硫酸钾聚合物（精选8篇）
硫酸钾聚合物 篇1
1 硫酸钾聚合物钻井液体系概述
随着石油勘探开发能力的提高, 目前我国油田钻探的规模正不断扩大, 深井、超深井、及其他特殊工艺钻井也正成为行业发展的趋势之一。为满足目前工作中复杂的钻探条件、油气层保护、环境保护、以及油田综合利用等方面的需求, 国内各大企业都投入了大量资金和精力, 用于相关理论的研究和应用技术的开发。在这一过程中, 通过对钻井液体系的创新, 解决钻探工作中的常见问题, 进而提高钻探效率, 缩短完井周期, 已经成为了提高石油勘探开发技术水平的重要途径之一, 而针对实际情况优选钻井液体系并在不断总结经验的基础上进行改进和完善, 也已经成为新时期钻井液技术的发展方向。
作为钻井液体系中的重要一员, 硫酸钾聚合物钻井液体系是指将K2S O4作为抑制剂和加重剂, 将其与聚合物类处理剂一起组成的无固相硫酸钾钻井液体系。该体系表现出了较好的防塌效果和防腐蚀能力, 能消除Cl-给钻探工作造成的负面影响, 并对气层岩心具有>90%的渗透率恢复值, 是钻探工作中较为常见的钻井液体系之一。虽然硫酸钾聚合物钻井液体系具有上述一系列优点, 可以满足基本的钻探需要, 但在实践中我们看到, 该技术在地层条件复杂的情况下, 仍有一定的提高空间。研究人员应充分认识到钻井液体系性能的调节工作对油田生产增效的重要作用, 认真分析硫酸钾聚合物钻井液体系表现出的不足及其原因, 并以富有针对性的措施予以改进, 从而有效提高油田钻探的质量与安全。
2 工作中的常见问题及改进措施分析
2.1 硫酸钾聚合物钻井液体系在应用中存在的问题及其原因
首先, 硫酸钾聚合物钻井液体系在实际工作中存在着流动性不足的问题, 导致黏切增大, 泵压上升等情况的出现。这通常是由于其包被抑制能力不足而引起的, 若加入分散剂, 则往往导致其变为分散性钻井液体系, 固相含量大幅增加, 使流动性变得更差。其次, 硫酸钾聚合物的封堵能力和带砂能力也不理想, 无法形成有效的半透膜, 常造成井底漏失或原油流出导致的井眼失稳问题。此外, 由于个别企业在钻探过程中未充分重视防塌措施的重要性, 因硫酸钾聚合物钻井液的粘合作用不够而无法达到充分带走岩屑及其他废物的要求时, 往往在钻进时对井壁产生腐蚀而造成井壁的失稳。
2.2 改进措施分析
2.2.1 改进机制研究
研究人员首先应树立“硫酸钾聚合物钻井液可增加或大幅度增加地层坍塌压力”的观念, 并在此基础上, 将硫酸钾聚合物钻井液的化学、力学特性与工程测井的原理相结合, 合理制定坍塌压力与硫酸钾聚合物钻井液水化作用和封堵作用之间的定量评价方法, 以及钻井液抑制水化能力和封堵能力实验评价方法等, 不断建立健全钻井液体系的设计与改进机制。
2.2.2 采取补救方法
与油井注水泥等作业不同, 硫酸钾聚合物钻井液技术的一个显著特点在于其可在作业过程中根据具体情况进行稀释或增稠等调整。为充分发挥这一优势, 技术人员必须对钻井液的应用效果进行严格的监督和控制, 一旦发现钻进过程中出现了失稳等常见问题, 必须及时分析原因并找出补救的办法, 力争通过对钻井液体系的调整提高其适应能力。
2.2.3 改进措施分析
为减少膨润土对抑制剂、包被剂等的消耗作用, 降低黏切增高导致的系统对分散剂的依赖程度, 硫酸钾聚合物钻井液体系应采用无黏土相以尽可能避免其对储层的伤害。为提高页岩的稳定性, 可以通过对体系中硫酸钾等盐含量的增减控制器压力传递效应;在体系中适当加入包被剂, 可提高其清除岩屑等有害固相的能力;而增黏提切剂的加入则可以提高低剪切速率下的黏度, 使井眼的净化能力得到提高;依靠可变形封堵剂和与地层孔径相匹配的碳酸钙颗粒联合作用, 封堵微裂缝和孔隙, 可提高近井壁地带的封堵能力。此外, 加入润滑剂使金属表面和钻屑的润湿性改变, 也可减少钻头及钻柱泥包的几率, 从而提高机械钻速。
3 效果分析
通过上述改进措施的实施, 与原有体系相比, 改进后体系的滚动回收率的提高了1.2倍以上, 而其全天静态膨胀率则大大低于改进前的数据, 表明改进后的硫酸钾聚合物钻井液对膨润土具有极好的防膨性能。相同类型、相同重量的页岩经过改进硫酸钾聚合物钻井液浸泡页岩8天以后的损失率仅为2.4%, 与原有硫酸钾聚合物钻井液体系浸泡后的损失率相比有明显的减少, 且其抑制页岩膨胀的能力也有明显增强。钻井液的固相仍会进入天然岩芯的孔隙之中, 但侵入较少, 大部分集聚在岩芯的端面, 形成滤饼;由于有钻井液滤饼的遮挡, 滤失侵入深度≤5.0cm。调查还发现, 改进后的硫酸钾钻井液体系对岩心的渗透率仍有一定的伤害, 且随着浸泡时间的延长, 岩心的伤害是逐渐增加的, 但其伤害率通常在30%以下。可见, 在使用硫酸钾聚合物钻井液体系进行钻探作业的过程中, 针对该钻井液体系的特点以及该体系钻进中出现较为频繁的问题中查找原因, 基于各项技术难题中的基础问题和科学问题, 借助其他相关学科的理论和方法, 建立科学合理的实验研究方法和评价手段, 进而对于该钻井液体系进行积极的改善和调整, 对加强钻探作业的质量控制是科学而有效的。
4 结语
综上所述, 随着石油钻探相关技术的不断推陈出新, 很多化学成分都因其特有的性质和功能而被运用在钻井液体系的设计和应用中。在这一背景下, 硫酸钾聚合物钻井液体系正越来越多地被采用和推广, 并在钻进过程中发挥着不可替代的作用。然而, 面对多变而复杂的地层条件, 要确保钻井液技术优势的发挥, 就必须不断完善钻井液的改进机制, 提高其应用效率和适应性, 促进企业钻探效率与安全性的提高。
摘要：虽然硫酸钾聚合物钻井液体系具有防塌、防腐蚀、渗透率恢复值高等一系列优点, 可以满足基本的钻探需要, 但在面临较为复杂的地层条件时, 该技术仍有一定的提高空间。本文从钻探过程中硫酸钾聚合物钻井液体系的常见问题出发, 提出了改进的具体措施, 为进一步加强对硫酸钾聚合物钻井液体系的质量控制提供了重要的技术指导。
关键词：钻井液,硫酸钾聚合物,问题,改进措施
参考文献
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[4]代礼杨, 李洪俊, 苏秀纯, 于永新, 董殿彬, 贾培娟.硫酸钾/硅酸盐钻井液技术在Prosopis E1-1井的应用[J].石油化工应用, 2010, (10) [4]代礼杨, 李洪俊, 苏秀纯, 于永新, 董殿彬, 贾培娟.硫酸钾/硅酸盐钻井液技术在Prosopis E1-1井的应用[J].石油化工应用, 2010, (10)
硫酸钾聚合物 篇2
聚合硫酸铝铁预处理垃圾渗滤液
摘要：采用聚合硫酸铝铁(PAFS)预处理垃圾渗滤液中的高浓度有机物,为后续的吸附环节及生物处理阶段创造良好的水质条件.试验结果表明,在低投加量的.条件下,PAFS投加量在200 mg/L、pH为8.0、沉淀时间为40min时,混凝效果最佳,CODcr的去除率可达37.5%.作 者：邱S 郑爽英 QIU Yun ZHENG Shuang-ying 作者单位：西南交通大学环境科学与工程学院,四川,成都,610031期 刊：污染防治技术 Journal：POLLUTION CONTROL TECHNOLOGY年，卷(期)：,23(2)分类号：X703.5关键词：聚合硫酸铝铁 混凝 预处理
聚合硫酸铁的制备工艺改进 篇3
关键词：硫酸亚铁,聚合硫酸铁,制备,质量指标
聚合硫酸铁 (PFS) 又称羟基硫酸铁或碱式硫酸铁, 简称“聚铁”。其分子通式为[Fe2 (OH) n (SO4) 3-n/2]m, 是一种新型的无机高分子絮凝剂。作为高效絮凝剂的聚合硫酸铁对水中的重金属离子、COD、色度等去除效果良好, 因此广泛应用于工业用水、工业废水、城市污水和饮用水的净化处理。采用H2O2作催化剂制备聚合硫酸铁可分为以下三个过程。
1) 氧化反应2Fe SO4+H2O2+H2SO4=Fe (SO4) 3+2H2O
2) 水解反应Fe2 (SO4) 3+nH2O=[Fe2 (OH) n (SO4) 3-2n]+n/2H2SO4
3) 聚合反应m[Fe2 (OH) n (SO4) 3-n/2]→[Fe2 (OH) n (SO4) 3-n/2]m
1 实验部分
1.1 产品的制备
1) 按照以下实验装置图安装好各仪器。
1—电动搅拌器;2—分液漏斗;3—三口烧瓶;4—数显水浴锅。
2) 把数显水浴锅的温度调到设定值, 再使水浴锅开始加热。当水浴锅温度上升到设定值且稳定时, 向三口烧瓶中加入设定量的硫酸亚铁、硫酸和蒸馏水。
3) 向分液漏斗中加入设定量的过氧化氢。打开电动搅拌器开关, 使其按一定转速转动。
4) 打开分液漏斗阀门, 调节流速, 使过氧化氢慢慢加入三口烧瓶中。
5) 在设定时间内进行反应即可得到产品聚合硫酸铁。
1.2 产品各项指标的测定
1.2.1 全铁含量的测定
称取0.2000~0.3000g产品试样。置于250m L的锥形瓶中, 加入10 m L硫酸溶液、1m L钨酸钠指示剂和10 m L盐酸溶液。在不断的摇动下逐滴加入三氯化钛溶液, 当溶液刚好出现蓝色时停止滴加。然后用蒸馏水冲洗锥形瓶的内壁, 并稀释至约150m L。再向锥形瓶中滴加2滴硫酸铜溶液, 并充分摇动, 直至溶液的蓝色消失。接着加入2滴二苯胺磺酸钠指示剂和10 m L磷酸溶液, 立即用重铬酸钾标准滴定溶液 (0.1000mol·L-1) 进行滴定, 当溶液变为紫色时 (30s不褪色) 即为终点。
全铁含量的计算公式:
式中:w1—产品试样的全铁含量;
V1—滴定时所用重铬酸钾标准滴定溶液的体积, m L;
C1—重铬酸钾标准滴定溶液的摩尔浓度, mol·L-1;
M—铁的摩尔质量 (M=55.85 g·m ol-1) ;
m1—所取产品试样的质量, g。
1.2.2 还原性物质 (以Fe 2+计) 含量的测定
称取约5.000g试样, 置于250m L的锥形瓶中, 加入150 m L蒸馏水、4m L磷酸和4m L硫酸, 然后摇匀。接着用高锰酸钾标准滴定溶液 (0.0102 mol·L-1) 进行滴定, 当溶液出现微红色时 (30 s不褪色) 即为终点, 同时做空白试验。
还原性物质 (以Fe2+计) 含量的计算公式:
式中:w2—产品试样的还原性物质 (以Fe2+计) 含量;
V2—滴定过程中所消耗高锰酸钾标准滴定溶液的体积, m L;
V02—空白实验滴定过程中所消耗高锰酸钾标准滴定溶液的体积, m L;
C2—高锰酸钾标准滴定溶液的摩尔浓度, mol·L-1;
M—铁的摩尔质量 (M=55.85 g·m ol-1) ;
m2—所取产品试样的质量, g。
1.2.3 盐基度的测定
称取1.2000~1.3000g产品试样, 置于250m L的锥形甁中。接着用移液管向锥形甁中加入25 m L盐酸标准溶液 (0.1001 mol·L-1) , 再加入20m L煮沸后的蒸馏水, 充分摇匀, 盖上表面皿。在室温条件下放置10分钟, 再加入10m L氟化钾溶液, 充分摇匀。滴加5滴酚酞指示剂后, 立即用氢氧化钠标准滴定溶液 (0.1002 mol·L-1) 进行滴定, 当溶液出现淡红色时 (30s不褪色) 即为终点。同时做空白试验 (用煮沸后冷却的蒸馏水代替试样) 。
盐基度的计算公式:
式中:w3—产品试样的盐基度;
V03—空白实验滴定过程中所消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积, m L;
V3—滴定过程中所消耗氢氧化钠标准滴定溶液的体积, m L;
C3—氢氧化钠标准滴定溶液的摩尔浓度, mol·L-1;
M3—1/3铁的摩尔质量 (M3=1/3M=18.62 g·m ol-1) ;
m3—所取产品试样的质量, g;
w1—产品试样的全铁含量;
w2—产品试样的还原性物质含量。
1.2.4 不溶性物质质量分数的测定
称取约20.0000 g试样置于干燥洁净的称量瓶中, 然后移入250m L的烧杯中。用蒸馏水分次洗涤称量瓶, 并把洗液倒进盛试样的烧杯中, 加水至约100 m L, 然后搅拌均匀。用已于105~110℃温度下干燥至恒重的滤纸在漏斗中过滤, 然后用蒸馏水洗涤残渣直至滤液中不含有氯离子 (选用硝酸银溶液检查氯离子的存在) 。最后把滤纸放入电热恒温鼓风干燥箱内, 于105~110℃下干燥至恒重, 并用电子天平称出其质量。
不溶性物质质量分数的计算公式:
式中:w4—产品试样的不溶性物质质量分数;
m41—过滤后干燥至恒重的滤纸 (含残渣不溶物) 的质量, g;
m40—过滤前干燥至恒重的滤纸的质量, g;
m4—产品试样的质量, g。
1.2.5 pH值的测定
称取1.0000g试样置于干燥洁净的称量瓶中, 用少许蒸馏水溶解后, 全部转移至100m L的容量瓶中稀释至刻度。再将容量瓶中试样溶液倒入烧杯中, 并用玻璃棒搅拌均匀。将校准后的电极浸入被测溶液, 待读数稳定后, 记下该溶液的pH值。
1.2.6 密度的测定
把试样注入干燥、清洁的量筒内 (不得有气泡) , 然后把量筒放在 (20士1) ℃的数显水浴锅中。待温度恒定后, 把密度计慢慢地放入试样中。当密度计在试样中稳定后, 读出此时密度计的读数, 这就是20℃时试样的密度。
2 结果与讨论
本论文采用过氧化氢作为氧化剂来制备聚合硫酸铁, 考察了硫酸用量、过氧化氢用量和反应温度这三个反应条件对产品各项质量指标的影响。结果表明, 当硫酸与硫酸亚铁的摩尔比在0.31~0.41之间, 过氧化氢与硫酸亚铁的摩尔比为2∶1, 反应温度控制在20~35℃之间, 制备所得的聚合硫酸铁的各项质量指标均符合国家标准。
参考文献
[1]来春伟, 诸爱士, 吴盛林等.聚合硫酸铁制备影响因素考察[J].浙江化工, 2003.
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硫酸钾聚合物 篇4
聚合硅酸硫酸铝是在聚硅酸和聚铝絮凝剂的基础上发展起来的一类新型复合无机高分子絮凝剂, 具有制备简便, 生产成本低, 无毒无害, 处理水后水中残铝量低等诸多优点, 同时硫酸铝来源广泛、经济, 工业生产可靠, 具有电中和、吸附架桥和捕获沉淀作用, 絮凝效果好, 且比聚合硫酸铝具有更好的低温除浊性能, 应用前景广阔。但目前国内主要是采取在聚硅酸中引入铝盐这一工艺制得聚硅酸硫酸铝, 所得产品一般稳定性较差, 难以大规模工业化生产应用。所以本文采用向铝盐中引入硅酸盐的制备工艺, 以求制得稳定性高, 絮凝性能好的PASS。
另一方面, 无机有机复合型絮凝剂能相互弥补彼此的不足, 发挥优势互补作用, 具有广阔的发展前景。目前, PASS与有机聚合物复配方面的研究工作少有报道, 在国内外也未见有报道将PDMDAAC与PASS复配改性应用与水处理研究中, 聚二甲基二烯丙基氯化氨铵 (PDMDAAC) 具有分子量较高, 电荷密度大, 对胶体物质吸附架桥能力强, 投加量少, 易与无机盐配伍, 且配伍后稳定性好等特点[1], 因此本文选择阳离子型聚二甲基二烯丙基氯化铵对PASS进行改性复配。
2 PASS的制备
分别稀释硫酸铝, 铝酸钠和水玻璃溶液到一定浓度, 混合水玻璃和铝酸纳溶液, 充分搅拌, 在混合液中加入一定量的固体碳酸钠粉, 搅拌均匀, 最后在高速搅拌条件下, 把混合液于10℃～20℃条件下缓慢滴入到硫酸铝溶液中, 继续高速搅拌约半小时, 待胶体分散均匀后, 升温60℃～80℃, 充分反应约60min, 静置陈化得到无色澄清透明的聚合硅酸硫酸铝溶液。并且通过改变反应条件如铝硅比, 碱化度, pH值等得到系列不同条件下制得的聚合硅酸硫酸铝溶液。
3 PASS的改性
称取一定量的聚二甲基二烯丙基氯化铵在50℃条件下混于一定量的PASS溶液中, 慢速搅拌, 充分反应约1小时, 常温下陈化24小时, 即得到聚二甲基二烯丙基氯化铵对聚合硅酸硫酸铝的改性液。
4 PASS形态分析
4.1 红外光谱结构表征分析
图1.1为聚合硫酸铝被氢氧化钠完全中和 (1molAl3+被3molNaOH中和) , 并经9次离心洗涤沉淀后所得无定形氢氧化铝红外光谱图[2], 图1.2为Al/Si比为15的聚合硅酸硫酸铝的红外光谱图, 图1.3为聚合硅酸硫酸铝与聚二甲基二烯丙基氯化铵复配成的复合型絮凝剂红外光谱图。
图1.2的主要吸收波数3457cm-1为-OH基团振动吸收峰, 这是样品易吸收空
气中水分所致, 同时在1639cm-1出现对应水分子变角振动吸收峰, 1229cm-1处应当归属于硫酸根离子自由伸缩振动吸收峰, 1096cm-1处为Si-O键吸收峰, 886cm-1处为弱峰则为Si-O-Al弯曲振动所产生的吸收峰, 625cm-1所形成的峰可归属于叠加在水分子吸收峰上的Al-OH弯曲振动。比较图1.1和1.2, 可以看出, 两者主要出峰位置基本相似, 都出现了在3500cm-1左右的强吸收峰, 在1200cm-1左右的强吸收峰, 在610-640cm-1的中强度吸收峰。但由于聚合硅酸硫酸铝和聚合硫酸铝样品中大量硫酸根离子的存在, 使应当归属于硫酸根离子自由伸缩振动的吸收峰强度远高于无定形氢氧化铝由于吸附或夹裹少量硫酸根离子在此处所引起的振动吸收峰。同时, 应当归属于Al-OH弯曲振动及硫酸根离子弯曲振动的613-640cm-1处吸收峰则因Al-OH量的相对减少而相对减弱。以上说明, 聚合硅酸硫酸铝与聚合硫酸铝结构相似, 仍属铝的多羟基聚合物。而在图1.2中886cm-1处Si-O-Al弯曲振动即硅氧四面体与铝氧四面体的共氧交联物的伸缩振动峰说明聚铝离子与聚硅离子发生了非离子性键合作用, 生成铝硅聚合物[3]。
而比较图1.2和图1.3看出, 复合型絮凝剂的红外图谱与PASS的红外光谱相似, 但在图1.2中出现的3457cm-1处的-OH基团振动吸收峰, 1639cm-1出现的对应水分子变角振动吸收峰在复合絮凝剂的红外光谱图上也出现了一定程度的位移, 在表征PDMDAAC中与N相连的双甲基在1450cm-1左右的不对称弯曲振动吸收峰, 在复合絮凝剂图谱中也发生了一定程度的位移, 而其它表征C-N键的吸收峰可能被PASS中的SO42-在1224cm-1吸收峰所遮盖, 同时, 在2940cm-1、1400cm-1和1350cm-1左右表征PDMDAAC中与N+相连的-CH3和-CH2-的对称和反对称伸缩振动峰及变形振动峰也未能在复合型絮凝剂红外光谱图中找到, 其原因一方面可能是被其它峰所掩盖, 另一方面则可能说明PDM-DAAC在PASS中化学图1.6风干的PASS X-射线衍射图环境发生了改变, 已不是简单的机械混合, 而是相互融合的复合体系。
4.2 X-射线衍射分析
图1.4和图1.5分别是碱化度约为50%的聚合硫酸铝和聚合硅酸硫酸铝在105℃下干燥2h所得固体样品的X-射线衍射图谱。图1.6是碱化度为50%的聚合硅酸硫酸铝经风干后的X射线衍射图谱。
由图1.4和图1.5可以看出, 在2为18°, 25°和30°左右, 两图都出现了尖锐的衍射峰, 由此进一步说明:本实验合成的聚合硅酸硫酸铝可能是与聚合硫酸铝具有相似结构的多羟基无机高分子聚合物, 聚合硅酸硫酸铝中的硅以与铝类似的结构形态取代了聚合硫酸铝中的部分铝, 从而保持了原聚合硫酸铝的结构特征, 但聚合硅酸硫酸铝所形成的晶体的几个主要晶面间距即d值比聚合硫酸铝所形成晶体相应晶面d值稍小, 这可能是由于硅离子半径 (0.041nm) 比铝离子 (0.05nm) 稍小, 又使之晶胞参数变小, 晶面间距, 即d值相应变小。同时, 两图也有较明显的区别, 在2角为20°-25°之间, 图1.5比图4.4中出现的衍射峰明显减少, 这可能是由于硅的存在, 加剧了硫酸铝、硅酸钠和铝酸钠之间的反应, 产物向着无定形方向发展, 生成了更为复杂的聚合物结构, 从而使聚硅酸硫酸铝比聚合硫酸铝具有更强的吸附架桥和卷扫作用。
图1.6是聚合硅酸硫酸铝风干样的X射线衍射图谱。可以看出, 在室温下的慢慢风干过程中, 聚合硅酸硫酸铝由能量较高的不稳定无定形结构慢慢转化成了更为稳定的晶形结构, 并可能形成了更为复杂的晶体混合物。
5 结果与讨论
通过对PASS的红外光谱和X射线衍射研究, 表明聚合硅酸硫酸铝具有与聚合硫酸铝相似的多羟基聚铝结构。聚铝离子与聚硅离子发生了非离子性键合作用生成铝硅聚合物。聚合硅酸硫酸铝中的硅以与铝类似的结构形态参与了与其它羟基铝的配位聚合, 从而保持了原聚合硫酸铝的结构特征。同时, 可能正是由于硅的存在, 从而使聚硅酸硫酸铝比聚合硫酸铝具有更强的吸附架桥和卷扫作用。而在聚合硅酸硫酸铝的常温条件风干过程中, 会由能量较高的不稳定无定形结构慢慢转化成了更为稳定的晶形结构, 并形成了可能由多种结晶物质组成的更为复杂的晶体混合物。
摘要：以硫酸铝, 水玻璃和铝酸钠为原料制备了聚合硅酸硫酸铝 (PASS) , 以聚二甲基二烯丙基氯化铵对聚合硅酸硫酸铝进行了改性。并通过红外光谱和X-射线衍射技术对聚合硅酸硫酸铝及其复合絮凝剂的结构特征进行了研究。
关键词：聚合硅酸硫酸铝,聚二甲基二烯丙基氯化铵,改性,结构表征
参考文献
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[2]刘温霞, 隆言泉, 王启常等.新型造纸助剂聚合硅酸硫酸铝的结构特征研究.中国造纸学报.1999 (增刊) , 14:73-77.
铝盐和聚合硫酸铁除氟效果研究 篇5
聚合硫酸铁 (PFS) 是一种无机絮凝剂 ([Fe2 (OH) n (SO4) 3-n/2]m) [3], 应用于各种工业用水和生活用水的原水除浊净化处理。Fe (Ⅲ) 在水溶液中可水解, 产物有[Fe2 (OH) ]5+, [Fe3 (OH) 3]6+, Fe (OH) 3 (s) 等。PFS在制备过程中Fe (Ⅲ) 得到更充分水解, 因此, 聚合硫酸铁液中存在多种二聚体和高聚体。如[Fe2 (OH) 2 (H2O) 8]4+, [Fe3 (OH) 3 (H2O) 6]6+等。这些带高价正电荷的多核离子对F-有强烈的引力, 而吸引了F-的正离子, 本身电荷被中和, 易于聚结成为大的絮团, 这些絮团易于沉淀;另外, 将PFS加入原水中, pH值升高, 稳定性下降, 产生Fe (OH) 3 (s) 沉淀。Fe (OH) 3在沉降过程中卷扫水中的F-, 絮团和胶粒共同沉淀。因而, 去除的氟是存在于沉淀物中的。本文对聚合硫酸铁除氟效果的影响因素进行实验, 特别是铝盐对聚合硫酸铁除氟效果的影响进行研究, 并探讨其除氟机理。
1 实验材料和方法
1.1 实验材料和仪器
试剂:氟化钠、氯化钠、柠檬酸钠、冰醋酸、NaOH、HCl、AlCl3等均为分析纯;聚合硫酸铁 (符合GB 14591-2006规定Ⅰ类试剂标准) ;实验用水均为去离子水。
实验仪器:pHS-25型酸度计 (上海精密科学有限公司) ;氟离子选择性电极;饱和甘汞电极;电磁搅拌器、精密pH试纸、电子天平 (上海精密科学有限公司) 等。
1.1.1 水样的配制与测定
称取NaF0.11g溶于10L水中, 用精密pH试纸测水样的pH为7.0, 用F离子选择性电极测定该水样中含氟量为4.7mg/L, 贮存于聚乙烯瓶中, 作为试验用含氟水。
1.1.2 F离子标准溶液的配制
用电子天平准确称取NaF (在105℃～110℃烘干2h、冷却) 0.2211g, 配制成含氟离子浓度0.1000g/L的标准溶液, 贮存于聚乙烯瓶中待用。
1.1.3 总离子强度调节缓冲液 (TISAB) 的制备
称取氯化钠158g, 柠檬酸钠10g, 溶于800mL蒸馏水中, 再加冰醋酸57mL, 用6mol/L氢氧化钠溶液调节pH为5.0～5.5之间, 然后稀释至1000mL。
1.2 实验方法
采用批量试验的方法, 配制一定初始F-浓度溶液, 用NaOH和HCl溶液调节其pH值。投加PFS或联合投加铝盐 (AlCl3) 和PFS, 中速振荡5min, 静置20min, 过滤, 取上清液40mL, 加8mL TISAB, 用酸度计测水中含氟量。
1.3 F离子工作曲线、检测限和精密度
分别配制F离子标准系列, 加入8mL TISAB溶液, 用去离子水稀释至刻度, 按实验方法测含氟量, 其平衡电位E与含氟量的对数值在0.2～40.0mg/L范围内成良好的线性关系, 回归方程为E=159.54-56.43×lgcF, R=-0.9999, 检测限为0.002mg/L;对浓度为1.0mg/L的F离子12次平行测定, 其相对标准偏差 (RSD) 为1.78%。
2 实验结果和讨论
2.1 单独投加PFS的投加量对除氟效果的影响
取水样100mL, 投加6.0、10.0、20.0、30.0、35.0、45.0、50.0mL PFS, 调pH为5.0, 按1.2实验方法测其含氟量, PFS的投加量对除氟效果的影响见图1所示。由图1可见, PFS投加量小于0.35mL/L时, 除氟效果随PFS投加量增加而不断增大, 且增大速率迅速;当PFS投加量大于0.35mL/L后, 继续增大PFS投加量, 对除氟效果影响不大, 其原因可能是:由于PFS的投加过量, 絮凝体形成速度加快, 从脱稳的胶粒转为稳定聚合胶体, 使其未能发挥吸附作用, 除氟效果不能继续提高。这时水中氟含量已低于0.21mg/L, 小于国家《生活饮用水卫生标准》中规定的1.0mg/L标准。
2.2 反应时间对PFS除氟效果的影响
取水样100mL, 投加35mL PFS, 调pH为5.0, 分别静置5、10、15、20、30、60分钟, 按1.2实验方法测其含氟量, 反应时间对PFS除氟效果的影响如图2所示。由图2可见, 在pH为5.0时, PFS投加量为0.35mL/L时, 反应时间在0～20min范围内, 除氟效果随反应时间增加而不断升高, 但增大速率逐渐减小;而超过20min后, 除氟效果提高不多。分析其原因是:刚开始有大量粒度大的絮凝体, 通过絮凝吸附作用可以有效地去除氟, PFS除氟效果好;随着反应的进行, 水中氟离子浓度明显降低, PFS除氟效果增加不明显。
2.3 pH值对PFS除氟效果的影响
取水样100mL, PFS投加量为0.35mL/L, 用NaOH溶液调节其pH值, 按1.2实验方法测其含氟量, pH值对PFS除氟效果的影响如图3所示。考虑实际情况, 在节约成本的情况下, 由图3可见, 单独投加PFS的投加量为0.35mL/L, 反应时间为20min, pH为4.0～5.0时 (本实验取4.5) , 除氟效果较好。
2.4 铝盐对PFS除氟效果的影响
称取AlCl30.15g溶于1L水中, 移取水样100mL于塑料烧杯中, 先投加Al3+溶液后投加35mL PFS, 调pH值为4.5, 按1.2实验方法测其含氟量, 铝盐对PFS除氟效果的影响如图4所示。
从图4中可以看出, 先投加Al3+溶液能显著提高PFS除氟效果。其原因是:先投加AlCl3时, Al3+与水中的F-反应生成难溶的AlF3沉淀而将水中的部分F-除去, 再投加PFS, 不仅利用显著的吸附架桥和沉降网捕作用将水中的F-除去, 而且在沉降过程中卷扫水中的F-和Al3+反应生成难溶的AlF3沉淀。而先投加PFS后投加AlCl3的除氟效果比单独投加PFS的除氟效果提高得并不明显, 因为先投加PFS时, PFS通过絮凝吸附作用可以有效地去除氟, 投加AlCl3之前水中氟离子浓度明显降低, 投加AlCl3之后, 溶液中Al3+浓度可能逐渐无法使离子积大于AlF3溶度积, 即无法形成氟化铝沉淀物, 所以先投加PFS后投加AlCl3的除氟率并无显著提高[4]。
3 结 论
(1) pH值和反应时间是影响PFS除氟效果的重要因素。
在pH值为4.0～5.0条件下除氟效果最佳;除氟效果随反应时间增加而增大, 但除氟率增大速率却逐渐减小。
(2) 除氟效果随PFS投加量的增加而增大。
当PFS投加量较小时, 除氟率迅速增大, 继续增大投加量, 则对除氟贡献不大;增大PFS投加量, 除氟效果较好, 但也应尽量控制PFS投加量在0.35mg/L以内。
(3) 通过比较投加Al3+能提高PFS除氟效果。
试验结果表明, 采用先投加AlCl3后投加PFS的除氟效果更好。
摘要：通过试验研究了单独投加聚合硫酸铁 (PFS) 去除氟的最佳反应pH值、最佳反应时间、投加量以及铝盐与聚合硫酸铁联合投加对除氟效果的影响, 结果表明:采用单独投加聚合硫酸铁絮凝沉降法除氟时, PFS的投加量为0.35mL/L, 反应时间为20min, pH值为4.05.0, 有利于氟的吸附, 除氟效果较好;投加铝盐能显著提高PFS的除氟效果。
关键词：铝盐,聚合硫酸铁 (PFS) ,除氟
参考文献
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[2]吴兆清, 许国强, 彭晓平.含氟水处理的研究进展[J].湖南有色金属, 2003, 4 (19) :38-42.
[3]水处理剂-聚合硫酸铁国家标准 (GB 14591-2006) .
[4]史婷婷, 杨秀丽, 王宁涛.聚合硫酸铁和钙盐除氟试验研究[J].安全与环境工程, 2009, 2 (16) :58-61.
硫酸钾聚合物 篇6
本工作将农药三唑醇生产过程中产生的含铝酸性农药废水(农药废水)通过合理的处理方法转变为PAS液体混凝剂,回用到厂区的污水处理过程中,既解决了高浓高盐废水的处置问题,又节约了处理成本,同时达到了资源回收利用的目的。
1 实验部分
1.1 材料、试剂和仪器
农药废水来自江苏某农药公司生产车间,废水水质:p H 0.8,COD 75 423 mg/L,铝含量6%(以w(Al2O3)计)。废水中主要有机污染物为丙酮和异丙醇。
厂区污水站好氧池出水,水质:p H 6~9,COD 260 mg/L,SS 80 mg/L。
氢氧化钙、乙酸钠、乙酸、氯化锌、硝酸、氨水、百里酚蓝、乙二胺四乙酸钠(EDTA)、二甲酚橙、盐酸、氟化钾、氢氧化钠、酚酞、乙醇:均为分析纯。
PHS-25型p H计:上海虹益仪器仪表有限公司;JJ-1型精密增力电动搅拌器:常州博远实验分析仪器厂;DW-500型调温电热器:南通利豪实验仪器有限公司;HH-601型超级恒温水浴:金坛荣华仪器制造有限公司;SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵:郑州长城科工贸有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 PAS的合成
将农药废水在常温常压条件下蒸馏,待浓缩至COD 800 mg/L左右停止蒸馏,蒸馏的目的是去除废水中的低沸点有机物。将浓缩后的农药废水置于装有温度计和搅拌装置的三口烧瓶中,水浴恒温。称取一定量的碱化剂(氢氧化钙)加水搅拌30min,逐滴加入三口烧瓶,在恒温条件下低速(80 r/min)搅拌聚合反应一定时间。反应结束后停止搅拌,继续在恒温条件下熟化一定时间。过滤,滤液即PAS液体混凝剂。实验期间要合理控制水量,以保证聚合反应中不析出硫酸铝,同时保证合成的PAS品质符合GB 15892—2003《水处理剂聚合氯化铝》中的相关指标[9]。
1.2.2 混凝实验
取厂区污水站好氧池出水100 m L,常温下加入一定量上述合成的PAS液体混凝剂,快速搅拌30 s,慢速搅拌30 s,静置,观察其混凝沉降效果,同时测定水样的COD和SS。
1.3 分析方法
参照GB 11914—1989《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》[10]测定COD;参照GB/T 11901—1989《水质悬浮物的测定重量法》[11]测定SS;参照GB 6920—1986《水质p H值的测定玻璃电极法》[12]测定p H;参照GB 15892—2003《水处理剂聚合氯化铝》[9]测定w(Al2O3)及盐基度。
2 结果与讨论
2.1 碱化剂用量对PAS性能的影响
盐基度是无机高分子混凝剂的一个重要质量指标,也是影响其混凝性能的重要因素,因此,PAS盐基度的高低,直接影响到其水处理混凝效果[13]。在聚合温度为80 ℃、聚合时间为60 min、PAS加入量为2.0 m L/L、混凝原水p H为10.0的条件下,碱化剂用量对PAS性能的影响见表1。由表1可见,不同n(碱化剂)∶n(硫酸铝)条件下合成的PAS溶液确有一定的盐基度,但是碱化剂超过一定量后盐基度就下降。这主要是由于PAS中的有效成份是Al3+到Al(OH)3(固)之间的一系列准稳态物质,一般为2~13个Al3+的多铝多羟基配离子。在硫酸铝和碱化剂的反应体系中,加入碱化剂的量越多,增加的OH-就越多,就愈有利于多铝多羟基配离子的生成,因此PAS溶液盐基度和混凝效果均提高。当碱化剂的用量超过一定值后,溶液中的多铝多羟基配离子就变成了Al(OH)3溶胶,导致PAS有效成分减少,进而使盐基度和混凝效果下降[14]。另外,随着碱化剂用量的增加,最终合成的PAS液体混凝剂的p H也有所增加,在n(碱化剂)∶n(硫酸铝)为2.1∶1时,COD和SS的去除率分别达到了最大值(16%和83.8%)。所以本实验条件下,n(碱化剂)∶n(硫酸铝)的最佳值为2.1∶1。
2.2 聚合温度对PAS性能的影响
聚合温度也是PAS盐基度的影响因素之一,在n(碱化剂)∶n(硫酸铝)为2.1∶1、聚合时间为60min的条件下,聚合温度对PAS盐基度的影响见图1。由图1可见,在50~80 ℃范围内,PAS的盐基度随着聚合温度的升高而增大,而当聚合温度高于80℃时,PAS的盐基度开始有所下降,说明温度过高不利于多铝多羟基配离子的生成,也可能聚合硫酸铝的聚合稳定度有一定的适宜温度范围。所以综合考虑,聚合温度确定为80 ℃。
2.3 聚合时间对PAS性能的影响
在n(碱化剂)∶n(硫酸铝)为2.1∶1、聚合温度为80 ℃的条件下,聚合时间对PAS盐基度的影响见图2。由图2可见,聚合时间对于PAS盐基度有一定的影响,但在60~80 min的聚合时间内合成的PAS的盐基度随聚合时间的变化幅度不是很大。所以考虑企业能耗及方法适用性,确定聚合时间为60 min。
2.4 PAS加入量对混凝效果的影响
在n(碱化剂)∶n(硫酸铝)为2.1∶1、聚合温度为80 ℃,聚合时间为60 min、混凝原水p H为10.0的条件下,PAS加入量对混凝效果的影响见图3。由图3可见,PAS加入量为0.5~2.0 m L/L时,混凝水样的COD和SS的去除率均随着PAS加入量的增加而增加,而PAS加入量为2.5 m L/L时,混凝水样的COD和SS的去除率开始有所下降,出水较为浑浊,同时其沉降时间也变长。原因主要是当混凝剂加入量过大时,大量的PAS离子完全覆盖在胶体颗粒带负电荷的表面,PAS形成的吸附层对内呈电中和,对外却带正电荷,胶体微粒Zeta电位发生逆转形成正值,此时胶体微粒之间难以碰撞凝聚[15],因此,PAS的加入量不宜过大。本实验条件下,PAS加入量为2.0 m L/L。
2.5 混凝p H对混凝效果的影响
p H直接影响废水中胶体颗粒界面的Zeta电位。按照胶体化学的基本理论,只有当废水p H达到某一数值范围时,Zeta电位才能导致胶体最终脱稳、聚沉,所以p H对混凝有较大影响[16]。在n(碱化剂)∶n(硫酸铝)为2.1∶1、聚合温度为80 ℃,聚合时间为60 min、PAS加入量为2.0 m L/L的条件下,混凝p H对混凝效果的影响见图4。由图4可见,在p H为6~10的范围内,混凝经PAS液体混凝剂处理后出水COD和SS均有一定程度的下降,且随着混凝p H的增大而减小。混凝p H为6.4时,COD和SS的去除率分别仅为3.5%和8.5%,出水相比原水并没有明显的除浊现象;而当混凝p H为10.0时,COD和SS的去除率则分别达到14.6%和83.0%,出水较为清澈,混凝效果显著。
2.6 自制PAS液体混凝剂与商售混凝剂的对比
在上述优化的制备条件下,制得的PAS液体混凝剂产品的性能指标见表2。由表2 可见,所得PAS液体混凝剂产品的w(Al2O3)为7.8%~9.0%,盐基度为45%~60%,p H为3.5~4.0。
在上述相同的混凝条件下,将自制PAS液体混凝剂与企业常用混凝剂PAC进行废水处理效果比较(药剂加入量相同,以w(Al2O3)计),商售PAC与自制PAS的混凝效果对比见表3。由表3可见,两种混凝剂处理后的废水COD去除率相近,仅相差1.1百分点;而自制PAS混凝剂对SS的去除率高于商售PAC 10.9百分点。可见,在相同药剂加入量时,自制PAS混凝剂的除浊效果明显高于商售PAC。
2.7 经济效益分析
PAS的合成可利用三唑醇生产车间现有反应釜及冷凝器进行,无需新增设备;加热方式为夹套蒸汽。含铝酸性农药废水产生量为4.8 t/d,可合成3.6 t/d PAS液体混凝剂,产量为0.75 t/t(以废水计)。期间产生含水率约为70%的Ca SO4滤渣,烘干后作为副产品。PAS液体混凝剂的生产成本见表4。所产PAS液体混凝剂按照2.0 m L/L的加入量,可回用于厂区的污水处理过程,处理量为1 800 t/d,可节约商售PAC的消耗费用约6 480元/d(以固体PAC加入量200 mg/L计),即日节约成本5 922元。
注:“消耗量”和“成本”以单位质量废水计;“单价”以单位质量物料计。
3 结论
a)含铝废酸性农药废水可以通过蒸馏浓缩—聚合—熟化的方式制备PAS液体混凝剂,最佳的聚合条件为:n(碱化剂)∶n(硫酸铝)为2.1∶1、聚合温度80 ℃、聚合时间60 min。PAS液体混凝剂产品的所得PAS液体混凝剂产品的w(Al2O3)为7.8%~9.0%,盐基度为45%~60%,p H为3.5~4.0,产量为0.75 t/t。
b)将制备的PAS液体混凝剂应用到厂区污水站好氧池出水时,在PAS加入量为2.0 m L/L、混凝p H为10.0时,COD和SS的去除率则分别达到14.6%和83.0%,其沉降性能好,显示了良好的混凝效果。
硫酸钾聚合物 篇7
聚合硫酸铁 (poly ferric sulfate, PFS) 是上世纪70年代国外开发的一种新型无机高分子混凝剂, 与常用的混凝剂相比, 有许多明显的优点, 因此许多国家都在研制和应用聚合硫酸铁。
1、聚硫酸铁的性能
聚合硫酸铁的通式为[Fe (OH) n (SO4) 3—0.5n]m, 式中n<2, 其对应的盐基度B=n/ (2·3) ×100%。聚合硫酸铁的盐基度越高, 即n值越大, 产品聚合度m也越高, 其形成的矾花越大, 絮凝效果越好, 絮体的沉降速度越快。
聚合硫酸铁是一种碱性硫酸盐, 它是硫酸铁在水解-絮凝过程中的一个中间产物, 液体聚硫酸铁本身含有大量的聚合阳离子, 因此它们具有很强的中和悬浮颗粒上电荷的能力, 降低电位较高的胶团使之胶稳, 并水解成为絮状的羟基铁化合物, 它有较大的比表面积以及较强的吸附能力。与其他无机絮凝剂相比, 具有絮凝体形成速度快, 颗粒密实, 沉降速度快;对水中的化学耗氧量和生物耗氧量有良好的去除效果;同微生物的结合能力强等优点。
2. 聚硫酸铁的合成
目前生产聚硫酸铁的方法很多, 例如空气 (氧气) 催化氧化法, 硫铁矿灰加压酸熔法, 氯酸钾 (钠) 氧化法等。无论以何种原料为基础生产, 均采用控制SO4/Fe<3/2的方法, 制得不同盐基度聚硫酸铁。
2.1 无氧化剂和催化剂
2.1.1 硫铁矿法
在硫酸的生产过程中, 将粉碎硫铁矿在高温下用空气氧化, 生成二氧化硫和矿灰。矿灰中含有大量的三氧化二铁 (40-80%) , 即三价铁离子, 故完全可以用于聚硫酸铁的生产。
合成方法是将质量浓度为35-45%的硫酸与硫铁矿矿灰 (Fe2O3含量80%) 按照化学计量值的110%混合, 在105-110℃反应至消耗掉90-100%的硫酸。过滤除去剩余固体, 滤液用水稀释至硫酸铁含量为40-45%。这种方法可以制备稳定的聚硫酸铁溶液。
2.2 需氧化剂
目前国内多采用氯酸盐氧化法和氧气氧化法, 前者用的氧化剂价格较贵, 总的生产成本相对后者较高。
2.2.1 以氯酸盐作为氧化剂氯酸盐氧化法
将氯酸盐或过氯酸盐以固体的形式加入硫酸亚铁含量为45-80%的悬浮液中。这种方法可以提高溶液中三价铁离子的浓度。
合成方法:结晶硫酸亚铁 (Fe SO4·7H2O) 600份与150份水, 105份浓硫酸混合, 然后加入80份氯酸钠。反应完毕可以得到含Fe (Ⅲ) 200份, 氯酸盐50份的产品。
此溶液是一种有效的混凝剂和杀菌剂, 处理水时如以10份的剂量投加, 净化后每立方水中含2.5份氯酸盐, 这一含量对于杀菌是足够的。这种方法将铁盐和杀菌剂的生产进行了复合, 使产品能起到混凝和杀菌的双重作用, 但此方法生产的产品的盐基度为零。这种方法在我国应用也很广泛, 不同的是我们生产时, 聚硫酸铁中不含有氯酸盐, 并且要有一定的盐基度。此方法速度快, 安全, 但与氮氧化物催化法相比成本较高。
2.2.2 以空气或者氧气作为氧化剂
2.2.2. 1 溶解加压氧化法
将4000kg一水硫酸亚铁 (铁含量为32%) 和1165kg 96%硫酸加入高压反应釜中, 升温到120℃, 然后向反应釜中通入氧气 (压力为3巴) , 并不断搅拌, 当溶液中二价铁离子的浓度低于0.1%时, 反应结束, 将物料冷却后, 测定产品含铁23.9%, 其中不溶物含量低于0.1%。
将5000kg七水硫酸亚铁 (铁含量为16.5%) 和770kg93%硫酸加入高压反应釜中, 升温到60℃, 然后通入氧气 (压力为10巴) , 并不断搅拌, 当溶液中二价铁离子的浓度低于0.1%时, 反应结束, 将物料冷却后, 测定产品含铁14%, 其中不溶物含量低于0.1%。
2.2.2. 2 直接氧化法直接制备固体聚硫酸铁
硫酸亚铁于氧化炉中在100-300℃条件下加热脱水氧化, 生成碱式硫酸铁, 再与喷雾状的硫酸反应生成固体聚硫酸铁。具体方法:在旋转炉中加入500g硫酸亚铁于空气中, 在200℃加热3小时, 得到300g固体碱式硫酸铁, 将其粉碎与88g雾化状硫酸反应, 就可以制得固体聚硫酸铁。这种方法国内也有报道, 此工艺简单, 但存在亚铁离子氧化率低的缺陷。
2.2.3 以过氧化氢作为氧化剂
2.2.3. 1 利用硝酸和过氧化氢两步法生产聚硫酸铁
英国最近报道了利用硝酸和过氧化氢两步法生产聚硫酸铁的方法, 其过程是硫酸亚铁、硝酸和硫酸在溶液中反应, 将硫酸亚铁氧化成硫酸铁, 剩余未氧化的硫酸亚铁再用过氧化氢氧化, 这样就可以制得不含亚铁离子的聚硫酸铁。溶液的固体含量≤53%, SO4/Fe= (2.7-2.9) /2 (相当于盐基度为3-10%) 。这种方法简便, 快速, 但是在我国硝酸和过氧化氢的成本较高, 难于推广。
2.2.4 以硝酸作为氧化剂
2.2.4. 1 以硫酸亚铁和硫酸为原料, 以硝酸为氧化剂的合成法
以液体硝酸为氧化剂的液液反应。还原产物一氧化氮逸出溶液, 不具备任何催化作用。这种方法的特点是硝酸用量大, 亚铁离子完全靠硝酸中的正五价氮氧化, 属于液液反应。
2.2.4. 2 硝酸氧化-碱中和法
生产原料配比:硫酸亚铁 (Fe SO4·7H2O (100%) 100g;硫酸 (H2SO4) (98%) 8.2ml;硝酸 (HNO3) 18.0ml;水214.5ml;碳酸氢钠 (0.5N) 214.0 ml。
加热板的反应器内加入硫酸亚铁、硫酸和水, 升温到60℃, 在剧烈搅拌下缓慢加入硝酸, 升温至90℃, 并持续搅拌直到99%的亚铁离子氧化完全, 反应时间为2h。然后降温到50℃, 在搅拌条件下缓慢加入碳酸氢钠溶液, 30分钟内加完。冷却后测定样品指标如下:Fe3+=40g/l, Fe2+0.2g/l, OH/Fe=0.3, p H=0.9-1.1。
目前在国内生产聚硫酸铁没有采用加碱的方式。氢氧根与铁离子的比值完全可以通过硫酸亚铁和硫酸的加料比来控制, 这样可以减少生产工序和降低生产成本。
2.3 需氧化剂和催化剂
2.3.1 铁矿石酸溶氧化法
这种矿石主要是含四氧化三铁的矿石。1000g含Fe3+58%、Fe2+11%的矿石与浓度为420g/L的硫酸混合, 调整SO4/Fe比值为1.3-1.4, 在90C使氧化物溶解30分钟, 98-99%的氧化铁可以溶解。然后将上述反应液在氮氧化物的催化下, 用空气、氧气或过氧化氢等氧化就可以制成聚硫酸铁。
2.3.2 以硫酸亚铁、硫酸、氧气为原料, 硝酸为催化剂的合成法
硝酸为催化剂, 其特点是在硫酸、硫酸亚铁和水的混合液中加入少量的硝酸, 还原产物一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮, 二氧化氮再氧化亚铁离子, 如此不断循环直至亚铁离子完全氧化。这种方法属于气液反应。最近美国也有利用类似原理生产聚硫酸铁的专利。其生产过程是在70-150℃、一定的压力及氮氧化物的催化下, 用氧气将亚铁离子氧化成三价铁离子。其工艺是将硫酸亚铁和硫酸的混合液以喷射的方式注入反应器。在溶液的喷射过程中, 它与气相中的NO、NO2和O2反应, 最后生成聚硫酸铁。
结论
硫酸钾聚合物 篇8
在1974年, 日本铁矿业株式会社获取到了制备集合硫酸铁的专利, 该种技术的原料是硫酸与硫酸亚铁, 催化剂选择亚硝酸钠, 经过17h的反应, 可以生成棕色聚合硫酸铁溶液。但是, 该种技术也有一些缺陷, 反应时间长, 废气需要采用设备来处理, 这会对生产造成一些不利, 在这一基础上, 我国很多机构针对这一技术进行了改造, 经过了多年的努力, 我国聚合硫酸铁的生产取得了巨大的成就。截止到目前为止, 我国聚合硫酸铁年产量已经超过了10×104t, 广泛的应用在了黄河、长江、淮河、钱塘江、赣江等河流污水的处理工作中。
1 聚合硫酸铁处理粉丝废水的原理
利用化学法处理废水就是使用絮凝剂来破坏废水胶体, 让处在分散状态的有机物凝聚, 形成一种聚集粗颗粒, 并让这种颗粒从污水中分离, 这样即可有效降低COD含量。絮凝剂的种类是多种多样的, 常用的有聚合硫酸铁和聚合氧化铝, 与其他絮凝剂相比而言, 聚合硫酸铁价格低廉, 具有高效性的优势, 已经在废水处理中得到了广泛的使用, 絮凝剂类型不同, 处理废水的絮凝效果也存在一些差异, 在反应过程中也会受到使用量、温度以及p H值的影响, 因此, 必须要进行优化性选择。
粉丝厂废水主要包括两种类型, 即高浓度有机废水与洗涤废水, 制取粉丝的原料有红薯、豌豆等等, 粉丝厂的废水又可以称之为黄浆水, 其中蛋白质与COD含量很高, 在经过处理后, 需要将粗蛋白回收出来, 对上层清液进行处理。在水质指标上, 黄浆水的p H值为4.1, COD为5000 mg/L~6000mg/L, 废水量为25 m3/h~30m3/h。
2 试验措施
2.1 试验仪器与试验试剂
试验仪器有p HS-S21酸度计、JJ-3型六联定时变速搅拌机、TL-1型COD测定仪、7200可见分光光度计、Ferron试剂、其他常规仪器与常用试剂。
2.2 实验方式
2.2.1 聚合硫酸铁制备方式
配备好相应浓度的硫酸铁溶液, 加入适量硫酸, 控制好p H值, 快速搅拌, 在其中缓慢加入稀碱容易让, 将水解聚合反应温度控制在60℃, 在50℃环境下熟化。聚合硫酸铁采用液体状, 其碱化度是14%, 含量质量是30%。
2.2.2 混凝试验方式
影响混凝的因素是很多的, 主要的影响因素是p H值、搅拌速度、投加量、反应温度等, 一般情况下, 只考虑p H值与投加量, 在反应时, 需要将废水调节到规定的p H值, 取一定量废水, 在25℃环境在搅拌机上进行快速搅拌, 加入适量的聚合硫酸铁, 先快速搅拌5min, 再慢速搅拌10min, 将反应物静置2h, 待其分层后, 取上层清液, 使用COD消解仪测定COD残余量。
3 实验结果分析
3.1 碱化度与混凝结果的关系
取相同量硫酸铁溶液, 将其配备成碱化度为0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6的聚合硫酸铁溶液, 熟化时间共计3h, 混凝过程中, 聚合硫酸铁浓度中的Fe是168mg/L, 混凝效果如图1所示。
在碱化度的提升之下, Fe (a) 含量呈现出减少的趋势, 而高聚态Fe (c) 、聚态Fe (b) 的含量则越来越高, COD去除率开始降低, 结果显示, 碱化度介于0.1到0.2之间是, 聚合硫酸铁对于粉丝废水处理效果是最为理想的, 在碱化度降低到0.1以下时, 混凝效果越来越差。此外, 实验数据还显示, 碱化度越高, 反应物中高聚态铁含量越高, 在经过相应的混凝处理之后, COD量逐渐增加, 对于混凝效果的影响也越大, 高浓度聚合硫酸铁与低浓度聚合硫酸铁相比而言, COD去除率并无显著差别。从聚合硫酸铁在粉丝废水中的混凝结果可以得出, 在投加量不变的情况下, 高浓度聚合硫酸铁混凝过程中的絮体更大, 沉降速度也更快, 而低浓度聚合硫酸铁混凝过程中的絮体小, 沉降速度慢, 但是, 低浓度聚合硫酸铁混凝废水清液浑浊度优于高浓度聚合硫酸铁废水清液。
3.2 熟化时间、水解形态与混凝效果的关系
在反应过程中, 铁的水解速度很快, 在5min左右可以完成反应, 此后, 游离态Fe (a) 浓度也开始稳定, 在熟化时间的增加之下, 同一碱化度聚合硫酸铁中, 高聚态铁与中聚态铁会发生转换, 高聚态铁的数量越高越多, 中聚态铁含量开始降低, 对于碱化度高聚态硫酸铁在同样的熟化时间之中, 聚态铁数量开始增加。熟化时间与混凝效果之间是一种反比关系, 时间越长, 混凝效果越差, 碱化度与混凝效果也是反比关系, 碱化度越大, 那么混凝效果也会越差。
3.3 聚合硫酸铁投加量、p H值与混凝效果之间的关系
聚合硫酸铁在粉丝废水中的混凝度需要控制在相应的p H值范围, 聚合硫酸铁投加量与最优p H值范围是一种正比关系, 投加量越大, 那么最优p H范围就会相应的增加, 导致该种问题出现的根本原因是由于粉丝废水中蛋白质含量较高, 那么COD含量也会增加, 蛋白质是有两种不同的特征的, 在不同p H值环境下, 就会表现出不同的电性。聚合硫酸铁是铁盐水解中间产物, 这种产物实际上是羧基联桥或者多核羧基配合物无机高分子混合物, 其中有很多无机高分子化合物。
此外, 实验还显示, 聚合硫酸铁投加量增加, 那么COD参与量就会减少, 混凝现象显示, 如果投加量增加, 那么絮体沉降速度也越来越快, 在其质量浓度超过168mg/L, COD减少情况不明显, 清液浊度会逐渐上升。
4 结语
4.1铁水解速度很快, 在5min左右能够完成反应, 反应生成的Fe (a) 浓度也开始趋于稳定, 在熟化时间的增加之下, 高聚态铁与中聚态铁会发生变化, 高聚态铁数量越来越多, 在熟化温度的增加下, 转换速度也会越快, 稳定性会变差。
4.2在碱化度的增加之下, 高聚态铁含量会逐渐的增加, 这也会影响混凝效果, 基于这一因素, 在制备聚合硫酸铁时, 不能够过度追求高相对分子质量与高碱化度。
4.3在熟化时间的增加之下, 高聚态铁的数量开始增加, 这会在一定程度上影响混凝效果, 考虑到成本问题, 在使用聚合硫酸铁时, 最好采用现场制备法。
综上所述, 应用聚合硫酸铁来处理粉丝废水的效果理想, COD去除率高, 该种措施是值得进行广泛性推广和使用的。
摘要：聚合硫酸铁属于一种新型无机高分子混凝剂, 与之前使用的硫酸铝、三氯化铁以及碱式氧化铝相比而言, 聚合硫酸铁有着显著的优势, 在处理污水时对于部分重金属离子、恶臭、色度与COD都有着良好的去除效果, 粉丝厂废水主要包括两种类型, 即高浓度有机废水与洗涤废水, 制取粉丝的原料有红薯、豌豆等等, 粉丝厂的废水又可以称之为黄浆水, 本文主要分析聚合硫酸铁在粉丝废水中的混凝效果。
关键词：聚合硫酸铁,粉丝废水,混凝效果
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