摘要： 本研究旨在探索利用山西省肉类加工污水制备聚合氯化铝（PAC）并将其应用于重金属离子去除的可行性。通过一系列实验，优化了从肉类加工污水中制备 PAC 的条件，并考察了所制备 PAC 对常见重金属离子的去除效果。结果表明，该方法不仅实现了肉类加工污水的资源化利用，同时为重金属离子的高效去除提供了一种低成本、环境友好的途径。

一、引言

随着食品加工业的快速发展，肉类加工行业产生的污水量日益增加。山西省作为畜牧业大省，肉类加工产业规模庞大，其污水若不经妥善处理直接排放，将对环境造成严重污染。这些污水中含有大量的有机物、氮、磷等污染物，同时也包含一些重金属离子，如铜、锌、铅等，主要来源于养殖过程中的饲料添加剂以及加工设备磨损等。传统的污水处理方法主要集中在去除有机物和营养物质，而对重金属离子的去除关注不足。

聚合氯化铝（PAC）是一种广泛应用的无机高分子絮凝剂，具有絮凝效果好、沉淀速度快、适用范围广等优点，在水处理领域常用于去除悬浮物、胶体杂质以及部分重金属离子。目前，工业上制备 PAC 的方法大多以铝土矿、铝酸盐等为原料，成本较高且可能产生一定的环境污染。因此，本研究尝试以山西省肉类加工污水为原料制备 PAC，实现以废治废，将污水中的铝资源回收利用，同时利用制备的 PAC 处理含重金属离子的废水，具有重要的经济和环境意义。

二、实验部分

（一）材料与仪器

1. 材料：取自山西省某肉类加工厂的污水，经预处理后备用；盐酸（分析纯）；氢氧化钠（分析纯）；重金属离子标准溶液（铜、锌、铅等）。

2. 仪器：pH 计；搅拌器；恒温水浴锅；干燥箱；原子吸收光谱仪；紫外可见分光光度计等。

（二）制备方法

1. 污水预处理：将肉类加工污水通过格栅去除粗大颗粒杂质，然后采用沉淀、过滤等方法进一步去除悬浮物，调节 pH 至合适范围，使污水中的铝离子处于溶解状态，便于后续反应。

2. 聚合氯化铝制备：在预处理后的污水中缓慢加入盐酸，控制反应温度和搅拌速度，使铝离子与氯离子发生聚合反应，形成聚合氯化铝。反应一段时间后，停止搅拌，静置熟化，得到聚合氯化铝液体产品。将液体产品在一定温度下干燥，得到固体聚合氯化铝。

（三）重金属离子去除实验

1. 配制含重金属离子模拟废水：根据实际需求，用重金属离子标准溶液配制不同浓度的铜、锌、铅等重金属离子模拟废水，调节 pH 至特定值。

2. 絮凝实验：取一定量的模拟废水于烧杯中，加入适量制备的聚合氯化铝溶液，快速搅拌使其混合均匀，然后慢速搅拌一段时间，形成絮体，静置沉淀。取上清液用原子吸收光谱仪测定重金属离子浓度，计算去除率。

三、结果与讨论

（一）聚合氯化铝制备条件优化

1. 盐酸投加量：盐酸是制备聚合氯化铝的重要反应物，其投加量直接影响产品的质量和性能。通过实验发现，当盐酸与污水中的铝物质的量比在一定范围内时，随着盐酸投加量的增加，聚合氯化铝的产量和絮凝效果逐渐提高；但当投加量超过该范围后，过量的盐酸会导致产品稳定性下降，絮凝效果变差。因此，确定了最佳的盐酸投加量。

2. 反应温度：反应温度对聚合氯化铝的形成速度和产品质量有显著影响。较低温度下，反应速度较慢，需要较长时间才能达到较高的聚合度；而温度过高时，可能会引起过度聚合或产生其他副反应。经过多次实验，确定了适宜的反应温度范围，在此温度下，能够制备出具有良好絮凝效果的聚合氯化铝。

3. 反应时间：反应时间也是影响聚合氯化铝制备的关键因素之一。时间过短，反应不完全，产品中残留较多的未反应铝离子，絮凝效果不佳；时间过长，则可能导致产品老化，絮凝性能下降。通过实验确定了最佳的反应时间，确保聚合氯化铝的充分形成和良好的性能。

（二）聚合氯化铝对重金属离子的去除效果

1.. pH 值对去除效果的影响：溶液的 pH 值是影响重金属离子去除的重要因素。通过调节模拟废水的 pH 值进行实验，发现在不同的 pH 范围内，聚合氯化铝对重金属离子的去除效果有明显差异。一般来说，在较低的 pH 值下，重金属离子以阳离子形式存在，易于与聚合氯化铝发生电中和作用，形成絮体沉淀；但随着 pH 值的升高，重金属离子可能形成氢氧化物沉淀或其他络合物，导致聚合氯化铝的去除效果下降。因此，确定了每种重金属离子对应的最佳 pH 值范围，在该范围内能够获得较高的去除率。

2. 聚合氯化铝投加量对去除效果的影响：投加量是决定重金属离子去除效果的另一个关键因素。随着聚合氯化铝投加量的增加，重金属离子的去除率逐渐提高；但当投加量超过一定量后，去除率的增加趋势变缓，甚至可能出现下降的情况。这是因为过量的聚合氯化铝会使溶液中的电荷平衡发生改变，导致絮体重新分散或产生其他副作用。因此，通过实验确定了针对不同重金属离子和初始浓度的最佳聚合氯化铝投加量，以达到最佳的去除效果和经济效益。

四、结论

本研究成功探索了以山西省肉类加工污水为原料制备聚合氯化铝的方法，并优化了制备条件。通过实验表明，所制备的聚合氯化铝对铜、锌、铅等重金属离子具有一定的去除能力，且在最佳条件下能够取得较好的去除效果。这种方法不仅实现了肉类加工污水的资源化利用，减少了环境污染，同时为重金属离子的去除提供了一种新的途径，具有广阔的应用前景。然而，在实际应用中，还需要进一步优化工艺参数，提高产品的稳定性和质量，以及对更复杂的实际废水进行处理研究，以满足更高的环境要求。

未来研究方向可包括进一步深入研究聚合氯化铝与重金属离子的作用机制，探索如何提高对铅等难去除重金属离子的去除效率；开展中试试验和实际应用示范，验证该技术的长期稳定性和可靠性；以及结合其他水处理技术，如生物处理、膜分离等，形成一套完整的肉类加工污水及重金属废水处理工艺，为实现水资源的循环利用和环境保护做出更大贡献。