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探讨:吸附型复合聚合氯化铝铁混凝剂的制备与应用

聚合氯化铝 发布时间:2014年3月4日

随着人们对环境保护意识的提高, 要求混凝剂已经不是简单除去废水中的胶质物质, 而且还要求包括去除水体中微量, 甚至至痕量污染物。国家饮用水标准要求检测的指标已经达到95种, 而美国给水排水协会的饮用水标准要求检测的指标达到350项。但相对已经确认结构的化合物已经超过1000万种, 商业化生产的产品也有几万种, 而且这些物质绝大多数都是人工合成的化合物。在合成过程中, 尤其是有机合成过程中, 即使从原料到产品的转化率高达99%, 1%的副产物中可 以鉴定结构的物质也寥寥无几。例如煤焦油的分离过程, 很多副产物以固体、液体、气体的形式进入环境。而进入水体的物质多数以真溶液的形式存在, 所以采用常规的混凝方法往往无法除去这些物质。目前全国生产的净水药剂品种较多, 但仍以聚合氯化铝PAC、聚合硫酸铁PFS、聚合氯化铝铁PAFC和聚丙烯酰胺PAM等, 尽管这些净水剂具有良好的絮凝效果, 但是对含有小分子有色物质、金属离子等真溶液往往无能为力。本文通过吸附性物质和混凝剂的协同作用, 制备出新型吸附型混凝剂, 能够较好除去胶体和以分子分散状态的物质。

本文以海泡石、硅藻土和聚合氯化铝铁为原料, 采用了工业副产物盐酸对硅藻土、海泡石等活化改性, 并与聚合氯化铝铁复配研制出吸附 型复合聚氯化铝铁, 进行了些相关的应用研究, 取得了较好的效果。

实验部分

原料和仪器

原料海泡石(江西省鄱阳县) , 硅藻土 (江西省广昌县) , 副产物盐酸(江西电化中达化工有限公司工业副产物盐酸) , 聚合氯化铝铁(江 西省鄱阳县三清环保节能有限公司产)。

仪器 SHA-C 型水浴恒温振荡器, JW型粉碎机, 六联搅拌机, 分样筛一套, 马福炉, 搪瓷反应釜, 储料罐, 澄清池, 滚筒干燥机等。

反应原理及工艺流程在聚合氯化铝铁中, 加入海泡石和硅藻土, 在80下, 用1. 2mol/L 的副产物盐酸进 行酸化处理6h, 静置24h后, 在250的温度下经滚筒干燥处理得到吸附型复合聚氯化铝铁。主要反应为:
Al2O3 + 6HCl+ 9H2O→ 2[ Al(H2O)6]Cl3
Fe2O3 + 6HCl+ 9H2O→2[ Fe(H2O)6]Cl3
主要工艺流程为:

结果与讨论

海泡石和硅藻土的吸附改性影响

副产物盐酸处理温度对海泡石和硅藻土 吸附性能影响用1. 2 mol/L的工业副产物盐 酸, 分别在40 、50、60、70 、80和90下对海泡石和硅藻土混合物进行处理6h。就 不同温度下混合物对废水的脱色率进行了考察 , 结果如图1(实验废水取自印染厂调节池出水, 其COD为800~ 850mg/L, 色度为250~ 300, pH 约为6. 5~ 7)。 从图1可以看出: 处理温度在80度以前, 随着处理温度的提高, 海泡石和硅藻土混合物的吸附性能明显提高; 80以后其吸附性能提高就不 明显了, 本文将80确定为其处理温度。


图1

图1不同温度下混合物对废水的脱色率

副产物盐酸处理时间对海泡石和硅藻土混合物的吸附性能影响在温度80条件下, 用 1. 2mol/L的工业副产物盐酸处理海泡石和硅藻 土混合物, 就处理时间为: 2h、4 h、6 h、8 h、10 h、 12 h、14 h 时, 考察了混合物对废水脱色率的效 果, 结果如图2(实验废水取自印染厂调节池出 水, 其COD为800~ 850 mg /L, 色度为250~ 300, pH 约为6. 5~ 7)。

图2处理时间与脱色率的关系

从图2可以看出: 处理时间在6 h以内, 随着时间的延长吸附性能提高明显, 6h以后, 随着时间的延长吸附性能也在提高, 但提高较慢, 到8h后脱色率变化很小。根据试验初步确定酸处理时间为6~ 8h。

海泡石、硅藻土和聚氯化铝铁的复配比对混凝剂性能的影响 鄱阳县有较丰富的海泡石资源, 广昌县也有较多的硅藻土资源 , 这2种材料本身具有良好 的吸附性能, 且经过改性后其吸附性能可得到进一步提高。本文在确定以上复合吸附性材料与聚 氯化铝铁的复配比为5: 1、5:2、5:4、5:6、5:8和5:10时, 对所制备的吸附型混凝剂进行水处理试验, 并分别对其效果进行了考察。 分别取1000mL污水于6只烧杯中, 在六联搅拌机上对印染废水进行废水净化试验。按1. 2g /L的量加入药剂, 温度为26. 5, 以350 r/min 的转速快速搅拌2 min, 再慢速搅拌10min左右, 静置15 min后, 取样, 分别测定上层清液的COD的值。试验结果见表1。实验废水取自印染厂生物接触氧化池出水, 其COD 为200~ 250 mg /L, 色度为100~ 150, pH约为6. 5~ 7。

 

表1 沉降试验结果
配合比 COD
/mg L- 1
COD去
除率/%
色度/度 色度去除
率/%
5:1 44. 73 80. 12 21. 16 83. 07
5:2 38. 75 82. 78 15. 33 87. 74
5:4 32. 72 85. 46 8. 93 92. 86
5:6 32. 11 85. 73 8. 4 93. 28
5:8 37. 42 83. 37 8. 18 93. 46
5:10 38. 81 82. 75 8. 18 93. 46

从表1可以看出, 聚氯化铝铁与硅藻土和海泡石的混合物复配比为5:4~ 5:6时, 所对应的COD各自去除率分别为85. 46%、85. 73%, 色度去除率分别为92. 86% 、93. 28%, 处理效果较理想。

与其它混凝剂净化效果的应用比较目前, 主流无机高分子混凝剂仍以聚合铝盐、 聚合铁盐以及两者的复合物为代表, 并有在此基 础上向复合一种或几种其它阳离子或阴离子基团 来增强处理效果的发展趋势。尽管这类混凝剂具 有良好的絮凝效果, 然而对含有小分子有色物质、 重金属离子等真溶液, 常规的混凝剂和絮凝方法 往往无法去除这些杂质。为了适应这种形势, 国 外已经开始了吸附型混凝剂的研究开发, 例如粉 末活性炭混凝剂、活性黏土混凝剂等, 通过吸附性 物质和混凝剂的协同作用, 能够较好除去胶体和 以分子分散状态的物质。本文通过对硅藻土和海 泡石混合物的活化处理, 并与聚合氯化铝铁进行 复配, 研制出一种新型吸附型复合混凝剂。 本文以造纸废水、化纤厂废水等工业生产废 水为研究对象, 将研制的吸附型复合聚合氯化铝 铁与其它混凝剂做了对比试验。
 

以上结果表明: 吸附型复合聚氯化铝铁综合 了聚氯化铝铁良好的絮凝性能, 以及硅藻土和海泡石优良的吸附性能, 能够将废水中以溶液形式 存在的有机小分子、金属钡离子、有色杂质等进行 有效吸附。形成的矾花大、速度快, 且矾花密实, 极易沉降, 分层效果特别明显。从而表现出良好的脱色、去浊性能, 具有较高的BOD和COD去除率。