目前,國內(nèi)外對鋁硅硼高分子絮凝劑進(jìn)行了大量的研究,力求研制出一種具有高效率、低能耗、安全無害、無二次污染的水處理劑[3-7J。聚硅酸硫酸鋁鐵(PsAFS)作為一類堿式多核羥基硅硫酸鋁復(fù)合物,自從實(shí)驗(yàn)室合成出來之后,廣泛的應(yīng)用于水處理過程中,取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。本文研制聚硅酸硫酸鋁鐵絮凝劑并處理印染廢水,取得了較PAC、PFC更為良好的處理效果。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 儀器和試劑:
儀器:721分光光度計、78-_2型磁力攪拌器、PHS一2c酸度計、COD測定儀。
試劑:硅酸鈉、硫酸、硫酸鋁、氫氧化鈉、硫酸鐵、稀鹽酸(等所用試劑均為AR)。
1.2 廢水處理實(shí)驗(yàn)
取一定數(shù)量的絮凝劑于盛裝1000mL某廠印染廢水的燒杯中,通過電動攪拌器快速攪拌,攪拌時間由處理的廢液量決定,以使絮凝劑快速分散在廢液中;慢速靜置沉降后取液面以下2cm處清液進(jìn)行分析測定。COD值測定采用重鉻酸鉀法,透光率的測定用分光光度法,酸度采用pHs一2型酸度計測定,濁度采用光電式濁度儀測定,色度使用稀釋倍數(shù)法測定。
1.3 混凝試驗(yàn)
試驗(yàn)水樣:取一定量的硅藻土(通過400目篩孔后在105℃下干燥1h,置于干燥器內(nèi)備用)加蒸餾水后充分?jǐn)嚢杈鶆,配成試?yàn)水樣。
混凝試驗(yàn):取500mL水樣倒入燒杯中,投加一定量的絮凝劑后,先快速(200r/min)攪拌1.5min,再慢速(60r/min)攪拌10 min,觀察絮體的形狀及沉降速度。靜置30 min后在距上清液表面2 cm處取樣分析,用紫外可見光分光光度計測定吸光度。吸光度實(shí)質(zhì)是殘余濁度的表征,吸光度愈小,說明混凝性能愈佳。
2 PSAFS的制備
2.1 制備原理
聚硅酸(Ps)作為助凝劑,來源廣、無毒、成本低且聚合簡單,可以加速懸浮物的沉降。但是聚硅酸的電中和能力很弱,易凝膠,穩(wěn)定性和儲存性較差,在使用上受到一定限制。據(jù)國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)報道,在聚硅酸中加入金屑離子不但能增加其穩(wěn)定性,還能形成一系列新型聚硅酸絮凝劑,如聚硅酸鋁、聚硅酸鐵、聚硅酸鋁鐵等。在合成方面,主要是將硫酸鋁和硫酸鐵溶液混合后加入到聚硅酸中,因?yàn)殍F鹽比鋁鹽更容易與聚硅酸聚合,這樣將影響鋁鹽與聚硅酸的聚合。制得聚硅酸硫酸鋁鐵絮凝劑。
2.2 制備方法
室溫下,把水玻璃溶液稀釋1O倍,用20%的硫酸溶液和1.0mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值到5.5左右裝入帶有冷凝裝置、分液漏斗和溫度計的三口燒 中;罨欢ǖ臅r間后,快速攪拌,按照預(yù)先配好的比例先后加入0.5 mol/L的硫酸鋁溶液和0.5mol/L的硫酸鐵溶液,用O.25 mol/L的NaOF溶液調(diào)節(jié)混合液的pH值并持續(xù)攪拌1O 30 rain,然后用蒸餾水稀釋到一定濃度后靜置熟化。據(jù)文獻(xiàn)的研究,硅酸和金屬離子共聚成復(fù)合絮凝劑'[Al,F(xiàn)e]/[Si]的摩爾比決定絮凝劑綜合性能的發(fā)揮,通過試驗(yàn)確定AI/Fe/Si的比值來制備樣品,達(dá)到穩(wěn)定性和有效性的最佳結(jié)合。
3 結(jié)果與討論
3.1 A1/Fe的摩爾比對絮凝性能的影響
A1/Fe的摩爾比對絮凝性能的影響見表1。從表1可知,PSAFS的絮凝效果在相同劑量范圍內(nèi),當(dāng) 和Fe摩爾比為7:3、4:6、5:5、6:4、7:3時,PsA 絮凝性能的影響,當(dāng)A1/Fe=4:6時,絮凝劑的除濁效果最好,本實(shí)驗(yàn)A1/Fe的摩力比選用4:6。原因是這是因?yàn)镕e3 加入后,AP 和Fes 在水解過程中會通過羥基橋連成多核多羥基絡(luò)合物,這種多核多羥基絡(luò)合物具有更強(qiáng)的電中和能力和架橋吸附能力,PSAFC的分子結(jié)構(gòu)呈長鏈枝權(quán)狀聚集態(tài)。隨著鐵離子含量增加,除濁效果加強(qiáng),樣品的分子鏈長度增加,這一點(diǎn)正好解釋了出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因。但是,隨著鐵含量的繼續(xù)增加,絮凝效果的增加趨緩。
3.2 [A1,F(xiàn)e]/[Si]的摩爾比對絮凝性能的影響
固定A1/Fe=4:6,改變[A1,F(xiàn)e]/[Si]摩爾比,重新制備聚硅酸硫酸鋁鐵絮凝劑,通過試驗(yàn)研究硅含量對絮凝效果的影響。
如圖1所示,隨著硅含量的降低,剩余濁度達(dá)到最低,而且試驗(yàn)現(xiàn)象顯示,絮凝的礬花大且沉降速度也是最快。這是因?yàn)楫?dāng)絮凝劑中硅含量高時,金屬離子含量相對不足,活性硅酸的自身聚合反應(yīng)得不到有效的控制,硅酸聚合速度比較快,這樣絮凝劑投入水中后,金屬離子水解產(chǎn)生的多核羥基離子含量很少,電中和作用很差,不能使水中顆粒物脫穩(wěn),也就不利于黏結(jié)架橋作用的充分發(fā)揮,所以綜合絮凝效果沒有明顯的改善。因此,最佳的[A1,F(xiàn)e]/Si]摩爾比為1:1。
3.3 pH值對濁度和色度去除的影響
用PSAFS處理印染廢水,確定pH值對原水濁度和色度的影響,結(jié)果見圖2、圖3。
由圖2、圖3可見,PSAFS適用的PH范圍更為廣泛,且在pH>5的情況下,PSAFS對印染廢水的色度和濁度的去除率最高。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 儀器和試劑:
儀器:721分光光度計、78-_2型磁力攪拌器、PHS一2c酸度計、COD測定儀。
試劑:硅酸鈉、硫酸、硫酸鋁、氫氧化鈉、硫酸鐵、稀鹽酸(等所用試劑均為AR)。
1.2 廢水處理實(shí)驗(yàn)
取一定數(shù)量的絮凝劑于盛裝1000mL某廠印染廢水的燒杯中,通過電動攪拌器快速攪拌,攪拌時間由處理的廢液量決定,以使絮凝劑快速分散在廢液中;慢速靜置沉降后取液面以下2cm處清液進(jìn)行分析測定。COD值測定采用重鉻酸鉀法,透光率的測定用分光光度法,酸度采用pHs一2型酸度計測定,濁度采用光電式濁度儀測定,色度使用稀釋倍數(shù)法測定。
1.3 混凝試驗(yàn)
試驗(yàn)水樣:取一定量的硅藻土(通過400目篩孔后在105℃下干燥1h,置于干燥器內(nèi)備用)加蒸餾水后充分?jǐn)嚢杈鶆,配成試?yàn)水樣。
混凝試驗(yàn):取500mL水樣倒入燒杯中,投加一定量的絮凝劑后,先快速(200r/min)攪拌1.5min,再慢速(60r/min)攪拌10 min,觀察絮體的形狀及沉降速度。靜置30 min后在距上清液表面2 cm處取樣分析,用紫外可見光分光光度計測定吸光度。吸光度實(shí)質(zhì)是殘余濁度的表征,吸光度愈小,說明混凝性能愈佳。
2 PSAFS的制備
2.1 制備原理
聚硅酸(Ps)作為助凝劑,來源廣、無毒、成本低且聚合簡單,可以加速懸浮物的沉降。但是聚硅酸的電中和能力很弱,易凝膠,穩(wěn)定性和儲存性較差,在使用上受到一定限制。據(jù)國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)報道,在聚硅酸中加入金屑離子不但能增加其穩(wěn)定性,還能形成一系列新型聚硅酸絮凝劑,如聚硅酸鋁、聚硅酸鐵、聚硅酸鋁鐵等。在合成方面,主要是將硫酸鋁和硫酸鐵溶液混合后加入到聚硅酸中,因?yàn)殍F鹽比鋁鹽更容易與聚硅酸聚合,這樣將影響鋁鹽與聚硅酸的聚合。制得聚硅酸硫酸鋁鐵絮凝劑。
2.2 制備方法
室溫下,把水玻璃溶液稀釋1O倍,用20%的硫酸溶液和1.0mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)pH值到5.5左右裝入帶有冷凝裝置、分液漏斗和溫度計的三口燒 中;罨欢ǖ臅r間后,快速攪拌,按照預(yù)先配好的比例先后加入0.5 mol/L的硫酸鋁溶液和0.5mol/L的硫酸鐵溶液,用O.25 mol/L的NaOF溶液調(diào)節(jié)混合液的pH值并持續(xù)攪拌1O 30 rain,然后用蒸餾水稀釋到一定濃度后靜置熟化。據(jù)文獻(xiàn)的研究,硅酸和金屬離子共聚成復(fù)合絮凝劑'[Al,F(xiàn)e]/[Si]的摩爾比決定絮凝劑綜合性能的發(fā)揮,通過試驗(yàn)確定AI/Fe/Si的比值來制備樣品,達(dá)到穩(wěn)定性和有效性的最佳結(jié)合。
3 結(jié)果與討論
3.1 A1/Fe的摩爾比對絮凝性能的影響
A1/Fe的摩爾比對絮凝性能的影響見表1。從表1可知,PSAFS的絮凝效果在相同劑量范圍內(nèi),當(dāng) 和Fe摩爾比為7:3、4:6、5:5、6:4、7:3時,PsA 絮凝性能的影響,當(dāng)A1/Fe=4:6時,絮凝劑的除濁效果最好,本實(shí)驗(yàn)A1/Fe的摩力比選用4:6。原因是這是因?yàn)镕e3 加入后,AP 和Fes 在水解過程中會通過羥基橋連成多核多羥基絡(luò)合物,這種多核多羥基絡(luò)合物具有更強(qiáng)的電中和能力和架橋吸附能力,PSAFC的分子結(jié)構(gòu)呈長鏈枝權(quán)狀聚集態(tài)。隨著鐵離子含量增加,除濁效果加強(qiáng),樣品的分子鏈長度增加,這一點(diǎn)正好解釋了出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因。但是,隨著鐵含量的繼續(xù)增加,絮凝效果的增加趨緩。
3.2 [A1,F(xiàn)e]/[Si]的摩爾比對絮凝性能的影響
固定A1/Fe=4:6,改變[A1,F(xiàn)e]/[Si]摩爾比,重新制備聚硅酸硫酸鋁鐵絮凝劑,通過試驗(yàn)研究硅含量對絮凝效果的影響。
如圖1所示,隨著硅含量的降低,剩余濁度達(dá)到最低,而且試驗(yàn)現(xiàn)象顯示,絮凝的礬花大且沉降速度也是最快。這是因?yàn)楫?dāng)絮凝劑中硅含量高時,金屬離子含量相對不足,活性硅酸的自身聚合反應(yīng)得不到有效的控制,硅酸聚合速度比較快,這樣絮凝劑投入水中后,金屬離子水解產(chǎn)生的多核羥基離子含量很少,電中和作用很差,不能使水中顆粒物脫穩(wěn),也就不利于黏結(jié)架橋作用的充分發(fā)揮,所以綜合絮凝效果沒有明顯的改善。因此,最佳的[A1,F(xiàn)e]/Si]摩爾比為1:1。
3.3 pH值對濁度和色度去除的影響
用PSAFS處理印染廢水,確定pH值對原水濁度和色度的影響,結(jié)果見圖2、圖3。
由圖2、圖3可見,PSAFS適用的PH范圍更為廣泛,且在pH>5的情況下,PSAFS對印染廢水的色度和濁度的去除率最高。