聚合氯化铝铁PAFC絮凝剂的性能研究Word文档格式.docx
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絮凝作用是复杂的物理和化学过程。
因此,影响絮凝剂作用的因素也是复杂的和多方面的。
例如,溶液的pH值、温度、搅拌速度、搅拌时间以及絮凝剂本身的性质、结构特点、分子量大小和用量多少,所采用的分离方法、工艺设计条件等,另外被絮凝的固体粒子的性质和直径大小及ζ电位大小等等,这些因素都会对絮凝效果产生直接的影响,有时甚至是决定性的影响。
1.4复合无机高分子絮凝剂
无机高分子絮凝剂(InrganiPlyerFlulent)作为第二代无机絮凝剂,比传统凝聚剂(如硫酸铝、氯化铁等)效能更优异,比有机高分子絮凝剂(PF)(PA)价格低廉等优点,成功地应用在给水、工业废水以及城市污水的各种流程(包括前处理、中间处理和深度处理)中,现已成为主流絮凝剂。
复合型无机高分子絮凝剂(见表1)是指含有铝盐、铁盐和硅酸盐等多种具有絮凝或助凝作用的物质,它们预先分别经羟基化聚合后再加以混合,或先混合再加以羟基化聚合,形成羟基化的更高聚合度的无机高分子形态,具有较单一无机高分子絮凝剂更为优异的絮凝性能和对胶体颗粒的混凝沉降效果的产品。
目前国内主要有以下品种,见表1
表1各种复合型絮凝剂
类型
名称
简称
程序
配比
Al+Fe+l
聚合氯化铝铁
PAF
Al+Fe+H
Si+Al+S42-
聚合硅酸硫酸铝
PASS
Al2(S4)3+PSi
Al+Si+l
聚合硅酸铝
PAS
PA+PSi;
Al+Si+H
[Al]/[Si]≥5
Fe+Si+l
聚合铁硅酸
PFSi
PF+PSi;
Fe+PSi+H
[Fe]/[Si]1.0
Si+Fe+l
聚合硅酸铁
PSiF
Fe+PSi+H
Al+Fe+Si+l
聚合硅酸铁铝
PAFSi
Al+Fe+PSi+H
Al+PA
聚合铝-聚丙烯酰胺
PA
PA+PA
Fe+PA
聚合铁-聚丙烯酰胺
PF
PF+PA
Al+Ph
聚合铝-甲壳素
PAPH
PA+Ph
Al+Pat
聚合铝-有机阳离子
PAT
PA+Pat
2实验部分
2.1主要仪器与试剂
实验药品:
三氯化铁、三氯化铝、氢氧化钠、重铬酸钾、试亚铁灵指示液、聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铝铁等;
实验仪器:
722型分光光度计、PHS—3精密pH、500毫升全玻璃回流装置等、恒温培养箱及玻璃仪器(滴定管、烧杯等);
2.2D的测定方法(重铬酸钾法)
2.2.1原理:
在强酸的溶液中,准确加入过量的重铬酸钾标准溶液,加热冷凝回流,将水样中的还原性物质氧化,过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂,用硫酸亚铁铵回滴,根据所消耗的重铬酸钾计算水样的化学需氧量。
2.2.2标定方法:
准确吸取10.00l的重铬酸钾溶液于500l的锥形瓶中,加水稀释至110l左右,缓慢加入30l浓硫酸,冷却后,加入3滴试亚铁灵指示剂。
用硫酸亚铁铵滴定。
溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点。
=0.2500×
10.00/V试中的:
代表硫酸亚铁铵标准溶液的浓度
V代表硫酸亚铁铵标准溶液的用量
滴定测得=0.098l/l
2.2.3测定步骤:
取20l的混合水样(或适量水样稀释至20l)置于250l的磨口回流锥形瓶中,准确加入10.00l重铬酸钾标准溶液及沸石数粒,连接磨口锥形瓶,从冷凝管的上口慢慢加入30l硫酸-硫酸银溶液,轻轻摇动锥形瓶使溶液混合均匀,冷凝回流2小时。
冷却后,用90l的水冲洗冷凝管壁,取下锥形瓶,溶液的总体积不得少于140l,否则因酸度太大,滴定终点不明显。
溶液再冷却后,加3滴试亚铁灵指示剂,用硫酸亚铁铵标准溶液滴定,溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点,记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。
测定水样的同时,取20.00l蒸馏水,按同样的操作步骤作空白实验,记录空白时硫酸亚铁铵的用量。
D=(V-V0)×
×
8×
1000/V
:
硫酸亚铁铵标准溶液的浓度(l/l)
V0:
滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量(l)
V1:
滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液的用量(l)
V:
水样的体积(l)
8:
氧的摩尔质量(g/l)
2.3浊度标准曲线的绘制:
2.3.1硅藻土的浊度标准液的配制:
称取10g的硅藻土,于研体中加入少许蒸馏水调成糊状并研细,移至1000l量筒中,加水至刻度。
充分搅拌,静置24h,用虹吸法仔细将上层800l悬浮液移至第二个1000l量筒中。
向第二个量筒内加水至1000l,充分搅拌后再静置24h。
虹吸出上层含较细颗粒的800l悬浮液,弃去。
下部沉积物加水稀释至1000l。
充分搅拌后贮于具塞玻璃瓶中,作为浑浊度原液。
取上述悬浊液50l置于已恒重的蒸发皿中,在水浴上蒸干。
于105℃烘箱内烘2h,至干燥器中冷却30in,称重。
重复以上操作,即,烘1h,冷却,称重,直至恒重。
求出每毫升悬浊液中含硅藻土的重量(g)。
吸取含250g硅藻土的悬浊液,置于1000L容量瓶中,加水至刻度,摇匀。
此溶液浊度为250度。
吸取浊度为250度的标准液100l,置于250l容量瓶中,用水稀释至标线,此溶液浊度为100度的标准液。
2.3.2浊度标准曲线的制作:
取7个250l容量瓶,分别加入0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120L250NTU的浊度标准储备液,用去离子水定容后摇匀。
以去离子水作参比,用722型分光光度计在340n波长处测定吸光度A,所得结果见表2。
表2浊度标准曲线值
标准储备液加入量/l
浊度/NTU
吸光度
10
0.075
20
0.103
30
0.121
40
0.132
50
0.176
60
0.191
70
0.212
80
0.241
90
0.272
100
0.295
110
0.349
120
0.408
根据上表数据绘制标准曲线(见图1),求得标准曲线回归方程如下:
浊度=吸光度(A)×
384.3941-13.0627γ=0.993007(相关系数)
3.PAF的絮凝实验:
实验所用的生活污水来源于上海瑞威机电设备有限公司旁边的河内,原水样水质分析:
取200l生活污水水样,用UV755B型分光光度计分别于330n和340n处测其吸光度值,根据吸光度值计算出原水相应的指标值如表3:
表3原水水质情况
D(g/l)
浊度NUL
pH
颜色
224.0
546.6
7.4
黑褐色
3.1搅拌速度和搅拌时间对絮凝效果的影响
搅拌速度和时间选择的恰当,可以加速絮凝作用,从而有利于絮凝剂发挥作用,提高絮凝效果。
取4份200l的废水样于烧杯中,先用pHS—3精密pH计调节PH值到8.0,再加入0.15g/200lPAF絮凝剂,用78-1型磁力加热搅拌器搅拌。
第一个烧杯以50r/in转速搅拌2in,第二个烧杯以100r/in转速搅拌2in,第三个烧杯以150r/in转速搅拌2in,第四个烧杯以200r/in转速搅拌2in,均静置沉降20in后取其上清液,测其浊度、pH值、D值。
结果如表4所示
表4搅拌时间为2in时相应的指标值
搅拌强度(r/in)
浊度
浊度去除率(%)
D
D去除率(%)
73.4
86.56
42.0
81.25
45.7
91.65
48.0
78.57
150
26.8
95.10
36.0
89.93
200
87.5
84.00
64.0
71.43
表5搅拌时间对PAF絮凝效果的影响
搅拌时间(in)
1
72.3
86.77
2
38.0
89.04
3
44.9
91.79
44.0
80.36
4
85.5
84.37
62.0
72.32
图3搅拌时间——浊度、D去除率曲线图
实验结果表明最佳搅拌时间和最佳搅拌强度分别为2in,转速为150r/in,此时PAF絮凝剂的絮凝效果的各项指标值:
浊度去除率达95.10%,D去除率达89.93%。
如果搅拌时间过长,搅拌速度过快,则会将能够沉降的颗粒被搅碎后变成不沉降颗粒,从而降低絮凝效果;
如果时间过短,速度过慢,则会使絮凝剂和固体颗粒不能充分的接触,从而不利于絮凝剂捕集胶体颗粒,而且絮凝剂的浓度也分布不均匀,不利于发挥絮凝作用。
3.2PAF投加量对絮凝效果的影响
实验所用的水样为生活污水,取五份200l水样分别放置在500l烧杯中加入一定量的聚合氯化铝铁,氯化铝铁的投加量分别为0.05g、0.10g、0.15g、0.20g、0.25g、0.30g,后先用搅拌机快搅2in(搅拌速度为150r/in),再慢搅5in(搅拌速度为75r/in),静置沉降20in后取上清液用UV755B型分光光度计分别在330n和340n波长处测定吸光度值,由公式计算出相应的浊度和色度以及D值和它门对应的去除率,由此确定最佳投加量。
表6PAF投加量对絮凝效果的影响
PAF投加量(g/l)
投药后的水质
Dr
250
40.0
72.7
86.71
82.14
500
163.4
70.11
71.42
750
24.6
95.50
87.93
1000
85.3
84.39
1250
100.0
43.8
92.00
55.36
1500
169.9
68.92
图4投药量—浊度去除率曲线图
图5投药量—D去除率曲线图
试验结果表明,当PAF投加量小时,D去除率随PAF的投加量变化没有显著的变化,而当PAF投加量增加到0.75g/L时,再增加PAF的量,D去除率开始下降,且随着PAF的量的增加,形成矾花越来越小,下沉越来越慢;
当PAF量为1.25g/L时,矾花非常细小,甚至出现上浮,无法分层等现象。
综合D、浊度去除率、矾花沉降速度、处理后效果及经济等方面的因素,确定PAF的最佳投药量为0.75g/L,此时的絮凝效果最好;
如果在最佳投药量时再继续投加絮凝剂,则D增加,D去除率反而有所波动,浊度有所增加,絮凝效果越来越差。
这主要是因为分散在水中的胶体颗粒带有一定的电荷,它们之间的电斥是胶体稳定的主要因素。
胶粒表面的电荷值常用电动电位ξ来表示,又称为Zeta电位。
Zeta电位的高低决定了胶体颗粒之间的斥力的大小和影响范围。
一般在天然水中胶体颗粒的Zeta电位在-30v以上,投加絮凝剂后,只要电位降到-15v左右即可得到较好的絮凝结果。
相反,当Zeta电位降到零时,反而不是最佳絮凝状态。
3.3PH值对PAF絮凝效果的影响
分别取8份200l的生活污水水样放置于500l的玻璃烧杯中,用橡胶滴管滴加NaH或HL,运用PHS—3精密PH计调节水样的PH值,测定相应的值如下表所示:
表7PH值对絮凝效果的影响
PH值
调节投药后的水质
Dr(g/l)
5
116.0
131.1
76.02
48.21
6
76.0
38.5
92.97
66.07
7
68.0
41.1
92.47
69.64
8
38.1
93.04
87.90
9
84.0
56.9
85.59
62.50
43.4
92.05
11
56.0
42.3
92.26
75.00
12
92.0
44.6
91.84
58.93
图6pH—浊度、浊度去除率曲线图
图7pH值—Dr、Dr去除率曲线图
从试验结果得知,水体的pH值对絮凝效果影响非常显著,在pH=5和pH=6时,处理效果极差,其去浊、去色效果极不明显,其上层清颜色和原水样差不多,且难以分层;
在pH=6—8范围内,处理效果较好,絮体生成快,矾花大,浊度、色度、D去除率也较高;
且当pH=8时去除效果最好,上清液最清澈,此时达到最佳状态;
而pH=9时,其去除效果不是很好,其上清液还有原水样的颜色;
故确定最佳pH值为8左右。
因此,在实际应用当中,可以通过调节水样的PH值来提高处理效果,可以投加碱或酸将水体PH值调到适宜范围,以增强絮凝效果。
3.4PAF与PA、PFS絮凝效果的对比
选择聚合氯化铝PA、聚合氯化铝铁PAF、聚合硫酸铁PFS在相同实验条件下分别处理生活污水,比较其絮凝效果。
实验结果见表8:
表8不同絮凝剂最佳投药量条件下的絮凝效果比较
絮凝剂
最佳投药量
最佳去除率(%)
率(%)
750g/l
82.60
94.60
PFS
1000g/l
82.48
93.56
由表8可知,PAF的D、浊度去除率都要略高于PA、PFS,但是PA和PFS的D去除率没有PAF的大,且PFS的浊度去除率也差些,生产成本也高于PAF,PAF的性能明显要优于其它两种絮凝剂,因此PAF是处理生活污水较好的一种絮凝剂。
3.5PAF在不同废水中的絮凝效果的研究与探讨:
用PAF分别处理不同的废水,得出PAF处理废水的应用范围。
实验数据如表9:
表9PAF处理不同废水的絮凝比较
废水类别
最佳投加量g/L
最佳PH值
最佳去除率%
生活污水
0.75
8.0
印染废水
2.4
9.0
89.70
92.30
造纸废水
0.5
7.0
95.80
84.60
从表9可知:
用PAF处理生活污水、印染废水和造纸废水的效果都很好,这就说明PAF处理废水的范围很广。
4结论:
在相同的实验条件下,分别用PAF、PA、PFS处理同种生活污水。
通过以上实验可知,PAF具有絮凝速度快,结实粗大,沉降性能好等絮凝特性,并且具有优越的除浊、脱色和去除D的良好性能;
PAF可以用多种工业废渣来制备,原料来源广泛、成本低廉、且可达到以废治废的目的,因而非常适合我国的国情,因此研究聚合铝铁复合絮凝剂有很好的科学价值和重大的实践生产意义。
参考文献:
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4~7.
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- 关 键 词:
- 聚合氯化铝 PAFC 絮凝 性能 研究