无机复合絮凝剂（共9篇）
无机复合絮凝剂 篇1
絮凝剂的制备是絮凝沉淀法的关键, 无机微颗粒-有机高分子复合絮凝剂在水污染处理中有着广泛的应用。它具有原料充沛、价格低廉、无毒、环保、制作简单等优良性能, 适合进行大规模的使用, 是一种具有广阔应用前景的絮凝剂。本文从无机微颗粒-有机高分子复合絮凝剂的性能和制备等方面对这一絮凝剂进行了研究。
1. 絮凝剂的应用现状分析
无机絮凝剂通常指无机低分子絮凝剂, 其组成主要是无机低分子。在使用的过程中, 无机絮凝剂有絮体松散、含水量高、固液分离困难、操作不易控制且成本较高的缺陷。此外, 通过这一方法进行水污染处理后, 在水中会残留一定的金属离子, 例如铝离子对抑制植物的自然生长, 危害人的健康, 铁离子则会对金属有腐蚀作用, 影响水质。
高分子絮凝剂则主要分为无机和有机高分子絮凝剂两种类型。无机高分子絮凝剂具有絮体体积大、稳固性高、没有腐蚀性、用量少等优点, 因此在水污染处理中的应用十分广泛。但这种絮凝剂也有其自身的缺陷, 如降解难度大、成本偏高等。当前对无机高分子絮凝剂的研究重点就在于对其性能进行优化, 同时降低其使用成本。
2. 无机-有机复合絮凝剂的开发与应用
当前, 无机-有机复合絮凝剂当中最常使用的是聚合铝及铁类无机高分子与聚丙烯酰胺复合絮凝剂。无机-有机复合絮凝剂对原料的配比、水处理条件、温度、搅拌速度、搅拌时间等都有较高的要求。使用无机-聚丙烯酰胺复合絮凝剂尽管可以从一定程度上增强絮凝效果, 提高絮凝效果, 延长胶凝时间, 但这一方式却会使得正电荷的含量有所下降, 而受到污染的水中通常带有较多的负电荷, 絮凝剂中正电荷的减少则会影响到污水的处理效果。
为了解决这一问题, 可以从无机盐和有机高分子的这两个方面入手。复合无机絮凝剂的使用能够在增加电荷的同时起到增强处理效果。在无机盐当中, 除了常用的铁盐和铝盐之外, 硅胶也可以作为制备无机盐的材料, 并且还有生产成本低、环保清洁的优点。西方的一些国家还将二氧化硅颗粒与有机高分子进行复合使用, 在实际应用中也具有良好效果。此外, 还可以在絮凝剂中加入电荷密度添加剂, 通过改变电荷数量的方式来增强絮凝效果。
3. 絮凝剂的作用原理
絮凝的作用原理是一个十分复杂的问题, 截至今日专家和学者仍不能完全解释絮凝剂的作用原理。但其一般的机理可以归纳为以下几个:压缩双电层与电荷中和作用;高分子絮凝剂的吸附作用;絮体的沉淀作用等。
3.1 无机絮凝剂的作用机理
无机絮凝剂的作用原理与有机高分子的作用原理十分相似, 但从本质上来说, 它仍然属于多核羟基络合物的中间产物。无机絮凝剂对颗粒物的吸附作用是通过表面的络合配位作用实现的。絮凝剂表面的羟基能够从溶液中继续吸收羟基, 直至溶液饱和成为氢氧化物沉淀, 并最终与颗粒物质形成絮体。
3.2 有机高分子絮凝剂的作用机理
有机高分子絮凝剂中的阳离子带有正电荷, 对溶液中的带有负电荷的颗粒具有良好的吸附和中和效果, 此外, 非极性基团还具有一定的疏水能力, 能够有效的改变颗粒表面的状态, 提高胶体的稳定性和沉降能力。与此同时, 由于有机高分子自身的分子量较大, 在形成絮体时, 其体积也较大, 会对周围的小颗粒产生一定的吸附作用, 使得絮体进一步扩大。除此之外, 有机高分子中通常都含有NH-和-OH, 这些基团在絮凝的过程中能够与溶液中的-OH结合形成氢键, 能够促进絮体的进一步扩大, 使得沉降更为容易。
3.3 无机-有机复合絮凝剂的作用原理
由于无机-有机复合絮凝剂是由两种絮凝剂结合产生的, 因此也具有两种絮凝的一些优点。在絮凝的过程中, 两者能够起到相互促进的作用, 其作用机理包括电中和脱稳、疏水作用、吸附架桥作用等。具体的絮凝过程为, 有机高分子的活性基团与胶体表面的氢键产生作用, 产生吸附架桥作用将黏土颗粒集组成体积更大的颗粒。这时, 黏土颗粒还不能进行有效的沉降, 需要无机金属通过电中和左央, 将这些颗粒再聚集到一起, 形成可以快速沉降的团块。无机-有机复合絮凝剂的机理模型图如图1。
4. 无机微颗粒絮凝剂的制备及性能
4.1 实验所用试剂和仪器
4.2 实验原理
溶胶是一种分散性和多相性的物质, 其分散粒子的尺寸很小, 但数量很多, 因此这些粒子的质量较大。此外, 胶体粒子通常都带有一定的电荷, 只要采取合适的制备方法, 就能得到带有较多正电荷的溶胶。从上述的分析可以看出, 溶胶已经具备了制备高质量絮凝剂的几个基础的条件。本文中以良好的溶胶为最基础的原料, 并向其中再加入了其他絮凝成分来制得无机颗粒絮凝剂。
4.3 实验方案
将无机盐, 如氯化铁、硅酸钠等与酸反应, 并老化一段时间。在适宜的温度下, 一边搅拌溶液, 一边向其中加入制备絮凝剂所需要的其他成分, 如硫酸铁、氯化铝等, 并再加入一定含有辅助元素的盐溶液, 对溶液的酸碱度进行调节。溶液反应一段时间后就可以得到无机微颗粒絮凝剂溶液。
5. 有机高分子絮凝剂的制备及性能
5.1 实验药品
5.2 实验方法
用移液管准确移取一定量反应产物溶液于100m L锥形瓶中, 然后再加入50m L丙酮, 摇晃锥形瓶使得固体充分沉淀出来, 抽滤, 将滤液再用20m L丙酮沉淀, 并倒入漏斗再次抽滤。
6. 结语
目前, 对于无机–有机复合高分子絮凝剂的制备研究得已经比较成熟了, 但其实际应用方面还有许多可以探索的空间, 通过对这一絮凝剂的进一步研究, 可以促进其推广使用, 从而促进污水处理效果的提高。
摘要：当前, 水污染是我国一个严重的环境问题。治理水污染的一个重要途径是使用水处理药剂, 絮凝剂就是最常使用的一种絮凝剂。絮凝剂有很多种类, 根据化学成分可以将其分为有机絮凝剂、无机絮凝剂及生物絮凝剂。还有许多絮凝剂是将上述三种常用的类型进行综合复配使用。无机-有机复合高分子絮凝剂就是将无机絮凝剂和有机絮凝剂进行结合的絮凝剂。它结合了两者的优点, 具有吸附力强、脱色能力好、除浊性能好等特点, 因此在水污染处理中获得了广泛的应用。
关键词：无机微颗粒,有机高分子,絮凝剂,水污染
参考文献
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无机复合絮凝剂 篇2
无机硅类絮凝剂研究进展
絮凝剂[1]是指能使水溶液中的溶质、胶体或悬浮物颗粒产生絮状物沉淀的`物质,是一种重要的水处理药剂.按化学性质分类,絮凝剂大致可分为3类:无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂.
作 者：仪晓玲 马自俊 张锁兵 作者单位：中国石油勘探开发研究院油田化学所,北京,100083刊 名：精细与专用化学品英文刊名：FINE AND SPECIALTY CHEMICALS年，卷(期)：17(10)分类号：关键词：
无机絮凝剂处理垃圾渗滤液的研究 篇3
絮凝法的主体是絮凝剂,目前使用的絮凝剂主要有无机和有机两类,其中有机絮凝剂价格昂贵,处理成本较高,因此多采用无机絮凝剂。在众多无机絮凝剂中,铁盐和铝盐使用最多,但铁盐主要是在偏碱性条件下反应生成氢氧化铁,具有较好的絮凝作用,因此不适用于酸性废水的处理。而铝盐因其便宜、资源丰富、在酸性条件下絮凝效果较好等优点被广泛应用于酸性废水的处理。由于垃圾渗滤液为酸性废液,本实验选用硫酸铝作为絮凝剂处理垃圾渗滤液,通过考察投加量、搅拌时间、p H值和温度等4个影响因素,研究其对垃圾渗滤液中COD去除效果的影响,寻求最佳反应条件,为垃圾渗滤液的进一步处理提供依据。
1 实验部分
1.1 垃圾渗滤液的来源及水质
本实验垃圾渗滤液取自校园生活垃圾自然堆积后产生的浸出液,水质情况如表1所示。
1.2 试剂和仪器
试剂:硫酸铝(分析纯)、氢氧化钠(分析纯)、浓硫酸、重铬酸钾(基准纯)、硫酸银(分析纯)、硫酸亚铁铵(分析纯)、试亚铁灵(分析纯)。
仪器:754型紫外可见分光光度计,gg-4B型六联电动搅拌器,SHA-C型水浴恒温摇床,HR-120型电子分析天平,冷凝回流装置,250m L锥形瓶若干,250m L烧杯若干,酸式滴定管。
1.3 实验方法
COD的测定:快速测定法[2]。氨氮的测定:纳氏试剂比色法[3]。p H值的测定:p HS-3C型p H精密仪器测量。
去除率的计算:在不同条件下加入絮凝剂对垃圾渗滤液进行处理,再用快速法测定处理前后的COD,计算COD去除率。
2 结果与讨论
2.1 投加量对COD去除率的影响
取100m L垃圾渗滤液6份分别置于6个烧杯中,调节p H均为6,分别加入2、4、6、8、10、12m L的0.2g·m L-1的硫酸铝絮凝剂,在室温下电动搅拌反应10min后,静置30min,再取上清液测定其COD值,得出硫酸铝絮凝剂的用量与COD去除率的关系如图1所示。
由图1可以看出,当硫酸铝用量小于8m L时,随着硫酸铝用量的增加,垃圾渗滤液的COD去除率逐渐增大;当硫酸铝用量为8m L时,COD的去除率达到最大值75.8%;当硫酸铝用量超过8m L时,COD的去除率逐渐降低,且静置30 min后未见清晰的分层界面,絮凝体仍浮在水面上。因此,通过考察COD去除率,确定硫酸铝的适宜用量为8m L,即硫酸铝作为絮凝剂处理垃圾渗滤液的最佳投加量为16g·L-1。
2.2 搅拌时间对COD去除率的影响
取100m L垃圾渗滤液4份分别置于4个烧杯中,调节p H均为6,分别加入8m L的0.2g·m L-1的硫酸铝絮凝剂,室温下分别电动搅拌5min、15min、30min、45min后,静置30min,再取上清液测定其COD值,得出搅拌时间与COD的去除率的关系如图2所示。
由图2可以看出,垃圾渗滤液的COD去除率随着搅拌时间延长而增加,且在搅拌时间为15min时COD去除率达到最大值68.7%,之后COD去除率基本不随搅拌时间延长而增大。因此,确定最佳搅拌时间为15min。
2.3 p H对COD去除率的影响
取100m L垃圾渗滤液3份分别置于3个烧杯中,室温下将其p H分别调节到3、6、9,然后分别加入8m L硫酸铝(0.2g·m L-1)絮凝剂,电动搅拌15min后,静置30min,再取上清液测定其COD值,得出p H与COD的去除率的关系如图3所示。
由图3可以看出,垃圾渗滤液在絮凝过程中p H值对其COD去除率有较大的影响。当溶液p H值在3.0~6.0范围时,随着溶液p H值的升高,渗滤液的COD去除率呈上升趋势;当p H=6.0时,其COD去除率达到69.7%;当p H>6.0时,渗滤液的COD去除率呈下降趋势。由于Al3+水解产物随着溶液p H的不同而变化:当p H≤4.0时,主要以未水解的水合铝离子形式存在,随着p H的提高,铝离子的水解产物依次为单羟基配合物、多单羟基配合物或聚合物、氢氧化铝沉淀物,这些水解产物的混凝机理不相同[4~6],因此,p H对最终处理效果影响较大,造成COD去除率曲线阶段性变化。操作中选择p H在6.0左右比较合适。
2.4 反应温度对COD去除率的影响
取100m L垃圾渗滤液4份分别置于4个烧杯中,调节p H均为6,各加入8m L的0.2g·m L-1的硫酸铝絮凝剂,分别在温度为20、30、40、50℃搅拌15min后,静置30min,取上清液测定其COD值,得出反应温度与COD去除率的关系如图4所示。
由图4可以看出,垃圾渗滤液在絮凝过程中反应温度对其COD去除率有较大的影响。当温度低于40℃时,COD的去除率随着温度的升高而明显增大;当温度达到40℃时,COD的去除率达到最大值79.8%;而当温度超过40℃时,COD的去除率随着温度的升高而逐渐下降。因此,通过考察COD去除率,确定最佳反应温度为40℃。
3 小结
实验研究发现以硫酸铝作为絮凝剂对垃圾渗滤液进行预处理不但成本较低、操作简单、容易控制,而且对色度和COD的去除有很好的效果。其最佳反应条件为:p H为6,温度为40℃,搅拌时间为15min,投加量为16g·L-1,此时色度明显减弱,COD的去除率可达79.8%。
参考文献
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废酸液制备复合絮凝剂及性能研究 篇4
废酸液制备复合絮凝剂及性能研究
简述了废酸液制备复合絮凝剂的方法,并应用于印染废水的处理,考察了硅酸活化时间和pH值、硅酸与废酸液的`比例、熟化时间、水样酸度、絮凝剂投加量等条件对絮凝效果的影响.试验结果表明,复合絮凝剂的制备工艺简便,且以废液为主要原料,成本低,达到变废为宝的目的.对印染废水浊度和COD的去除率均达到95%以上,且适应的pH值范围大, 絮凝速度快,效果好等优点.
作 者： 作者单位： 刊 名：昆明理工大学学报（理工版） ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF KUNMING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY（SCIENCE AND TECHNOLOGY） 年，卷(期)： 30(5) 分类号：X781.5 关键词：废酸液 复合絮凝剂 印染废水 废水处理 聚硅酸盐锌系无机高分子絮凝剂的研究进展 篇5
1 应用研究
无机高分子絮凝剂具有絮凝效果好,价格低廉的优点,在美国、日本、西欧等国家生产已经达到工业化和规模化。聚铝类和聚铁类高分子絮凝剂目前研究较少,复合型和硅酸盐金属类高分子絮凝剂成为研究热点,其中含锌化合物是一个重要方向。
杜杰、张诚等在聚硅酸铁的基础上引入改性剂硫酸锌和稳定助剂四硼酸钠制备了新型絮凝剂含硼聚硅酸硫酸铁锌絮凝剂(PSFZB),并将PAC、PFC和PSFZB应用于造纸废水,比较了它们的絮凝效果,结果表明,PSFZB絮凝剂对造纸废水有优异的除浊、脱色和除COD性能,比传统的无机絮凝剂PAC、PFC要好得多[4]。刘和清、汪凤珍等人,在聚硅酸溶液中加入适量的Zn2+离子,获得一种新型的无机高分子絮凝剂聚硅酸锌絮凝剂(PSAZ)。并用聚硅酸锌絮凝剂(PSAZ)与铝系列絮凝剂处理相同的浑浊水样,结果表明,当絮凝剂用量相同时,其相对吸光度(Ar)远远低于铝系列絮凝剂,具有用量少,沉降速度快,絮凝效率高等优点。刘和清、袁天佑等将聚硅酸锌絮凝剂应用在制糖工业、饮用水处理和工业废水上,证明该絮凝剂具有絮凝沉降快,澄清效果好,沉淀物含水率低,处理费用低等优点,可用作饮用水净水剂,甘蔗制糖澄清剂以及制革、淀粉、造纸、发电等工业废水的水处理剂。在pH=8～12的范围内,絮凝效果优于传统的铝系、铁系两类絮凝剂。
制糖工业:在某亚硫酸法糖厂中,用聚硅酸锌絮凝剂代替磷酸进行混合汁清净处理,具有优良的澄清效果。实验表明,在甘蔗混合汁中加入蔗汁比0.02%～0.03%重量的聚硅酸锌溶液,硫熏强度1.5 g·dm-3,中和pH=6.8～7.0,再经二次加热,沉降出来的清汁,起重力纯度提高1.5%～2.0%,电导灰分下降0.5%～1.0%,整体清净效率提高10%左右。此外,泥质颗粒粗大结实,体积减少近1/3,有效减少了糖份损失。预估每万t甘蔗新增效益达15～20万元。
饮用水处理中,聚硅酸锌絮凝剂的除浊率高于碱式氯化铝,水中溶解性总固体的含量也显著提高。同时,由于絮凝颗粒大,沉降快,污泥含水率低,有利于后续污泥的分离,适合于快速沉降器的使用。从水处理成本比较,聚硅酸锌与碱式氯化铝持平略低。
工业废水上,用聚硅酸锌处理某制革厂废水,COD去除率达80%以上,浊度去除率达99%,分别比聚合硫酸铁高6%和9%以上。而且用聚硅酸锌处理后水质澄清,色泽淡黄至无色,可以回用。在某电厂冲灰水处理中,在700度浊度的电厂废水中加入聚锌盐絮凝剂0.2‰,其去浊率达到98%以上[5,6,7,8]。李昌花、陈斌等以工业水玻璃为主要原料制备了新型无机高分子絮凝剂硅钙复合型氯化铝镁锌(SCPAMZC),并对其性能进行了研究。研究结果表明,SCPAMZC絮凝剂的最佳制备条件为:活化pH值为2～4,Mg/Zn和Ca/Zn为1,SiO2/Al为1/0.7,Mg/SiO2为0.3。经过SCPAMZC处理的印染废水,脱色率达到95%,脱色效果优于PASS和PAC絮凝剂;用于生活污水处理,COD去除率达87%,而且处理过程中形成的矾花粗大密实,沉降速度快[9]。谭承德、刘和清等人通过研究聚硅酸锌(PSAZ)絮凝剂在甘蔗澄清过程中阻力系数的变化,筛选出不同的pH值,不同的硫熏强度和不同的絮凝剂用量等实验条件下的最佳工艺条件,以探讨聚硅酸锌絮凝剂对甘蔗澄清过程中过滤的性能。研究结果表明,聚硅酸锌絮凝剂具有价格低廉,操作简便且好过滤的良好特点[10]。范文玉、仇兴华等人以硅酸钠、硫酸锌、硫酸铝为原料制备聚硅酸硫酸铝锌絮凝剂,并研究了聚硅酸硫酸铝锌絮凝剂的絮凝性能和对不同废水的处理效果,结果表明对于不同种类废水均有很好的除浊效果和令人满意的COD去除率[11]。卢政明采用向聚硅酸溶液中引入金属离子的方法制备了聚硅酸锌(PSAZ)与聚硅酸铝(PSAA)2种聚硅酸盐类无机高分子絮凝剂[12]。许巍在一定浓度的硅酸钠溶液(按SiO2计)中同时引入铁、锌2种金属离子,在酸性条件下聚合,制备了新型水处理药剂聚硅酸硫酸铁锌(PFZSS)。并通过比较PFZSS与聚硅酸硫酸铁铝(PFASS)、聚硅酸硫酸铁(PFSS)、聚硅酸硫酸铝(PASS)、聚硅酸硫酸锌(PZSS)等药剂的絮凝效果、脱色效果、除油效果和聚硅酸硫酸铁锌处理餐饮废水应用实验,得出结论:PFZSS不仅具有吸附架桥和静电中和作用,还能同时发挥铁、锌絮凝剂的优点,而且主要生产原料铁盐和锌盐来源广泛、价格低廉,具有很大的发展潜能[13]。杜杰、张诚等制备了含硼聚硅酸硫酸铁锌复合絮凝剂(PSFZB),并研究了硅酸钠溶液浓度、硅酸聚合时间、Fe/Si、Zn/Si、B/Si等因素对絮凝效果的影响,通过正交试验确定最佳制备工艺条件。试验结果表明,研制的PSFZB絮凝剂具有很好的稳定性和较佳的处理效果,适用的pH范围广,是一种较PAC、PFC优良的絮凝剂[14]。郑敏通过向聚硅酸铁絮凝剂中加乙酸锌、硫酸锌、硝酸锌和氯化锌来考察它们对无机高分子絮凝剂的影响,得出结论:4种锌盐中,乙酸锌对PFSS的絮凝性能影响效果较好,硫酸锌次之,硝酸锌和氯化锌的使用效果最次。而乙酸锌和硫酸锌联合使用对PFSS絮凝性能影响效果最好[15]。甘莉、孟召平采用在高模数水玻璃溶液中加入酸的方法制备PS,再在PS中引入适量的金属离子M(Zn、Fe)得到无机高分子絮凝剂PZFSiC。研究结果表明,PZFSiC保留了PS、Zn、Fe各自的优点,处理效果优于常规药剂,除浊率高达98%,COD去除率达93%,残余浊度已经符合国家出水水质标准。在PZFSiC中Zn和Fe都有较好的吸附电中和、粘结架桥和卷扫作用,絮凝体中Fe的比例过小时,Zn发挥较大作用;Zn比例过大时,Fe发挥较大作用,絮凝效果均很好。但必须包含Fe以加快沉降速度,同时Fe不能过大,否则会使絮凝出水颜色加深。当PZFSiC中Zn和Fe物质的量比恰当时,协同作用达到最佳,絮凝效果最好[16,17]。
卢秋晓、黎莉研究了一种多功能复合锌系絮凝剂,其净水效果好,功能多,成本低,适用范围广,无毒害污染,无腐蚀氧化,储存稳定长久,有效成分可以任意调节到较高浓度。而且该絮凝剂制作简单,与高效脱色剂联合使用,能更好地处理印染废水,且COD去除率高[8]。刘小兵用无机锌盐、无机酸化剂、聚丙烯酰胺、稳定剂和水制备了一种多功能复合絮凝剂。该絮凝剂效果好,适用废水范围广,无毒副作用,而且能大幅度降低废水处理成本,出水达国家排放标准[19]。杨骛远、钱锦文等制备了一种有机-无机离子型杂化高效絮凝剂,其原料组成质量分数为:氢氧化物胶体0.5%～15%;丙烯酰胺50%～95%;阳离子型单体0～45%。所述氢氧化物胶体包括:氢氧化铝、氢氧化铁、氢氧化镁、氢氧化锌,其胶体粒径为10～200 nm。所述阳离子型单体包括:N,N-二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC)或(甲基)丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DMC)。通过无机、有机间的离子键合在带电荷的无机胶体微粒表面原位聚合形成丙烯酰胺/阳离子单体共聚物制备有机-无机杂化高效絮凝剂,充分发挥无机絮凝剂的电中和及有机高分子的架桥作用,使其药效能协同发挥,形成的絮体大而密实,絮体抗剪切性好,沉降速度快,其絮凝效率显著提高,可减小药剂的投放量,大幅度降低废水处理的成本,出水达到国家排放标准[20,21]。沈荣明、金新华以硅酸钠、稀硫酸、硫酸铝和硫酸锌为原料制备一种新型无机高分子絮凝剂——聚硅酸铝锌(PSAZ),并实验了混凝除浊性能和对印染废水的处理效果。结果表明,PSAZ具有良好的混凝脱色能力,而且原料易得,合成方便,用于处理印染废水,pH适用范围广,用量少,混凝效果好[22]。谭正德、龙有前等研制出一种锌系复合絮凝剂,该絮凝剂净水效果好,成本低,无毒害,无污染,无腐蚀性,储存稳定长久,有效成分可以任意调节,能自然降解[23]。
2 絮凝基础理论研究
随着现代科学技术的不断进步,以及众多实验分析手段的运用,在锌系无机高分子絮凝剂的絮凝基础理论研究领域,研究人员取得了一些进展。
从絮凝机理分析,锌系絮凝剂具有良好的絮凝效果归根于它的链网状结构,在混凝过程中除了能形成吸附作用较强的Zn(OH)2及多核羟基配合物外,还可同时发生电中和、吸附架桥和网捕3种功能,并且由于金属盐、稳定助剂和聚硅酸的吸附络合作用,具有较好的稳定性。单纯的聚硅酸铝絮凝剂形成的链状结构不明显,在铝硅比较小的情况下溶液中出现的多为大小不等的球形颗粒,但Zn2+的加入有助于形成链网状结构,使絮凝剂在絮凝过程中产生良好的絮凝吸附特性以及大分子的桥联卷扫作用[11]。刘和清、袁天佑等通过透射电镜观察聚硅酸锌的结果表明:聚硅酸锌是一种层状、链网状结构,它不同于聚硅酸和含三价铝盐的聚硅酸铝絮凝剂。后者呈现为球形立体网格机构。两者结构上的差异导致两者絮凝效果明显不同,前者以吸附桥联卷扫包裹为主,效果优于后者;后者以吸附为主,效果不如前者[24,24]。
从絮凝热力学角度研究,为探讨混凝过程的热力学机理,卢政明采用具有恒温环境的溶解—反应量热计SRC-100测定了298 K时聚硅酸锌与聚硅酸铝在处理膨润土配制成的悬浮水样的混凝焓变及本身在水溶液中的稀释焓变,计算出了絮凝剂与胶体悬浮颗粒的相互作用能。结果表明混凝焓变是一个很小的负值,在处理100 mL浊度水样时其焓变在5 J范围内,相互作用能一般为正值。并采用均匀设计法分析了各个因素对焓变的影响及本身可能存在的交互作用,并且认为:胶体悬浮颗粒与絮凝剂分子相互作用直接生成絮凝体沉降下来,这是一个化学反应过程。
从絮凝形态学角度,高立新、陈权等以聚硅酸(PS)、硫酸锌为原料制备了系列无机高分子絮凝剂PSZn,并通过测定其电荷特性,和采用Mo-Si逐时络合比色法,分析了Zn2+对聚硅酸(PSA)形态分布的影响,并得出结论:PSZn中Si是有效絮凝成分,适量引入Zn2+对絮凝剂的相对分子质量影响不大,主要影响的是3种硅的形态分布[25]。杜杰、张诚等对聚铁PFC、聚硅酸PSA和含硼聚硅酸硫酸铁锌PSFZB进行电泳实验,通过确定电动电位,并用X射线衍射仪对PSFZB进行衍射分析,得出结论:PSFZB絮凝剂并非简单的共混物,而是B、Fe3+、Zn2+与聚硅酸共同形成了无定形聚合物。而且在熟化过程中进行了结构调整,锌离子与聚硅酸进行络合,使硅酸具有独特的网状结构,生成的聚硅酸颗粒能更好地发挥吸附架桥、网捕作用。铁盐加入水中后,进行水解-聚合反应,生成一系列多核羟基络离子,这些络离子带有正电荷,对水中带负电荷的胶体和悬浮物具有吸附和电中和作用。两种作用的相互配合,提高了PSFZB的絮凝性能。刘和清、汪美凤等通过扫描电镜技术观察了聚硅酸锌(PSAZ)和聚硅酸铝(PSAA)的凝胶结构特征,得出结论:聚硅酸锌絮凝剂的电镜特征是一种网状、层状结构,并随着金属离子与二氧化硅摩尔比的增加,在一定范围内,Zn2+与聚硅酸聚合成链网状结构的倾向增强[26]。
3 结论与展望
以上文献表明,现在我国的锌系无机高分子絮凝剂研究主要集中在对聚硅酸类絮凝剂的研究,研究类别还比较单一。而我们知道,多种金属离子(Al3+、Fe3+、Zn2+、Mg2+等)的参与聚合,可以使多元聚合物除具有单元无机高分子絮凝剂的共同优点外,因异核金属离子的交错排列,能形成更长、更稳定的分子链,包裹吸附更多的溶胶粒子。伴随着经济发展和人们对良好环境的渴求,开发高效低毒多功能絮凝剂势在必行。开发多种金属离子的锌系无机复合高分子絮凝剂,将成为一个新的开发领域。
无机复合絮凝剂 篇6
1试验部分
1. 1试验泥样
本试验所采用泥样取自南京某污水处理厂二沉池剩余污泥,其含水率97. 3% ~ 98. 1% ,污泥比阻0. 68 ~ 0. 83 × 109s2/ g,p H介于6. 85 ~ 7. 12范围。 为了避免污泥理化性质随时间的变化而影响试验数据的可靠性,所有试验均在两天内完成。
1. 2药剂
试验过程选用的干粉型阳离子型聚丙烯酰胺CPAM,分子量1 200万,阳离子度20% ,污泥调质试验过程中配制浓度为0. 1 g /L。聚合硫酸铁PFS( 有效Fe含量11. 0% ,ρ20 ℃= 1. 46 g / cm3) 、聚合氯化铝( 有效Al2O3含量10. 0% ,ρ20 ℃= 1. 23 g / cm3) 。
1. 3试验方法
1. 3. 1污泥调质试验
采用ZR4 - 6六联搅拌机进行污泥调质试验, 取500 m L混合均匀的污泥于杯中,启动搅拌机,按试验设计迅速加入一定量的浓度为0. 1 g/L CPAM,反应初期以200 r/min快速搅拌2 min,随后以50 r/min慢速搅拌10 min,最后静置30 min。
CPAM及PFS、PAC组合试验过程中,调整投加药剂的浓度及投加量,参照上述步骤进行实验。
1. 3. 2泥饼含水率的测定
采用布氏漏斗进行抽滤,在0. 04 Mpa的压力下抽滤3 min,取下湿污泥及滤纸,通过MA - 35快速水分测定仪测定污泥含水率。
1. 3. 3过滤速度及污泥比阻的测定
取60 mm中速滤纸若干,将滤纸润湿后放入布氏漏斗,漏斗下接100 m L量筒,将加药后混合均匀的污泥倒入布氏漏斗,重力过滤1 min,记下滤液量后,在0. 04 Mpa抽滤3 min,每隔10 s( 滤速减慢后每隔30 s) ,记下计量筒内相应的滤液体积。
μ—滤出液的动力粘度,N·s / m2;
P—过滤压力,N / m2,即为真空表的读数;
A—过滤面积,m2,即以布氏漏斗内径为直径的圆的面积;
b—比阻测定中的斜率,由坐标值可以计算出, s / m6;
c—单位体积滤出液所得滤饼干重,kg / m3,即抽滤后的泥饼干重。
1. 3. 4污泥沉降性能测定
将处理后的污泥混合均匀,取100 m L倒入100 m L量筒中,搅拌均匀后,静置,每隔一段时间记录固液分界线读数,并将空白样( 原污泥) 作为对照。
2结果与讨论
絮凝剂能改善污泥脱水性能,在于改变污泥颗粒结构,破坏胶体稳定性。一些呈线型结构的絮凝剂在浓度较低时,吸附在颗粒表面上的高分子长链可以同时吸附在另一颗粒的表面上,通过“架桥”方式将两个或更多的颗粒连在一起,使颗粒逐渐结大, 从而导致絮凝［5］。试验设计投加CPAM,PAC或PFS与CPAM组合方式对污泥进行调质,其含水率、 1 min滤液量和污泥比阻的变化如图1所示。
2. 1含水率
污泥含水率是表征污泥脱水性能的主要指标之一,如图1 - A所示,使用CPAM后泥饼经过抽滤后含水率随其投加量的增加而持续减小。投加10 mg/L时,污泥含水率为82. 55% ,较原污泥经抽滤后含水率84. 85% ,降幅为2. 7% 。虽然随着CPAM投加量的增加,污泥含水率下降,但CPAM价格相对较贵, 投加过多CPAM势必造成投加性价比大幅下降。试验结果表明,投加CPAM 10 mg /L已经对污泥含水率有了很大的改善,考虑到技术经济因素,所以单纯增加CPAM投加量,降低污泥含水率的意义不大。 因此,结合后续试验结果,如污泥比阻等因素,确定CPAM 10 mg / L为适宜投加量。
PAC与CPAM联用使污泥含水率有明显下降, 投加15. 4 mg /L PAC + 10 mg /L CPAM时,污泥含水率降至81. 35% ,原污泥经抽滤后含水率为84. 29% ,降幅为3. 6% ,高于单一投加10 mg / L CPAM时的降幅。当投加量为76 . 9 mg / L PAC + 10 mg / L CPAM时,含水率最低为78. 99% ,降幅为6. 4% 。
PFS与CPAM联用同样使污泥含水率下降趋势明显,投加20. 1 mg /L PFS + 10 mg /L CPAM时, 污泥含水率降至81. 15% ,降幅为3% ,也高于单一投加10 mg /L CPAM时的降幅。当投加量为80. 5 mg / L PFS + 10 mg / L CPAM时含水率最低为78. 60% ,降幅为6% 。
由图1 - A可以看出,混合投加15. 4 mg /L PAC + 10 mg / L CPAM和20. 1 mg / L PFS + 10 mg / L CPAM ,与单独CPAM投加量2 0 ~ 3 0 mg / L时, 含水率差异不大。 据市场调查,本实验所用CPAM售价约38 000元/ 吨、PAC约660元/ 吨、PFS约500元/吨。从技术经济角度考虑,PAC或PFS与CPAM联用在保证污泥脱水性能得到明显改善的前提下,实现了污泥处理成本的有效控制。
试验结果表明,在CPAM投加的基础上,PAC或PFS的引入,明显改善污泥脱水的性能。一般地,无机絮凝剂主要起电中和、压缩双电层作用,从而使胶体脱稳［6 － 7］,本实验中采用的PAC或PFS在水解过程中产生Al( OH)2 +、Al( OH)2+、Fe( OH)2 +、 Fe( OH)2+等水解羟基离子,这些带正电荷的水解产物与污泥中带负电荷的胶体颗粒发生电中和、压缩双电层,完成污泥颗粒的胶体脱稳过程。有机高分子絮凝剂有较好的吸附架桥功能,实现固液分离［8］, 本实验中采用阳离子型的CPAM,由于其分子链中含有一定量极性基团能吸附悬浮的污泥颗粒,使已脱稳的凝聚颗粒迅速形成大的絮体,加速污泥颗粒的沉降。这种组合投加方式充分发挥了两类絮凝剂各自的主要功能,污泥脱水效果较好。袁亮君等［9］研究认为单独使用无机絮凝剂能加强絮体结构,但形成絮体较小,需要较多的药剂; 单独使用有机絮凝剂能形成较大的絮体,用药量小,但是絮体强度不够; 结合两种絮凝剂使用后,不仅能形成大而坚固的絮体,而且用药量比单独使用一种絮凝剂时减少,污泥的脱水效果更好。吴玲［10］认为无机絮凝剂联合有机絮凝剂能进一步改善活性污泥脱水性能,PAC + PAM联合调理时,活性污泥的各项指标( 包括含水率和污泥比阻SRF) 都优于调理剂单独使用时。
2. 2过滤性能
为适应实际工程应用需要,试验设计采用重力过滤1 min得到的滤液量来考察污泥的过滤性能。 3种投加方式得到的滤液量如图1 - B所示,试验结果发现,其基本趋势表现为投加量越大,得到的滤液量越多; 但是单独投加CPAM得到的滤液量比PAC或PFS联用后的滤液量多。原细小的污泥颗粒相互凝结为体积较大的颗粒,颗粒之间空隙变大,污泥整体变得疏松,这样有利于脱除污泥中的间隙水和游离水,再经过加压抽滤后,污泥表面吸附水、内部结合水和毛细管结合水也可得到部分脱除。单独投加CPAM时污泥形成的絮体密实,在重力过滤时下层液体能很快排出,滤液量多; PAC或PFS与CPAM联用调理后的污泥形成的滤饼更易通过滤液,含水率和污泥比阻更低。
2. 3污泥比阻
污泥比阻是表示污泥脱水性能的综合指标,污泥比阻愈大,脱水性能愈差,反之,则脱水性能愈好。 比阻r > 1. 0 × 109s2/ g时为不易脱水的污泥,比阻r位于( 0. 5 ~ 0. 9) × 109s2/ g时为脱水性能中等的污泥,比阻r < 0. 5 × 109s2/ g时为较易脱水的污泥。 添加絮凝剂可以改善污泥的脱水性质,使污泥的比阻减小。
污泥比阻结果如图1 - C所示,原污泥比阻为0. 680 × 109s2/ g,经过投加CPAM、PAC或PFS与CPAM组合后,污泥比阻呈先下降再缓慢上升的趋势。投加10 mg /L CPAM时,污泥比阻最低为0. 387 × 109s2/ g。观察PAC或PFS与CPAM联用得到的污泥比阻情况,可以发现,投加30. 8 mg /L PAC + 10 mg / L CPAM,污泥比阻自0. 680 × 109s2/ g降至0. 261 × 109s2/ g; 投加40. 2 mg / L PFS + 10 mg / L CPAM,污泥比阻自0. 680 × 109s2/ g降至0. 269 × 109s2/ g; 这种PAC或PFS引入的投加方式有助于污泥比阻的降低,且形成的泥饼含固率较高,污泥的脱水性能得到显著改善。
2. 4沉降性能
从图2可以看到原污泥的沉降性能较差,沉降1 h污泥体积为95 m L。在投加CPAM后,污泥沉降性能明显改善,并且随着投加量的增大,沉降性能越理想。当CPAM投加量为40 mg /L时,污泥体积最小,沉降1h污泥体积为60 m L。CPAM投加量为10 mg /L时,沉降1 h污泥体积为91 m L,降幅为4. 21% 。投加PAC + CPAM组合后的污泥沉降性能如图3所示,投加15. 4 mg /L PAC + 10 mg /L CPAM时,沉降1 h污泥体积为96 m L,降幅为1. 03% 。投加PFS + CPAM组合后的污泥沉降性能如图4所示,投加20. 1 mg /L PFS + 10 mg /L CPAM时,沉降1 h污泥体积为96 m L,降幅为1. 03% 。
试验结果表明,PAC或PFS与CPAM联用后, 污泥沉降性能不如单独投加CPAM,这与之前含水率与污泥比阻的趋势不符。王鑫［11］研究认为沉降是一种污泥絮体利用自身重力克服浮力排开下层液体的过程,而真空抽滤是一种污泥中的液体通过不断密实的滤饼,克服滤饼的阻力的过程。前者效果好坏在于絮体的密度等,后者效果好坏在于滤饼的形成快慢以及滤饼对滤液的阻力。污泥中的水分划分为自由水、间隙水、吸附水和结合水4种形态,但这种划分目前没有定量测定的方法,因此在大多数对水分的定量测定中,简单地将污泥中的水分划分为自由水和束缚水［12］。因此,单独投加CPAM时污泥的絮体更加密实,在沉降过程中容易把下层的液体排出,污泥中的自由水更容易脱除; 故PAC或PFS与CPAM联用调理后的污泥脱水性能得到改善,更多的束缚水在抽滤过程中得到部分脱除。
3结论
( 1) 选用阳离子型聚丙烯酰胺CPAM作为污泥调理剂,城市污水处理厂剩余污泥的含水率、污泥比阻及沉降性能均得到不同程度的改善。结合其处理污泥后的各项指标以及成本因素,故选10 mg /L CPAM为最佳投加量。
( 2) 固定CPAM投加量为10 mg /L,选用不同投加量的PAC、PFS与CPAM联用,对比最终的含水率和污泥比阻,联用的效果要优于单独投加CPAM。 投加30. 8 mg /L PAC + 10 mg /L CPAM,污泥比阻自0. 680 × 109s2/ g降至0. 261 × 109s2/ g,污泥含水率自98. 13% 降至80. 63% ; 投加40. 2 mg /L PFS + 10 mg / L CPAM,污泥比阻自0. 680 × 109s2/ g降至0. 269 × 109s2/ g; 污泥含水率自98. 13% 降至79. 71% 。
摘要：以南京地区某城镇污水处理厂剩余污泥为处理对象,通过测定污泥含水率、过滤性能、污泥比阻及沉降性能等,研究投加不同剂量阳离子聚丙烯酰胺CPAM,及聚合氯化铝PAC或聚合硫酸铁PFS与CPAM联用条件下,实现改善污泥脱水性能的目的。试验结果表明:单独投加CPAM污泥脱水性能得到明显改善,投加量为10 mg/L,污泥比阻自0.680×109s2/g降至0.387×109s2/g;污泥含水率自98.13%降至82.55%;投加30.8 mg/L PAC+10 mg/L CPAM或40.2 mg/L PFS+10 mg/L CPAM,污泥比阻分别降至0.261×109s2/g、0.269×10s 2/g,污泥含水率分别降至80.63%和79.71%。
关键词：污泥脱水,阳离子聚丙烯酰胺,无机混凝剂,含水率,污泥比阻
参考文献
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复合絮凝剂速溶技术研究 篇7
本文以HPAM成品为主原料, 研究与HPAM分子官能团具有相似结构的有机、无机助溶剂配方, 在溶解过程中, 低分子助溶剂渗入高分子HPAM结构中, 通过“同性排斥”原理, 提高HPAM高分子链的伸展速度, 来提高阴离子HPAM成品的溶解速度。
1 实验
1.1 原料及仪器
阴离子聚丙烯酰胺, 爱森 (中国) 絮凝剂有限公司;多元羧酸, 苏州锦联化工有限公司;一元羧酸盐, 嘉兴市昌利化工有限公司;弱酸钠盐, 山东海化股份有限公司;硫酸铜, 分析纯试剂。
JJ-4六联同步电动搅拌器, 金坛市白塔金昌试验仪器厂;JH3101电子精密天枰, 上海仪田精密仪器有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 制备方法
将阴离子型聚丙烯酰胺、多元羧酸、一元羧酸盐、弱酸钠盐按顺序加入到烧杯中, 常温下搅拌分散, 复合过程30min, 制成速溶型复合絮凝剂干粉。
1.2.2 溶解速度测定
向100m L水中加入3g无水Cu SO4, 搅拌均匀配置成3%的蓝色溶解液。HPAM0.06g为主料, 添加不同助剂混合均匀, 配总重量为0.1g, 添加100m L溶解液配置成1‰溶液。 (配方8#为空白样, 未添加助剂, 主料重量与其他样本相同为0.6g, 以做对比, 加入100m L溶解液配置成0.6‰的溶液。) 各配方均用3%硫酸铜溶解液配置为100m L, 观察复配物颗粒在蓝色溶解液中的溶解状态, 当复配物颗粒在有色溶剂中完全透明为未溶解状态, 当颗粒内部开始发生染色情况时为溶胀状态, 完全染色至分散于溶剂中为溶解状态[7]。
1.2.3 废水处理
取不同类型废水, 分别用普通HPAM絮凝剂和速溶型复合絮凝剂进行絮凝处理, 各种配方 (见表3) 均用去离子水配置成100m L0.1%浓度的溶液, 测量其700nm波长的透光率、絮凝体沉降高度、沉降时间数据, 比较絮凝效果。
2 结果与讨论
2.1 助溶剂类型对于HPAM溶解速度的影响
选取水解度10%-20%, 分子量800-1800万HPAM为主原料, 添加不同助剂类型, 比较溶解速度, 见表1。
由表1得出溶解速度为:配方1#>配方7#>配方5#>配方4#>配方3#>配方2#>配方8#>配方6#。结果表明:三种助剂同时添加具有协同作用, 对溶解的促进作用可以达到最大, 单独添加多元羧酸与单独添加一元羧酸盐效果基本相同, 原因为两种物质作用机理相似, 都是通过静电排斥作用加快溶解速度, 而一元羧酸盐由于分子较小, 能够更快的渗透入高分子絮凝剂分子链中, 效果相对明显;而弱酸钠盐作用为调节加入助溶剂 (多元羧酸、一元羧酸盐) 之后的p H值, 单独加入的话会使整个分散系统偏碱性, 会抑制分子链的溶胀伸展, 与其他两种助溶剂同时添加, 由于弱酸钠盐的水解会促进多元羧酸的电离, 所以会使三种物质的协同作用最大化。
2.2 助溶剂对于不同指标HPAM溶解速度的影响
选取不同指标HPAM作为主原料, 考察相同助溶剂对不同指标HPAM溶解速度的影响, 见表2。结果表明, 助溶剂对水解度越高的HPAM助溶效果越明显, 原因是水解度高的HPAM分子链上官能团较多, 分子间排斥力较大, 对低水解度的HPAM助溶效果略差, 但同时水解度越高的HPAM分子量越大, 分子链伸展溶胀速度较慢, 总体表现结果为对水解度20%-30%的HPAM助溶效果最佳。
2.3 助溶剂对于HPAM絮凝剂应用效果的影响
取不同类型洗煤、选矿废水, 分别用普通HPAM絮凝剂和速溶型复合絮凝剂进行絮凝处理, 结果见表3。
结果表明, 速溶型复合絮凝剂的絮凝效果与普通HPAM絮凝剂絮凝效果相比, 沉降速度快, 分离液透光率大, 澄清度高, 形成絮凝体高度低, 絮体紧实, 总体絮凝效果优于HPAM絮凝剂。
3 结论
一元羧酸盐、多元羧酸、弱酸钠盐三种助溶剂同时添加具有协同作用, 对HPAM助溶效果最佳。助溶剂对不同指标HPAM均具有助溶效果, 对20%-30%水解度HPAM助溶效果尤为明显。速溶型复合絮凝剂在处理洗煤、选矿行业废水上, 絮凝效果优于HPAM絮凝剂。
参考文献
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无机复合絮凝剂 篇8
本文以玉米淀粉、硫酸铝和硫酸亚铁为原料,制备铁铝基淀粉复合絮凝剂,通过单因素试验考察制备工艺对絮凝剂性能的影响,结合正交试验确定最佳的制备工艺条件。
1 实验部分
1. 1 试剂与仪器
玉米淀粉,南京甘汁园糖业有限公司; 氢氧化钠( 分析纯) ,西陇化工股份有限公司; 硫酸铝( 分析纯) ,天津市福晨化学试剂厂; 七水合硫酸亚铁( 分析纯) ,广东光华科技股份有限公司; 硫酸( 分析纯) ,西陇化工股份有限公司; 高岭土( 化学纯) ,国药集团化学试剂有限公司。
AR224CN型电子天平,奥豪斯仪器上海有限公司; HH型电热恒温水浴锅,上海博讯实业有限公司医疗设备厂; JJ-1精密增力电动测速搅拌器,山东省菏泽市祥龙电子科技有限公司; FG2-便携式p H计,梅特勒-托利多仪器上海有限公司WGZ-2000 浊度计,上海昕瑞仪器仪表有限公司。
1. 2 实验方法
1. 2. 1 铁铝基淀粉复合絮凝剂的制备
用电子分析天平准确称取30 g的玉米淀粉溶解于120 m L去离子水中,并将溶液倒入三口烧瓶内,再在50 ℃ 水浴中按Na OH / 淀粉( 质量比) = 1 ∶10 缓慢匀速加入Na OH溶液,搅拌反应1 h,得到改性淀粉溶液。采用硫酸溶液调节改性淀粉溶液p H到一定值2,然后往改性淀粉溶液中依次加入20 m L0. 5 mol / L Al2( SO4)3溶液与8 m L 0. 5 mol/L Fe SO4溶液,维持p H不变,于50 ℃ 恒温水浴锅中反应4 h,冷却后得到复合絮凝剂溶液。
1. 2. 2 浊度去除率的测定
实验室自制一定浓度的高岭土悬浮液。取两份400 m L该悬浮液于两个烧杯中,往其中1 烧杯中滴加4 滴所制备的复合絮凝剂溶液滴,先快速搅拌3 min,再慢速搅拌3 min,静止10 min。分别取未加絮凝剂的高岭土悬浮液和加了絮凝剂的溶液上层清液测定其浊度,其浊度分别定义为初始浊度和剩余浊度。每组试验均进行3 次平行测定,结果取均值。浊度去除率的计算公式为:
浊度去除率=( 剩余浊度-初始浊度) /初始浊度×100%
2 结果与分析
2. 1 单因素试验
2. 1. 1 淀粉加入量对浊度去除率的影响
保持反应时间4 h和反应温度50 ℃ 不变,分别称取1 g、1. 5 g、2 g、2. 5 g、3 g、3. 5 g淀粉按1. 2. 1 所示的铁铝基淀粉复合絮凝剂的制备工艺流程制备复合絮凝剂溶液样品。然后进行浊度测定,计算浊度去除率,结果如图1 所示。
图1 为淀粉加入量对浊度去除率的影响。由图可见,随着淀粉加入量的增加,模拟悬浮液浊度去除率迅速增大,当淀粉加入量为2 g时达到峰值,之后随淀粉加入量的继续增加,溶液浊度去除率逐渐下降。由此可见,最佳的淀粉加入量为2 g。
2. 1. 2 反应时间对浊度去除率的影响
保持淀粉加入量2. 5 g和反应温度50 ℃ 不变,将反应时间分别设为2 h、3 h、4 h、5 h、6 h,按1. 2. 1 所示的铁铝基淀粉复合絮凝剂的制备工艺流程制备复合絮凝剂溶液样品。然后进行浊度测定,计算浊度去除率,结果如图2 所示。
图2 为反应时间对浊度去除率的影响。由图可以看出,随着反应时间的增加,浊度去除率先逐渐增大,然后又逐渐减小,反应时间为4 h时达到最大值。这说明反应时间对复合絮凝剂的生成量有影响,进而影响其絮凝效果。最佳反应时间为4 h,此时复合絮凝剂的浊度去除率最大,可达到87% 。
2. 1. 3 反应温度对絮凝剂浊度去除率的影响
保持淀粉加入量2. 5 g和反应时间4 h不变,将反应温度分别设为30 ℃ 、45 ℃ 、60 ℃ 、75 ℃ 、90 ℃ ,按1. 2. 1 所示的铁铝基淀粉复合絮凝剂的制备工艺流程制备复合絮凝剂溶液样品。然后进行浊度测定,计算浊度去除率,结果如图2 所示。
图3 为反应温度对浊度去除率的影响。由图可见,随着反应温度升高,浊度去除率先增大后减小,也出现一个极大值,即温度为60 ℃ 。但也可看出温度对浊度去除率的影响相对较小,说明复合絮凝剂的制备温度适应性广。
2. 2 正交实验
为优化铁铝基淀粉复合絮凝剂的制备工艺条件,在单因素试验的基础上,设计L9( 33) 正交实验,进一步研究淀粉加入量、反应时间、反应温度等因素对改性淀粉絮凝剂浊度去除率的影响,优化样品制备工艺条件。确定淀粉加入量为A、反应时间为B、反应温度为C。正交实验因素水平如表1 所示。
正交实验结果如表2 所示。
由方差分析表可以看出因素B最不显著,因素A、C的F值比较接近,虽然A、C有影响但也没有表现出显著性,结合正交直观分析结果极差R值得大小可以看出各因素的作用主次顺序,即为淀粉加入量>反应时间>反应温度,这说明了在实验考察的范围内,淀粉的加入量对改性复合絮凝剂浊度去除率的影响最大,其次为反应时间,而反应温度对改性复合絮凝剂的浊水去除率的影响作用最小。根据正交分析结果可以知道,制备改性淀粉复合絮凝剂的最佳制备工艺条件为A1B2C3,即淀粉加入量为1. 5 g,反应时间为4 h,反应温度为70 ℃ 。
3 结论
本文采用淀粉作为原料,用氢氧化钠改性淀粉,得到改性淀粉溶液,再在酸性条件下,加入硫酸亚铁与硫酸铝,使得改性淀粉充分反应,交联,枝化,得到改性淀粉复合絮凝剂,以高岭土浊水的浊度去除率为标准,通过正交实验与极差分析,以及验证试验,确定了改性淀粉复合絮凝剂的最佳制备工艺条件为: 淀粉加入量1. 5 g,酸溶反应时间4 h,酸溶反应温度70 ℃ 。在该工艺条件下,高岭土浊水浊度去除率高达95% ,净水效果较好。
摘要：以玉米淀粉、硫酸铝和硫酸亚铁为原料制备铁铝基淀粉复合絮凝剂。以高岭土浊水的浊度去除率为评价指标,通过单因素试验考察了淀粉加入量、反应温度和反应时间对复合絮凝剂絮凝性能的影响。在此基础上,设计正交试验确定复合絮凝剂的最佳制备工艺。结果表明:淀粉用量为1.5 g,反应时间为4 h,反应温度为70℃时,絮凝性能最佳,浊度去除率达到95%。
无机复合絮凝剂 篇9
1 实验部分
1.1 仪器及试剂
722s型可见分光光度计( 上海精密科学仪器有限公司) ;乌氏粘度计 ( 沈阳市卫工玻璃仪器厂 );PHS-3C型酸度计 ( 上海雷磁仪器厂)。所用试剂均为市售分析纯。
1.2 PAC-CTS的制备
自制聚合氯化铝(PAC)[7]和壳聚糖(CTS)[8]。取100mL B值分别为1.0、1.5、2.0和2.5的PAC在强烈磁力搅拌的条件下,以0.2ml/min的速度缓慢加入不同量的壳聚糖乙酸溶液,搅拌至均匀,得不同碱化度(B)和不同壳聚糖含量(C)的透明复合絮凝剂产品。
1.3 模拟废水水样的配制
(1)模拟染料水样:
将1g的HT2095-Ⅱ湖兰和HT2095浓缩广告色曙红加入到1L水中。经过检测其最大吸收波长:湖蓝:λmax=400nm A=1.47;曙红:λmax=570nm A=1.84;
(2)金属合成水样:
Pb2+和Cu2+含量均为60mg/L的的合成水样。
1.4 絮凝性能测试
在烧杯中进行絮凝性能测试,量取500mL废水,将不同特性系数的PAC-CTS絮凝剂定量投放到其中,搅拌,静置5min沉淀分层,然后于液面下5cm处吸取5mL清液,测其和COD色度(按文献[9]方法测定).
2 结果与讨论
2.1复合絮凝剂PAC-CTS处理染料模拟水样的效果研究
2.1.1 絮凝剂投加量的不同对脱色效果的影响
采用复合絮凝剂PAC-CTS(B=2.0、C=1/5、ηCTS=800mpa. s)与PAC-CTS(B=2.0、C=1/10、ηCTS=800mpa. s)和絮凝剂PAC(B=2.0)对仿印染废水(含有湖蓝和曙红两种染料)进行脱色处理。絮凝剂PAC(B=2.0)、PAC-CTS(B=2.0、C=1/10、ηCTS=800mpa·s)和PAC-CTS(B=2.0、C=3/20、ηCTS=800mpa·s)投加的不同,其对水样的处理效果如图1和图2。
图1和图2结果表明,絮凝剂的投放量必须在一定的范围才能产生理想的效果,如聚合氯化铝PAC和复合絮凝剂PAC-CTS投放量小于10.0mg/L时,对水样的脱色效果都很差。当投加量达到20.0mg/L时,对于曙红色染料,复合絮凝剂PAC-CTS的脱色率达到了97%;投放量达到50.0mg/L时,对水样的脱色效果又有所下降,这点对于湖蓝燃料的脱色效果更加明显。从图中还可看出, 在较高投加量时,复合絮凝剂PAC-CTS和聚合氯化铝PAC两者对水样的的脱色效果都可达到95%,但在絮凝剂投放量较低时,与单一絮凝剂PAC相比,复合絮凝剂PAC-CTS对水样的脱色效果明显更好。对于相同浓度的曙红、湖蓝染料,对湖蓝色,复合絮凝剂的脱色效果要更好一些,如曙红染料和湖蓝燃料的最佳投加量分别为40.0mg/L和 30.0mg/L。
从絮体沉降的外观现象看,无机絮凝剂PAC沉降絮体的速度相对比较慢,同时絮体含量较多且絮体松散,经过处理后的上清液中含有少量悬浮物;而与之相比复合絮凝剂 PAC-CTS形成的絮体显得密实,同时沉降速度明显加快。这也许是由于复合絮凝剂中,无机絮凝剂中含有的壳聚糖中的酞胺基和多羟基之间存在着氢键作用,而在有机高分子絮凝剂上连接了很多羟基无机絮体,实现了无机-有机协同作用,因此大大加强了复合絮凝剂的絮凝能力。因此复合絮凝剂PAC-CTS对实验水样的脱色效果要比单一絮凝剂PAC更好。
2.1.2 PAC-CTS不同B值和C值对絮凝剂脱色效果的影响
在最佳投加量下,采用不同B值和C值的复合絮凝剂PAC-CTS(ηCTS=800mpa. S)对样液(含有曙红和湖蓝染料)进行处理,结果如图3和图4。
从图3和图4可知,随着碱化度B值的增大,复合絮凝剂对水样的脱色效果呈明显的增加趋势,B=1.0的复合絮凝剂对水样的脱色率可达到90%以上,B=1.5对水样的脱色率可达到95%以上,而当碱化度上升到2.0时,复合絮凝剂对水样的脱色率高达99%。当C值(壳聚糖含量)增加时,复合絮凝剂对水样的脱色效果呈增长趋势,但当C=1/5时,PAC-CTS对水样的的脱色效果却有所下降。而这种变化趋势对于湖蓝色染料更加明显。从絮体沉降的现象来看,碱化度较小时 (如B=1.0和B=l.5),沉絮体的沉降速度比较慢,同时絮体松散并伴有上浮现象,其清液中漂浮着少量的悬浮物。碱化度B为2.0的PAC-CTS对水样的脱色效果很好,其外观主要表现为絮体比较少,同时上清液透明澄清并且色度较低。而由图5可以看出,碱化度为2.0,C=1/10的复合絮凝剂对样液的絮凝效果是最佳的,对水样的脱色率高达99.5%。
2.2复合絮凝剂PAC-CTS对金属合成水样处理效果研究
采用复合絮凝剂PAC-CTS(B=2.0,C=1/10、ηCTS=800MPa·s)对含量均为60mg/L的Pb2+和Cu2+的合成水样进行处理,其结果见图5和图6。
2.2.1 废水pH值对PAC-CTS絮凝性能的影响
图5为不同pH值, PAC-CTS对Pb2+和Cu2+的金属合成水样的处理效果,其中复合絮凝剂的投加量为5mg/L时。
由图5可知,pH=8时,Cu2+的去除率最高为75%;当pH=7时Pb2+的去除率最高为71%。但溶液pH值过高时,其中的多数金属离子会被水解成为羟基络合物,从而影响到壳聚糖的吸附;而当溶液中的pH值过低时,氨基 (-NH2)被大量质子化成-NH3+,削弱了絮凝剂对氨基 (-NH2)的螯合作用,从而使吸附量降低。所以检测表明壳聚糖复合絮凝剂处理含有Cu2+和Pb2+的合成水样的pH 值应为6～8为最优。
2.2.2 不同复合絮凝剂投加量对废水絮凝效果的影响
图6为投加量不同,pH值=8时,PAC-CTS对Pb2+和Cu2+的金属合成水样的处理效果。
由图6可知,当废水pH=8,投加量为4mg/L时,对Cu2+的去除效果达到最优(去除率为84%),当投加量为5mg/L时,对Pb2+去除效果达到最优 (去除率为72%)。
3 结论
用聚合氯化铝与壳聚糖制备了复合絮凝剂PAC-CTS。并用其对模拟染料和合成废水进行了絮凝性能研究,絮凝剂在曙红染料和湖蓝染料的最佳投加量分别为40.0mg/L和30.0mg/L,当絮凝剂的碱化度为2.0,C=1/10时,其絮凝效果最佳,脱色率和COD均高达99%以上。在对金属废水的絮凝实验中,废水pH=8时,投加量为4mg/L时,Cu2+去除率为84%;当投加量为5mg/L时,Pb2+去除率为72%。 PAC-CTS充分发挥了无机-有机絮凝剂的协同作用,具有很高效的絮凝效果,且投药量低,具有良好的工业应用前景。
摘要：本研究制备了复合絮凝剂聚合氯化铝-壳聚糖(PAC-CTS),并用其对模拟染料和合成废水进行了絮凝研究。絮凝剂在曙红染料和湖蓝染料的最佳投放量分别为40.0mg/L和30.0mg/L,经过对比确定了絮凝剂的碱化度为2.0,C值为1/10时,其絮凝效果是最好的,脱色率和COD均高达99%以上。在对金属废水的絮凝中,固定的pH值下,絮凝剂投放量的不同会影响到不同金属离子的去除效果,例如废水pH=8,投加量为4mg/L时,Cu2+去除率为84%;当投加量为5mg/L时,Pb2+去除率为72%。
关键词：壳聚糖,聚合氯化铝,PAC-CTS,废水处理
参考文献
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