摘要： 本文针对山西省瓷器制造污水中重金属离子的处理问题，深入研究了聚合氯化铝（PAC）处理工艺的优化。分析了瓷器制造污水的来源、特点及重金属离子的危害，探讨了 PAC 处理重金属离子的原理和影响因素，通过实验确定了工艺参数，旨在提高重金属离子的去除效率，降低处理成本，为山西省瓷器制造行业的污水治理提供有效的技术支持和实践参考。

一、引言

山西省作为我国重要的瓷器生产基地之一，瓷器制造业在经济发展中占据着重要地位。然而，瓷器制造过程中会产生大量的污水，其中含有多种重金属离子，如铅、镉、铬等。这些重金属离子若未经有效处理直接排放，将对生态环境和人体健康造成严重危害。因此，寻求一种高效、经济的污水处理方法至关重要。聚合氯化铝作为一种常用的无机高分子絮凝剂，在污水处理领域具有广泛的应用前景。本文旨在优化聚合氯化铝处理山西省瓷器制造污水中重金属离子的工艺，以提高处理效果和降低运行成本。

二、山西省瓷器制造污水概况

（一）污水来源

山西省瓷器制造污水主要来源于原料制备、成型、烧制、施釉等各个生产环节。在原料制备过程中，陶瓷原料的清洗、粉碎等工序会产生大量含泥沙和悬浮物的污水；成型工序中，泥浆的脱水和模具的清洗也会排放污水；烧制过程中，燃料燃烧产生的废气经处理后形成的废水以及窑炉冷却水等都含有一定量的污染物；施釉工序中，釉料的调配和施釉设备的清洗所产生的污水含有重金属离子等有害物质。

（二）污水特点

1. 水质复杂：瓷器制造污水中含有多种污染物，包括悬浮物、有机物、重金属离子等。其中，重金属离子种类较多，如铅、镉、铬、铜、锌等，且浓度差异较大，这增加了污水处理的难度。

2. 水量波动大：瓷器制造企业的生产规模和生产工艺不同，导致污水排放量在不同时间段内波动较大。例如，在生产旺季，污水排放量会显著增加，而在设备检修或生产淡季时，污水量则相对较少。

3. 可生化性差：由于污水中含有大量的无机物质和难降解的有机物，其可生化性较差，采用传统的生物处理方法难以达到理想的处理效果。

（三）重金属离子的危害

1. 对生态环境的危害：重金属离子进入水体后，会在微生物的作用下发生形态转化，并通过食物链的富集作用，最终进入人体。例如，铅离子会在鱼类体内积累，当人类食用受污染的鱼类时，铅就会进入人体，对人体的神经系统、造血系统和肾脏等造成损害。镉离子会在土壤中积累，影响农作物的生长和品质，并通过农作物进入人体，导致骨质疏松、肾功能障碍等疾病。铬离子会对水生生物的生长发育产生抑制作用，破坏水生生态系统的平衡。

2. 对人体健康的危害：长期接触或摄入含有重金属离子的水，会对人体健康造成严重危害。铅会影响人体的神经系统和智力发育，尤其对儿童的危害更为明显；镉会导致人体骨骼疏松、肾脏损伤和肺部疾病；铬会引起皮肤过敏、呼吸道疾病和消化道癌症等。因此，有效去除瓷器制造污水中的重金属离子对于保护生态环境和人体健康具有重要意义。

三、聚合氯化铝处理重金属离子的原理

（一）聚合氯化铝的性质

聚合氯化铝（PAC）是一种无机高分子絮凝剂，其化学式为[Al₂(OH)ₙCl₆₋ₙ]ₘ，其中 n 为聚合度，m 为电荷数。PAC 具有以下特点：

1. 絮凝效果好：PAC 在水中水解后会产生大量的氢氧化铝胶体，这些胶体具有较大的比表面积和吸附能力，能够快速吸附水中的悬浮物、有机物和重金属离子等杂质，形成较大的絮体沉淀，从而有效地去除污染物。

2. 适用范围广：PAC 对污水的 pH 值适应范围较宽，一般在 5 - 9 之间都能保持良好的絮凝效果。同时，它对不同类型的污水都有较好的处理效果，尤其适用于处理含有机污染物和重金属离子的污水。

3. 成本低：与其他一些高级氧化技术或生物处理技术相比，PAC 的制备成本较低，投加量相对较少，因此在污水处理中具有较高的性价比。

（二）处理重金属离子的机理

1. 吸附作用：PAC 水解生成的氢氧化铝胶体具有丰富的羟基（-OH）和铝氧键（Al-O），这些活性基团能够与重金属离子发生吸附作用。一方面，羟基可以通过静电引力吸附重金属离子；另一方面，铝氧键可以与重金属离子发生配位络合反应，形成稳定的络合物吸附在氢氧化铝胶体表面。例如，铅离子（Pb²⁺）可以与氢氧化铝胶体表面的羟基发生吸附反应，形成 Pb(OH)⁺吸附在胶体上，从而实现铅离子的去除。

2. 网捕作用：当 PAC 投加量适量时，水解产生的氢氧化铝胶体能够相互聚集形成较大的絮体。这些絮体在沉淀过程中会将水中的重金属离子包裹在其中，如同网捕一样将其去除。这种网捕作用对于去除粒径较小的重金属离子尤为有效，可以提高重金属离子的去除率。

3. 共沉淀作用：在某些情况下，PAC 水解产生的氢氧化铝胶体可以与重金属离子形成共沉淀。例如，当溶液中存在铬离子（Cr³⁺）时，氢氧化铝胶体可以与铬离子发生共沉淀反应，生成铬氢氧化铝沉淀，从而将铬离子从水中去除。共沉淀作用的发生与溶液的 pH 值、重金属离子浓度和 PAC 投加量等因素有关。

四、工艺优化实验

（一）实验材料与仪器

1. 实验材料：采集山西省某瓷器制造企业的污水作为实验水样，其主要水质指标为：pH 值 6.5 - 7.5，重金属离子浓度铅（Pb²⁺）5 - 10mg/L、镉（Cd²⁺）1 - 3mg/L、铬（Cr³⁺）3 - 5mg/L，悬浮物（SS）200 - 300mg/L，化学需氧量（COD）150 - 250mg/L。聚合氯化铝（工业级，有效氧化铝含量≥28%），氢氧化钠（分析纯），盐酸（分析纯）。

2. 实验仪器：电子天平（精度 0.0001g），pH 计（精度±0.01），磁力搅拌器，六联搅拌机，紫外可见分光光度计，原子吸收分光光度计，离心机等。

（二）实验方法

1. 水样预处理：取一定体积的瓷器制造污水水样，用氢氧化钠或盐酸调节 pH 值至所需范围，然后加入适量的聚合氯化铝溶液，在磁力搅拌器上快速搅拌（转速 200 - 300r/min）1 - 2min，使药剂与水样充分混合，然后慢速搅拌（转速 30 - 50r/min）10 - 15min，促进絮体的形成和长大。搅拌结束后，静置沉淀 30 - 60min，取上清液进行分析检测。

2. 单因素实验：分别考察聚合氯化铝投加量、pH 值、搅拌时间、搅拌速度等因素对重金属离子去除效果的影响。在每次实验中，固定其他因素不变，只改变一个因素的水平，测定处理后水样中重金属离子的浓度，计算去除率。

3. 正交实验：根据单因素实验结果，选取对重金属离子去除效果影响显著的因素进行正交实验设计。通过正交实验确定的工艺参数组合，即聚合氯化铝投加量、pH 值、搅拌时间和搅拌速度的水平。