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聚氯化铝和聚合氯化铝铁净水效果比较

发布时间:2014年7月13日 出自:聚合氯化铝 已被浏览:147 次

实验部分

实验材料

实验所用水样取自北方某大型水库,水质指标为: 水温为17.6~19.3℃,浊度为7.87~9.40 NTU, ρ(CODMn)为5.05~5.68mg/L。

混凝剂的合成

取一定量的AlCl3·6H2O,用去离子水溶解。在磁力搅拌的条件下,按照OH-/Al=1.0缓慢加入一 定量的无水Na2CO3。待泡沫完全消失后,继续搅拌3 h,即得到聚氯化铝混凝剂。

用摩尔比为5∶1的AlCl3·6H2O 和FeCl3· 6H2O代替上述步骤中的AlCl3·6H2O,并按OH-/ (Al+Fe)=1.0加入无水Na2CO3,即可制得聚氯化铝铁 混凝剂。

将制得的聚氯化铝和聚氯化铝铁混凝剂稀释至10mg/L (以Al2O3+Fe2O3 计),备用。

烧杯实验

烧杯实验在混凝试验搅拌机上进行。向6个烧杯 中分别加入1L的水样,加入一定量的混凝剂。以 250r/min快速搅拌2min后,再以50r/min转速继 续搅拌10min。静置沉淀15min后,取一定量的上清 液进行指标测试。部分水样用浊度计和zeta电位仪 测量浊度和zeta电位,部分水样按酸性高锰酸钾法测 量CODMn。

结果与讨论

投药量对混凝效果的影响

在原水pH 条件下,向地表水样中加入一定量的 聚氯化铝和聚氯化铝铁混凝剂,以传统混凝剂Al2(SO4)3 为对 比。考察混凝剂投加量对浊度和CODMn 去除效果的 影响。图1为3种混凝剂在不同投药量下的浊度去除 效果,从图1可知:在实验条件下三种混凝剂对浊度的 去除率均随投药量的增加而增加,其中当投药量到达 4mg/L以上时,浊度去除率增加不大,出水浊度趋于 稳定。3种混凝剂对CODMn 的去除效果也呈现出随投 药量增加而升高的趋,见图1b,当聚氯化铝和聚氯化铝铁两种 混凝剂的投药量大于5mg/L时,CODMn 去除率可达 45%,此时上清液中CODMn<3mg/L,达GB 5749- 2006《生活饮用水卫生标准》。在相同投药量下,与 Al2(SO4)3 相比,两种高分子混凝剂可以取得较好的 浊度和有机物去除效果;同时,复合混凝剂聚氯化铝铁较 聚氯化铝效果更佳,而在烧杯实验过程中可以发现加入 聚氯化铝铁 混凝剂后,生成的矾花明显较聚氯化铝 和 Al2(SO4)3 大,这可能是因为铁盐的加入可以与铝盐 产生协同作用,使得生成矾花的体积增加,同时取得较 好的浊度和有机物去除效果。胡俊虎等人在使用自制 聚合氯化铝铁混凝剂处理黄河水和生活污水时发现了 类似的现象。

不同投药量下混凝出水的zeta电位如图2所示。 结果表明:增加混凝剂的投药量可以降低水中胶体颗 粒表面所带的负电荷,出水中胶体颗粒的zeta均随投 药量的增加而升高。Al2(SO4)3 和聚氯化铝两种混凝剂 分别在投药量3~4mg/L和5~6mg/L时达到等电 点,继续增加投药量,水中胶体颗粒所带电荷为正。而 在实验投药量范围内,聚氯化铝铁混凝剂未能完全中和胶 体颗粒表面的负电荷。在相同投药量下,3种混凝剂 相比较,Al2(SO4)3 的zeta电位最高,这说明其电中和 能力最强。而图1的结果表明,在相同投药量下, 聚氯化铝铁的混凝效果最佳,而Al2(SO4)3 效果最差。这 说明电中和能力并非影响混凝效果的唯一因素。                                                                        

pH 对混凝效果的影响

改变水样的pH,分别投加5mg/L的混凝剂,考 察pH 对浊度和有机物去除效果的影响,结果如图3 所示。结果表明:浊度去除率随pH 的增加而升高。 这可能是因为在较低的pH 下混凝剂水解不充分,未 能充分发挥网罗卷扫作用;而在中性或碱性条件下,水 中OH- 含量增加,混凝剂水解形成的网状结构可以网 捕水中的颗粒物质,形成矾花,从而通过沉淀将其去 除。而有机物的去除效果随pH 的升高呈现出先增加 后下降的趋势,三种混凝剂的最佳pH 均出现在6附 近。这可能是因为有机物的去除机理与颗粒物质不 同,一般认为,有机物的去除主要通过与混凝剂中 的铁铝形成不溶于水的螯合物,在酸性条件下,水中有 机物离解不完全,且H+ 与金属离子存在竞争关系,导 致去除率不高;而在碱性条件下,水中的OH- 与有机 物相互竞争,导致去除率下降。三种混凝剂相比较,传 统混凝剂Al2(SO4)3 受pH 影响较大,在酸性条件和 碱性条件下有机物去除效果均较差。而聚氯化铝铁的最 佳pH 范围较大,在pH>5的范围内均可取得较高的 浊度去除率,而在5~8的pH 范围内CODMn 去除率均 可在45%以上,出水符合GB 5749-2006的要求。

 

混凝出水zeta电位随pH 的变化趋势如图4所 示。结果表明,增加pH,混凝出水中胶体颗粒表面的 正电荷逐渐增加,在越过等电点后,表面电性为负。 Al2(SO4)3 和聚氯化铝出现在pH=6~7的范围内,而 聚氯化铝铁的等电点则出现在pH 为5~6时。在此范围 内,三种混凝剂均同时能够取得较好的有机物去除效 果(图3)。

 

沉淀时间对混凝效果的影响

在最佳混凝条件(水样pH=6,投药量为5mg/ L)下,进行混凝实验。慢搅结束后,静置一定时间后 从烧杯中部取出适量水样,测量其浊度,考察沉淀时间 对混凝效果的影响,如图5所示。结果发现:三种混凝 剂的浊度去除率均随沉淀时间的增加而升高,在达到 某一时刻后,出水浊度趋于稳定。三种混凝剂出水浊 度达到稳定所需的沉淀时间分别为:Al2(SO4)3:15 min,聚氯化铝:9min,聚氯化铝铁:5min。这说明聚氯化铝铁生成 的矾花具有较好的沉降性能,可以在较短的时间内完 成沉淀过程。而Al2(SO4)3 的沉淀性能较差,需要较 长的沉淀时间。这与试验中观察到的现象相符,向水 样中投加Al2(SO4)3,生成的矾花较小,沉降速度慢, 沉淀15min后仍有少量肉眼可见的白色矾花悬浮于 水中。而投加聚氯化铝铁后,慢搅5min后即可看到矾花, 生成的矾花体积较大,沉降速度较快,经过15min的 沉淀后,几乎全部沉至水底。

 

                                                                                   

在工程应用中,混凝剂生成的矾花大小及其沉降 性能对后续的固液分离过程有着较大的影响。一般情 况下,当混凝阶段生成的矾花体积较大,沉降性能较好 时,可以缩短沉淀池的水力停留时间,减小沉淀池的 体积。

结论

使用实验室制备的聚氯化铝 和聚氯化铝铁 处理地表水 时,混凝效果好于传统混凝剂Al2(SO4)3。在5mg/L 的投药量下,两种高分子混凝剂均可取得较好的浊度 和CODMn 去除效果,出水浊度小于1NTU,CODMn 小 于3mg/L,符合GB 5749-2006《生活饮用水卫生标 准》的要求。三种混凝剂的最佳pH 均出现在6附近, pH 对聚氯化铝铁混凝效果的影响较小,在H=5~8内 可取得较好的有机物去除效果。聚氯化铝铁生成的矾花体 积较大,沉降性能较好,静置5min后即可取得较高的浊度去除率。

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