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研究影响聚合氯化铝絮凝效果的因子

发布时间:2012-03-20 出自:聚合氯化铝 已被浏览:183 次

实验目的:研究国内外聚合氯化铝性能的影响因子

实验方法:采用Al-Ferron络合比色法和混凝沉淀试验法

实验思想:研究认为,无机高分子混凝剂聚合氯化铝只存在单体、二聚体和Al13[Al12AlO4(OH)247+]及其高聚体的形态,其中Al13是最佳的凝聚—絮凝成分,其含量可反映产品的有效性[1~3]。

虽然目前尚无一种鉴定铝水解聚合形态的准确方法,但研究表明[2],Al-Ferron逐时络合比色法简单可行,用该方法可测定聚合氯化铝中的Ala、Alb、Alc三种形态,其测定的Alb相对含量与用核磁共振法测定的Al13相对含量十分相近(即Al13/Alb≈1),因此用Al-Ferron逐时络合比色法测定Alb即可得到Al13的相对含量。

1 试验部分

1.1 试验样品

试验用混凝剂的主要指标见表1。
 

1 国内外不同聚合氯化铝样品指标及混凝效果比较

 

编号

样品名称

盐基度(%)

Alb(%)

Alc(%)

Ala(%)

加药量(mgAl2O3/L)

生产(制作)工艺

 

1.4

2.0

2.6

3.2

 

净化水剩余浊度(NTU)

 

1

日本某公司PAC

46.8

40.8

9.1

50.1

14.1

11.9

6.4

3.5

氢氧化铝加压反应

 

2

Alb PAC

60.0

63.0

8.40

28.6

13.2

10.4

5.2

3.2

氯化铝慢速滴碱法

 

3

中润PAC1

85.0

14.9

71.3

13.7

10.0

4.8

2.4

1.6

铝酸钙调整法

 

4

中润PAC2

92.0

13.4

75.6

10.9

11.6

4.1

2.2

1.5

铝酸钙调整法

 

5

巩义PAC

94.5

9.80

81.5

8.70

13.0

5.0

2.3

1.9

铝酸钙调整法

 

注: 除高Alb PAC为实验室样品外,其余均为工业产品。

 

 Alb含量高的聚合氯化铝样品是在氯化铝溶液中用0.5 mol/L的NaOH溶液以不大于0.04mL/min的速度滴定而制得;

纯聚合氯化铝样品用分析纯盐酸和氢氧化铝试剂制得。

Al-Ferron逐时络合比色法采用合加混合比色——缓冲溶液法[2],Ferron试剂为SIGMA公司产品。

1.2 试验仪器

比色分析采用上海分析仪器总厂722型可见分光光度计;

混凝沉淀试验采用深圳中润公司ZR4-6型智能混凝试验搅拌器;

浊度测定采用美国HACH公司2100P型浊度计。

2 结果与讨论

2.1 标准曲线

Al-Ferron逐时络合比色标准曲线见图1。

 图1中的曲线回归方程为:Y=0.09575X-0.01175。

2.2 工作曲线

 5种国内外聚合氯化铝样品的Al-Ferron逐时络合比色工作曲线见图2。

从图2可见,代表国内主要产品的3#、4#、5#样品与代表国外产品的1#样品及Alb含量高的2#样品的工作曲线有较大差异,3#、4#、5#样品曲线靠近横坐标轴,而1#、2#样品则远离横坐标轴,这是由于3#、4#、5#样品盐基度较高致使Ala低、Alc高,而1#、2#样品盐基度较低致使Ala高、Alc低。

2.3 不同盐基度聚合氯化铝的水解聚合形态

 表2为不同盐基度聚合氯化铝的逐时络合比色形态组成。

 

2 不同盐基度聚合氯化铝逐时铝形态组成

 

 

 

络合时间(min)

1

5

30

60

90

 

盐基度(%)

Ala(%)

不同时间下的Alb含量(%)

2.1

91.48

6.52

7.18

7.52

7.69

 

34.4

73.93

9.69

18.71

21.05

22.06

 

45.2

62.41

12.03

24.06

27.57

29.41

 

54.3(日本某公司)

39.10

8.70

20.60

24.80

26.40

 

64.0

37.02

8.97

21.52

24.91

26.32

 

76.4

25.79

3.98

8.77

11.46

13.22

 

85.0

13.74

3.39

9.36

11.58

13.57

 

88.0

11.64

1.75

6.43

8.89

11.11

 

92.0

10.94

2.69

6.90

9.71

11.93

 

94.5(巩义)

8.71

1.75

5.03

7.02

8.54

 

 注:除日本某公司样品为氢氧化铝压溶法生产外,其余均为铝酸钙调整法生产。除注明外,其余样品均为深圳中润公司工业化产品。

从表2可看出,随着盐基度值从小到大的变化,Ala含量相应由大逐步变小、Alc含量则由小变大,分别呈现较好的正、负相关性。Alb含量随着盐基度的变化大体呈正态曲线分布:盐基度在0%~45%区间内Alb含量呈上升趋势,盐基度在45%~94.5%区间内则Alb呈下降趋势,与文献[2、3]中报道的盐基度越高则Alb含量越高的分布规律呈现明显的差异。引起Alb分布差异的原因在于所研究样品的生产或制作条件不同,国内样品均为铝酸钙调整法生产,铝的水解聚合是在高铝浓度(>2mol/L)、高温(>100℃)、短时间(<4h)条件下进行,有利于高盐基度、高聚合度的Alc形态的生成,而文献[2、3]中研究的样品是采用慢速滴碱法在实验室制作,铝的水解是在低铝浓度(0.1mol/L)、室温、长时间滴定的条件下进行,有利于Alb形态的生成。

2.4 钙含量对铝形态和混凝效果的影响

 由于国内聚合氯化铝产品中以铝酸钙作为主要原料,因而产品普遍含有氯化钙成分。含钙聚合氯化铝和纯聚合氯化铝的铝形态及混凝效果的比较见表3。可见在相同盐基度下,含钙聚合氯化铝与纯聚合氯化铝的水解聚合形态组成相似,但含钙聚合氯化铝的Alc含量稍高、Ala和Alb含量稍低、混凝效果相近或稍好。

 

3 PAC及含钙PAC的铝形态及混凝效果比较

 

 

 

样品名称

盐基度(%)

Alb(%)

Alc(%)

Ala(%)

加药量(mgAl2O3/L)

CaO(%)

1.4

2.0

2.6

3.2

净化水剩余浊度(NTU)

PAC

85.0

18.5

65.9

15.6

10.4

5.8

2.6

1.6

0

含钙PAC

85.0

15.0

71.3

13.7

10.0

4.8

2.4

1.6

3.48

2.5 铝水解聚合形态与混凝效果

由混凝沉淀试验得出的净化水剩余浊度与盐基度的关系见图3。



 

Alb与混凝效果的关系为:在盐基度为0%~45%区间内,剩余浊度和Alb含量呈现负相关关系,在盐基度为45%~94.5%区间内,剩余浊度和Alb含量呈现正相关关系。

从表1可看出,国外产品(1#)和文献研究中常用的由慢速滴碱法得到的样品(2#)的Alb含量高于国内产品(3#、4#、5#)数倍,但混凝效果却低于后者。这一现象说明,Alb不是衡量混凝剂有效成分的特征值。

1#、2#样品和3#、4#、5#样品的较大差别还反映在前者Alc含量低、Ala含量高。

综上所述,盐基度、Alc、Ala均可作为衡量混凝效果的特征指标,但是与盐基度指标相比,由于Alc、Ala的分析时间较长、数据重现性较差,故作为定量分析指标尚有待于继续完善。

3 结论

通过以上实验得到以下几点结论:

1、铝水解聚合形态中的Alb(Al13)含量随盐基度的变化呈正态曲线分布;

2、Alc和Ala指标与混凝效果呈较好的相关性;

3、盐基度是表征聚合氯化铝形态和性能的重要指标;

4、提高盐基度或Alc指标是提高聚合氯化铝混凝性能的重要途径。

5、Alb不是聚合氯化铝的最佳组分,提高Alb含量不一定能提高混凝效果;

6、铝酸钙调整法生产的聚合氯化铝产品具有盐基度高、Alc含量高、Ala含量低、成本低及混凝效果好等优点,与以氢氧化铝为原料采用压溶法生产的国外聚合氯化铝产品比较,具有显著的技术经济优势。

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