处理铝型材厂污水用复合聚硅酸铝铁的制备与絮凝效果的分析.pdf

第６卷第２期２０１２年６ＪＪ材料研究与应用ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴｌ０ＮＶｂｌ．６．ＮＯ．２Ｊｕｎ２０１２——文章编号：１６７３９９８１（２０１２）０２０１２１－０４处理铝型材厂污水用复合聚硅酸铝铁的制备与絮凝效果的分析张小琴广东省工业技术研究院（广州有色金属研究院）分析检测中心，广东广州５１０６５０摘要：采用聚硅酸铝铁（ＰＳＡＦ）处理铝型材生产过程中产生的废水，考察了铝铁摩尔比、碱化度、ｓｉｏ：含量、反应温度以及溶液ｐＨ值对聚硅酸铝铁絮凝效果的影响；比较了聚硅酸铝铁与其他絮凝剂的絮凝性能，结果表明，采用聚硅酸铝铁处理铝型材厂废水具有制备方法简单、无毒、用量少、原料来源广泛、适用ｐＨ值范围较宽以及絮凝效果好等特点．关键词：絮凝剂；铝型材；污水；制备中图分类号：ＴＱ９文献标识码：Ａ聚硅酸铝铁（ＰＳＡＦ）是在聚硅酸和传统铝盐、铁盐絮凝剂的基础上发展起来的复合型多核尤机高分子絮凝剂．该絮凝剂兼具聚硅酸的粘结聚集性，吸附架桥效能强以及销盐、铁盐的电巾和能力强、絮””凝剂絮体大、脱色性能好等优点，较目前在水处理中广泛使用的单核聚合氯化铝（ＰＡＣ）絮凝剂在除浊、脱色、去除ＣＯＤ和除油等方面都有更好的效果．本文首次尝试应用聚硅酸铝铁处理铝型材生产过程中产生的废水，试图提高污水的除浊度，降低絮团的含水量，人幅度减少处理废渣的能耗．采用电子显微镜观察了聚硅酸铝铁的形貌，并考察了铝和铁的摩尔比、碱化度、ＳｉＯ：含量、反应温度以及溶液ｐＨ值对ＰＳＡＦ絮凝效果的影响；比较了聚硅酸铝铁与其他絮凝剂在处理铝型材厂废水的絮凝性能．１实验部分１．１主要仪器及试剂ＤＨＳＪ３Ｆ型ｐＨ计（上海），ＪＢ９０．Ｄ型自动控制搅拌仪（上海标本）．ＮＤＨ一２０型光散射浊度仪，硫酸肼，硅酸钠（Ｎａ：ＳｉＯ，・９Ｈ：Ｏ），Ａ１：（ｓ０４），，ＦｅＳＯ・，ＮａＣＩＯ，，—收稿日期：２叭２０３．１６作者简介：张小琴（１９８０．），女，江苏溧水人，工程师，硕士Ｈ：ＳＯ。均为分析纯试剂，实验用水为去离子水．１．２制备聚硅酸铝铁将水玻璃稀释至７％，在高速搅拌条件下缓慢加入到一定体积２０％的Ｈ：ＳＯ。溶液中，控制ｐＨ值为３．５，室温下聚合２ｈ，制得半成品活化硅酸（Ｐｓ）．按比例分别称取一定量的硫酸铝与硫酸铁，加水溶解，在快速搅拌、ＡＩ／Ｆｅ摩尔比・定的条件下，先后将硫酸铁溶液和硫酸铝溶液加人到聚合体系中，在３０～℃５０下使之混合，然后在快速搅拌的条件下，向混和液中滴加１０％的ＮａＯＨ溶液，调节溶液的ｐＨ值．然后依次加人少量ＮａＣＩＯ，及稳定剂，制得聚合产品聚硅酸铝铁（ＰＳＡＦ）．１．３絮凝实验试验装置为三口烧瓶和台式电动搅拌器．实验水样为５００ｍＬ铝型材厂污水，用０．１ｍｏｌ／Ｌ稀盐酸或氢氧化钠调节水样的ｐＨ值，加入一定量的絮凝剂，在４０～６０ｒ／ｍｉｎ的转速下恒速搅拌１０ｒａｉｎ，静置沉降１０ｒａｉｎ，于液面下２～３ｃｍ处取上清液，根据文献［６］的方法测定残余浊度．１．４碱化度碱化度是ＰＳＡＦ中羟基含量与铝铁的总含量的万方数据１２２材料研究与应用２０１２————————————————————————————————————————————————————————————一一Ⅲ鞠陋器辨馘瓤疗＝器（１）式（１）中，ｐＨ为铝、铁盐溶液固有的ｐＨ值；Ｇ为向溶液中加入的碱的浓度（ｍｏｌ／Ｌ）；已为溶液中加入的酸或盐类试剂中含有的游离酸的浓度（ｍｏｌ／Ｌ）；ＡＩ－和”Ｆｅ．分别为溶液中铝和铁的总浓度（ｍｏｌ／Ｌ）ｒ．２实验结果与讨论２．１聚硅酸铝铁（ＰＳＡＦ）的最佳制备条件及投加量采用正交实验法，以残余浊度为絮凝性能指标，考察铝和铁的摩尔比（Ａ）、碱化度（Ｂ）、ＳｉＯｚ含量（ｃ）、反应温度（Ｄ）对ＰＳＡＦ絮凝效果的影响，实验中每个因子取４个水平，试验数据及处理结果分别列于表ｌ和表２．表１正交试验因素与水平Ｔａｂｌｅ１ＦａｃｔｏｒｓａｎｄＴａｂｌｅｓｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ因素■——水平丙而面面砑ｒｉ面丽甄忑ｉＦｌ丽ＡＢＣＤｌ３：７０．６０．１６３０２３４：６Ｏ．８５：５１．００．１８３５Ｏ．２０４０４６：４１．２Ｏ．２２４５表２聚硅酸铝铁最佳制备条件正交试验Ｌ１６（４４）Ｔａｂｌｅ２ＯｐｔｉｍａｌｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｏｒｔｈｏｇｏｎａｌｔｅｓｔｏｆｐｏｌｙｓｉｌｃａｔｅａｌｕｍｉｎｕｍｆｅｒｒｉｃＩ磊鬲１五吁曲碱化Ｂ度８ｉ。２含甏谳叱。温鼍您除茅——————————●●一＿＿＿－－－＿＿＿＿－－＿＿＿＿－＿＿＿。＿－＿－＿＿＿－＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿Ｉ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿－＿＿＿＿＿＿＿＿一ｌ５：５０．６０．１８３０９４，５１．２０．２０１．００．１６０．８０．２２０．６０．２０１．２０．１８１．００．２２０．８０．１６０．６０．１６１．２０．２２１．００．１８０．８０．２００．６０．２２１．２０．１６１．００．２０７８．２８１．７８８．５８５．４７５３７３．４９８２９２７７６．５７５．５８７．２８８３８１．６８６．４１６６：４０．８０．１８４５８９７ｔ８２．７５９０，２２８８．５５８５．７２ｆ，８３．１２９０．８５８３．７５８３．０８ｔ，８８．９７９．２５８４．３８２．９８ｔ。８３．５７７．９８１．６７８６．５０檄差Ｒ６ｔ５１２．９５６．８８３．５２”∞∞∞∞∞如如如弱弱弱钳们４６７７６４５４５７６滔一５矗小孓３４６５６５３４４３５２３４５６７８９ｍ¨”他Ｈ¨万方数据第６卷第２期张小琴：处理铝型材厂污水用复合聚硅酸铝铁的制备与絮凝效果的分析由表２可知，各因素对ＰＳＡＦ絮凝剂除浊率的影响大小顺序为：Ｂ＞Ｃ＞Ａ＞Ｄ，合成聚硅酸铝铁的最优化条件为Ａ＾Ｂ：Ｃ。Ｄ。，即在铝和铁的摩尔比为５：５、碱化度为０．８、ＳｉＯ。含量为０．１６ｍｏｌ／Ｌ及反应温度为℃４５的条件下合成的聚硅酸铝铁的絮凝效果最优．２．２ＤＨ值的影响固定ＰＳＡＦ絮凝剂的投加量为０．１６ｍｏｌ／Ｌｆ以ＳｉＯ：浓度计量），在托（Ａ１）：Ｈ（Ｆｅ）：靠（Ｓｉ）＝ｌ：ｉ：ｌ、碱化度为０．８的条件下，ＰＳＡＦ的除浊效果与水样ｐＨ值的关系如图１所示，由图１可见，ＰＳＡＦ在水样的ｐＨ为６～１０的范围内，均有很好的絮凝除浊效果，当ｐＨ＝６时效果最佳．ｆ一函量≮螫爱《《图１ｐＨ值对ＰＳＡＦ絮凝性能的影响Ｆｉｇ。１ｐＨｖａｌｕｅｏｎＰＳＡＦｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ２．３聚硅酸铝铁的絮凝效果与其它絮凝剂的比较聚合氯化铝铁（ＰＡＦＣ）是由铝盐和铁盐混凝水解而成的一种无机高分子混凝剂，它是依据协同增效原理，由聚合氯化铝铁单质铁离子或三氧化铁和其它含铁化合物复合而制得的一种高效混凝剂．”铁盐混凝剂具有较好的除有机物性能，聚硅铁类是２０世纪９０年代初最先由日本开发的一种混”凝剂，．聚硅酸铁混凝剂（ＰＳＦ）在近中性及碱性范围内具有优异的除磷、除有机物性能．它的混凝机理足以电中和脱稳为前提条件，以架桥为必要条件，以卷扫网捕为补充条件．２．３．１絮凝剂用量的比较在其它条件相同的情况下，不同用量的ＰＳＡＦ，ＰＡＦＣ和ＰＳＦ的絮凝除浊效果如图２所示．由图２可知，絮凝剂用量相同时，ＰＳＡＦ的除浊效果最好，ＰＡＦＣ次之，ＰＳＦ的除浊效果最差．ＰＳＡＦ在较低投加量时所表现出来的高效除浊性能，主要是由于絮凝剂与胶体颗粒表面发生的电中和吸附脱稳和粘附架桥综合作用所致．由图２还可见，絮凝剂的添加量不是越大越好，当添加量大于４０ｍＬ／Ｌ时，除浊效果不会随添加量的增加而变好．，一岛ｇ≮割爱媒絮’絮凝剂投加量／（ｍＬ・Ｌ１）图２絮凝剂投加量对絮凝效果的影响Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｆｌｏｃｃｕｌａｍｄｏｓａｇｅｏｎｔｈｅｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎ２．３，２沉降性能的比较在絮凝剂的投加量都为３０ｍＬ／Ｌ，其。色条件相同的情况ｒ，ＰＳＡＦ、ＰＡＦＣ和ＰＳＦ的絮凝沉降眭能如图３所示．＼。谢较是遴图３不同絮凝剂性能的比较Ｆｉｇ。３Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｓ由图３可见，ＰＳＡＦ的沉降性能优于ＰＡＦＣ和ＰＳＦ．实验发现，用ＰＡＳＦ处理水样时，絮体形成速度最快，絮体体积大，下沉速度快；而ＰＡＦＣ和ＰＳＦ絮体形成的速度较慢，絮体体积小．下沉的速度较慢．万方数据材料研究与应用３结论本研究采用独特的共聚Ｔ艺，向聚硅酸中引入铝盐和铁盐，制得聚硅酸铝铁（ＰｓＡＦ）复合絮凝剂，考察了制备参数对聚硅酸铝铁絮凝剂性能的影响，并对其处理铝型材厂污水的絮凝性能进行了考察．结论如Ｆ：（１１采用正交实验法，以残余浊度为评价絮凝剂性能的指标，考察了铝和铁的摩尔比、碱化度、ＳｉＯ：含量和反应温度对ＰＳＡＦ絮凝效果的影响景凝试验结果表明，当ｎ（Ａ１）：ｎ（Ｆｅ）＝ｌ：１，碱化度为０．８，ＳｉＯ：＝０．１６℃ｍｏｌ／Ｌ，反应温度为４５时，制得的聚硅酸铝铁复合絮凝剂对铝型材厂污水的除浊率最高．（２）ＰＳＡＦ适宜的ｐＨ范围较宽，存ｐＨ为６～１０时均有较好的絮凝效果，当ｐＨ＝６时，絮凝效果最佳．ｆ３）聚硅酸铝铁（ＰＳＡＦ）的絮凝性能优于聚合氯化铝铁（ＰＡＦＣ）和聚硅酸铁（ｐｓｖ）．由于聚硅酸铝铁复合絮凝剂具有制备方法简单、无毒、用量少、原料来源广泛、适用ｐＨ值范围较宽以及絮凝效果好等特点，这种絮凝剂值得在处理铝型材污水方面推广应用．参考文献：ｆ１１吴敦虎，熊琼，林辉，等．有机高分子絮凝剂在污泥脱水中的应用研究［Ｊ］．水处理技术，２００４，３０（２）：１１６－１１８．［２】陈小明，孙鹏，林蔓．絮凝剂对污泥脱水性能的改善【Ｊ］．环—境保护科学，２００５，３ｌ（４）：１８２０．［３］ＳＡＧＡＲＰ，ＭＡＬＤ，ＳＩＮＧＨＲＲＳｙｎｔｈｅｓｉｓ—ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎａｎｄｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃａｔｉｏｎｉｃｇｌｙｃｏｇｅｎ：Ａｎｏｖｅｌｐｏｌｙｍｅｒｉｃｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ［Ｊ］．ＣｏｌｌｏｉｄｓａｎｄＳｕｒｆａｃｅｓＡ：ＰｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｓ－ｐｅｅｒｓ，２００６，２８９—（１２３１：１９３１９９［４ｌ王冬光，付英，丁水利，等．聚硅酸铁混凝剂净水效能及机—理［Ｊ】．环境工程学报，２００７，ｌ（６）：６１１［５】高立新，陈权，张大权聚硅酸锌的絮凝作用研究［Ｊ１．工业—水处理，２００６，２６（７）：５０５３．［６】水与废水监测分析方法编委会水与废水监测分析法［Ｍ】．４版．北京：中国环境科学出版社，２００２：９８［７］时文中，李灵芝，余国忠．聚合硅酸铝铁的制备与絮凝性—能研究［Ｊ］．重庆环境科学，２００３，２５（４）：２９３２Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏａｇｕｌａｎｔｐｏｌｙｓｉｌｃａｔｅａｌｕｍｉｎｕｍｆｅｒｒｉｃ（ＰＳＡＦ）ｉｎｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇＺＨＡＮＧＸｉａｏｑｉｎＡｎａｌｙｔｉｃａｌ＆ＴｅｓｔｉｎｇＣｅｎｔｒｅＧｕａｎｇｄｏｎｇＧｅｎｅｒａｌＲｅｓｅｍｖｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＧｕａｎｇｚｈｏｕＲｅｓｅａｒｃｈ—ＩｎｓｌｉｔｕｔｅｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓ），Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６５０，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｆｌｏｃｃｕｌａｎｔｐｏｌｙｓｉｌｃａｔｅａｌｕｍｉｎｕｍｆｅｒｒｉｃｉｎｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．１１１ｅｅｆｆｅｃｔｏｆｍｏｌａｒｒａｔｅｏｆＡ１ａｎｄＦｅ，ａｌｋａｌｉｎｉｔｙ，ｃｏｎｔｅｎｔｏｆＳｉ０２，ｄｏｓａｇｅｔｏｆＰＳＡＦ，ｐＨｖａｌｕｅｏｎｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＰＳＡＦｗａｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄａｓｗｅｌｔａｓｔｈｅｔｈｅｆｌｏｃｃｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｏｔｈｅｒｃｏａｇｕｌａｎｔｓ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＰＳＡＴｗａｓｔｈｅｂｅｓｔｉｎｗａｔｅｒｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆａｌｕｍｉｎｕｍｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｗｉｔｈｅａｓｙｐｒｏｄｕｃｉｎｇ，・ｎｏｔｏｘｉｃｉｔｙ，ｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓａｂｕｎｄａｎｔｌｙａｖａｉｌａｂｌｅ，ａｌａｒｇｅｒａｎｇｅｏｆｐＨｖａｌｕｅｅｔｃ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｌｏｃｃｕｌａｎｔ；ａｌｕｍｉｎｕｍｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ；ｓｕｌｌａｇｅ；ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ万方数据