金属的标准储备液，并逐级稀释至所需浓度。

（二）实验方法

1. 重金属离子浓度测定：采用原子吸收光谱法（AAS）测定废水样品中铜、锌、铅、镉等重金属离子的初始浓度以及经过不同处理后残余的重金属离子浓度。具体操作步骤为：首先将水样进行适当的消解处理，然后利用原子吸收光谱仪按照各重金属元素的特征波长进行测定，通过与标准曲线对比计算出水样中重金属离子的浓度。

2. 聚合氯化铝投加量实验：设置一系列不同聚合氯化铝投加量的实验组，分别向等量的废水样品中加入不同体积的 PAC 溶液，搅拌均匀后，调节废水的 pH 值至适宜范围（一般为 6 - 9），然后在搅拌条件下进行絮凝反应，反应结束后静置沉淀，取上清液测定重金属离子浓度，分析不同投加量对重金属离子去除效果的影响，确定最佳投加量范围。

3. pH 值影响实验：在固定聚合氯化铝最佳投加量的基础上，调节废水的 pH 值，设置不同的 pH 值实验组，重复上述絮凝沉淀过程，考察 pH 值对聚合氯化铝去除重金属离子效果的影响，找出最适宜的 pH 值条件。

4. 絮凝条件优化实验：研究搅拌速度、搅拌时间和沉淀时间等因素对聚合氯化铝絮凝效果及重金属离子去除的影响。通过改变搅拌速度（分为快速搅拌、慢速搅拌两个阶段）、搅拌时间和沉淀时间，观察絮体的形成情况、沉降性能以及最终重金属离子的去除率，确定最佳的絮凝条件组合。

五、结果与讨论

（一）聚合氯化铝投加量对重金属离子去除的影响

实验结果表明，随着聚合氯化铝投加量的增加，废水中铜、锌、铅、镉等重金属离子的去除率逐渐提高。当投加量达到一定值时，去除率趋于稳定，继续增加投加量，去除率提升不明显。例如，对于铜离子，当 PAC 投加量从 0 增加到 50 mg/L 时，去除率从 10%左右显著提高到 80%以上；当投加量超过 100 mg/L 后，去除率基本维持在 85% - 90%之间。这可能是因为在一定投加量范围内，随着 PAC 量的增加，更多的重金属离子能够与 PAC 水解产物发生反应被去除；但当投加量过大时，过量的 PAC 可能会导致水体中铝离子浓度过高，同时也会因絮体过多而影响沉降性能，反而不利于重金属离子的进一步去除。通过综合分析，确定对于该肉类加工废水，聚合氯化铝对铜、锌、铅、镉等重金属离子去除的较佳投加量范围分别为 80 - 120 mg/L、60 - 100 mg/L、100 - 150 mg/L、80 - 120 mg/L。

（二）pH 值对重金属离子去除的影响

pH 值对聚合氯化铝去除重金属离子的效果有显著影响。一般来说，在酸性条件下，PAC 的水解程度较低，产生的羟基络合物较少，对重金属离子的吸附和中和作用较弱，重金属离子去除率相对较低；随着 pH 值的升高，PAC 水解逐渐充分，其吸附和絮凝能力增强，重金属离子去除率相应提高。但当 pH 值过高时，铝离子可能会形成氢氧化铝沉淀，导致 PAC 的有效浓度降低，同时一些重金属离子可能会与氢氧根离子形成羟基配合物而重新溶解，反而使去除率下降。在本实验中，对于铜、锌、铅、镉等重金属离子，较适宜的 pH 值范围分别为 6.5 - 7.5、6.0 - 7.0、7.0 - 8.0、6.5 - 7.5。在此 pH 值区间内，聚合氯化铝能够发挥较好的絮凝和重金属离子去除作用，实现较高的去除效率。

（三）絮凝条件优化结果

1. 搅拌速度：快速搅拌阶段能够使聚合氯化铝迅速与废水中的重金属离子和悬浮物充分接触混合，形成微小絮体；慢速搅拌阶段则有利于絮体的成长和沉淀。实验发现，快速搅拌速度控制在 150 - 200 r/min，搅拌时间 1 - 2 min；慢速搅拌速度在 40 - 60 r/min，搅拌时间 10 - 15 min 时，絮凝效果较好，重金属离子去除率较高。如果快速搅拌速度过快或时间过长，可能会打碎形成的絮体；而慢速搅拌速度过慢或时间过短，则絮体成长不充分，沉降性能差。

2. 搅拌时间：合适的搅拌时间能够保证聚合氯化铝与废水中的污染物充分反应形成稳定的絮体。若搅拌时间不足，反应不完全，重金属离子去除效果不佳；若搅拌时间过长，可能会破坏已形成的絮体结构。通过实验确定，总搅拌时间（包括快速和慢速搅拌）控制在 15 - 20