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不同碱化度的聚合氯化铝对焦化废水的净化效果及残留铝量研究

发布时间:2014年7月10日 出自:聚合氯化铝 已被浏览:141 次

聚合氯化铝因具有应用范围广、适应水性广泛、容易快速形成矾花、沉淀性好、投入成本低等一系列优势被广泛应用于净水行业,当然,它也自身的缺点,就是容易残留对人体有害的铝元素,决定聚氯化铝效果的参数主要有两个,碱化度和盐基度,本文就不同碱化度的聚氯化铝对焦化废水的处理效果及铝残留量做了研究。

实验方法

仪器与试剂

仪器与试剂:JB90-D型强力电动搅拌机, 调温电热器,DJB-623 电子变速搅拌机,pHS-9V 型酸度计,721-分光光度计,UV-2401PC 紫外可见分光光度计,AlCl3·6H2O(AR 级),HCl(AR 级), NaOH(AR 级)。

聚氯化铝制备

聚氯化铝 的制备采用微量滴碱法, 将适量 AlCl3·6H2O 溶于0.05 mol/L 的HCl 溶液中, 配成 0.5 mol/L 的AlCl3 溶液,在强烈搅拌条件下,通过毛细管缓慢滴加NaOH 溶液直至预先设定的羟铝比( 碱化度B 为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5), 滴碱速度为 20 mL/h,熟化48 h 后测定使用。

制备的各碱化度的聚氯化铝 的形态分布见表1。

处理水样

废水水样取自某焦化厂A/O 生化阶段沉淀池出水,用聚乙烯塑料桶储运。废水水样呈深褐色,主要水质指标如下:CODCr 为245 mg/L,浊度为74 度, pH 为7.82。

混凝方法

烧杯搅拌实验在六联电子变速搅拌机上进行。取上述水样1 000 mL 于烧杯中, 在快速搅拌下(160 r/min)向水样中加入一定量的混凝剂,继续快速搅拌1 min,然后慢速(40 r/min)搅拌10 min,静置沉降30 min 后于液面下1 cm 处吸取上清液, 测定 CODCr、剩余浊度和残留铝含量。其中混凝pH 通过滴加NaOH 或HCl 来调节。

分析方法

水质指标分析根据国家环保总局规定的标准方法进行,其中COD 采用K2Cr2O7 法,剩余浊度采用浊度比色法,残留铝采用铬天青S 法。铝的形态分析采用混合Al-Ferron 逐时络合比色法。

 结果与讨论

 聚氯化铝 投加量对混凝效果的影响

实验结果表明:在低投加量的情况下,不同碱化度的聚氯化铝 的混凝去除COD 效果的变化趋势大体上是一致的, 随着投加量的逐渐增加,COD 的去除效果增强且存在一最佳投加量范围,随着投加量的进一步增加,混凝效果反而下降。对于B=0.5、1.0、1.5、2.5 的聚氯化铝 的混凝效果曲线大致可分为三个区域:(1)无明显凝聚区,即投加量尚不足以形成显著凝聚,此时混凝效果较差,COD 的去除率较低,均低于50%;(2)凝聚脱稳区,即投加量增大后产生明显的凝聚作用,在本试验中投加量为2.0 mmol/L 时对COD 的去除效果达最佳;(3)再稳区,即当投加量继续增大时, COD 的去除效果反而趋向恶化。而对于B=2.0 的 聚氯化铝,对COD 的去除效果并不完全相同于上述碱化度的聚氯化铝。该聚氯化铝 在处理焦化废水时,当投加量为 1.5 mmol/L 时,对COD 的去除效果达最佳,当投加量增加至2.0 mmol/L 时去除效果趋向恶化, 但当投加量继续增加时,曲线趋向平缓,此时,聚氯化铝 对焦化废水中COD 的去除效果变化不明显。

随着投加量的增加,浊度的去除效果曲线与COD 的去除效果曲线非常一致。B= 0.5、1.0、1.5、2.5 的聚氯化铝 存在三个混凝区,并在投加量为1.5~2.0 mmol/L 时,去除效果达到最佳。而B= 2.0 的聚氯化铝 随着投加量的进一步增加, 浊度去除效果变化并不明显。

不同碱化度的聚氯化铝 在不同投加量的条件下 COD 和浊度去除情况与废水的水质和聚氯化铝 的形态有关。焦化废水含有大量的酚类等带苯环的有机物,带有负电荷。B<1.5 的聚氯化铝 的Al 主要以带有正电荷的单体态或双核羟基铝为主, 废水中大量的阴离子与带正电荷的Al 离子发生电中和,并压缩扩散层厚度,降低ζ 电位,使胶体脱稳而絮凝沉降。当投加量继续增加时,因电荷反号而使得胶体重新稳定,去除效果恶化。而对于B=2.5 的聚氯化铝, Alb 含量较高,且主要以Al13、Al24(OH)60(H2O)24 12+等带有很高电荷的形态存在,其对废水中的负电荷也有很强的电中和能力,所以当投加量过高时,也会出现再稳定区。而对于B=2.0 的聚氯化铝,其Alb 含量较高,且带有的电荷相对于低碱化度的聚氯化铝 来说较高,因此能在较低的投加量条件下与焦化废水中带有负电荷的胶体中和而达到最佳处理效果。同时,该聚氯化铝 中Alc 含量较高, 该形态对颗粒物的去除主要以吸附和卷扫网捕为主,因此,随着投加量的进一步增加,电荷反号与吸附和卷扫网捕同时存在且其作用相互抵消, 去除效果变化不明显。

pH 对混凝效果的影响

实验结果表明,在pH 低于6 时,随着pH 的增大, COD 的去除效果增强,当pH 在6~8 之间时,混凝效果达最佳。随着pH 的进一步增大,在碱性条件下, B=0.5、1.0、1.5 的聚氯化铝 的COD 去除效果又趋向恶化,而对于碱化度较高的B=2.0、2.5 的聚氯化铝 来说,其 COD 去除效果变化并不明显。由图4 可见,pH 对浊度去除效果的影响与COD 的影响相似,在酸性条件下,随pH 的增大,浊度去除效果增强,并在pH 在 6~8 之间达最佳,之后略有上升。这说明混凝过程中对浊度的去除也就是对水中有机物的去除。 pH 影响着聚氯化铝 中Al 的形态, 在pH 较低的条件下,Al 主要以低电荷的单体铝形态存在, 随着体系pH 上升,低电荷的Ala 含量逐渐减少,高电荷多聚物Alb 含量有所增加, 电中和黏结架桥能力增强,对COD 和浊度的去除效果也增强。而在碱性条件下,聚氯化铝 中的铝逐渐水解转化成了电荷较低的 Al(OH)3(am)溶胶-沉淀形态,电中和能力下降。而对于碱化度较高的聚氯化铝,Alb 含量较高,Alb 具有对水解反应的相对稳定性,仍保持有较高电荷,可发挥电中和凝聚作用。因此,高碱化度的聚氯化铝 具有更广的混凝处理pH 范围。

 pH 对残留铝含量的影响

实验结果表明,pH 对残留铝含量的影响较大。在 pH 低于6 时,聚氯化铝 在水体中的残留铝随着pH 的升高而降低;当pH 在中性附近时,由于聚氯化铝 水解生成大量的Al(OH)3无定形沉淀物易于下沉,水体中可溶性铝含量较低, 使得水体中铝的残留量下降至最低点,这与文献报道的情况相符合。当pH 继续增大时,由于生成了较多带负电荷的溶解形态,因此,铝的残留量随着pH 的升高而增加。

 我们还可以发现,pH 对COD 的去除效果变化曲线与pH 对残留铝的影响曲线是一致的。这就是说,当混凝效果较好时,投加到水体中的Al 大多与水体中的颗粒物形成絮体下沉,使得残留在水体中的Al 较少。因此,对于pH 较高或较低的焦化废水,加酸或碱调到中性范围,对保证混凝效果,减少残留铝量是非常必要的。

碱化度B 对残留铝含量的影响

观察“聚氯化铝 的投加量为1.5 mmol/L,不同碱化度的聚氯化铝 处理焦化废水后的COD 和残留铝含量”图可看出, 当碱化度较低, 如B=0.5、1.0 时,残留铝含量也较高,聚氯化铝 对COD 的去除效果并不理想。当碱化度B=1.5 时,残留铝含量最低,而当碱化度进一步增大, 如B=2.0 时, 残留铝含量又增加,B=2.5 时,残留铝含量又下降。通过比较碱化度 B 对COD 去除的影响和对残留铝含量的影响曲线发现,碱化度B 对两者的影响几乎是一致的,当B= 1.5 时,混凝效果最佳,同时,残留铝含量也最低。出现上述碱化度对残留铝的影响的原因可能是,在低B 值下,混凝剂聚氯化铝 中主要以单体铝或铝的二聚体为优势形态,混凝效果较差,使得较高的铝残留在溶液中,随着B 值升高,中等聚合形态的铝水解聚合产物逐渐成为优势形态, 且高聚合态及溶胶态的铝水解聚合产物含量增加,大多铝盐的水解聚合物与水体中的颗粒物形成絮体下沉, 提高了混凝处理效果,同时也降低了残留在水体中的铝量,当碱化度B=1.5时,残留铝含量达最低。当B 值增大至2.0 时,混凝效果不如B=1.5 的聚氯化铝,因此残留铝量增大。当B=2.5 时,Al主要以高聚合态及溶胶态的铝水解聚合产物存在, 可发挥其良好的吸附和卷扫网捕作用,具有良好的混凝效果,使得水体中残留铝含量较低。这同时也很好地解释了混凝效果好与残留铝含量低的一致性。

 结论

(1)滴定法制备的不同碱化度的聚氯化铝 在处理焦化废水时,投加量、混凝pH 和碱化度对混凝效果都产生很大的影响, 其最佳投加量范围为1.5~2.5 mmol/L,混凝pH 范围为6~8。碱化度为1.5 的聚氯化铝 具有较好的混凝效果。

(2)碱化度对残留铝的含量有影响,并影响着铝的形态分布。实验发现,当碱化度为1.5 时,水体中的残留铝含量达最低。

(3)比较COD 的去除效果和对水体中残留铝含量发现,COD 降得越多,水体中的残留铝含量越少,两者的变化趋势非常一致。

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