聚合硫酸鋁鐵的制備與應(yīng)用研究_石曉明

1、聚合硫酸鋁鐵的制備與應(yīng)用研究石曉明1,楊勇1,楊漢新1,鄭偉斌2,劉杰3(1廣東省環(huán)境保護職業(yè)技術(shù)學(xué)校,廣東廣州510655;2廣東省環(huán)境保護廳環(huán)境監(jiān)察局,廣東廣州510630;3桂林理工大學(xué)廣西環(huán)境工程與保護評價重點實驗室,廣西桂林541004摘要目的研究聚合硫酸鋁鐵的制備和應(yīng)用。方法采用3因素3水平L 9(33正交試驗制備聚合硫酸鋁鐵(PAFS ,通過PAFS 對含油廢水濁度和色度的去除效果研究了PAFS 的最佳合成條件和最佳處理條件,并通過與硫酸鐵、硫酸鋁和聚合氯化鋁(PAC 絮凝效果的比較,對PAFS 的性能進行評價。結(jié)果當Fe /Al 摩爾比為3:5,pH 值為35,熟化溫度為65時

2、,合成的產(chǎn)品性能最優(yōu),去濁率達9455%,脫色率達96%,除油率達8267%。當投加量為140mg /l ,原水pH 值為8時,PAFS 處理效果最佳,去濁率達9505%。相同條件下,PAFS 的絮凝效果優(yōu)于其他3種絮凝劑。結(jié)論為PAFS 的合成和應(yīng)用提供理論依據(jù),對實際生產(chǎn)和含油污水的處理有一定經(jīng)濟效益。關(guān)鍵詞聚合硫酸鋁鐵;含油廢水;正交試驗;去濁率中圖分類號X703文獻標識碼A 文章編號05176611(2011080463202Preparation and Application of Polymeric Aluminum Ferric SulfateSHI Xiao ming et

3、al (Vocational and Technological School of Guangdong Environmental Protection ,Guangzhou ,Guangdong 510655Abstract Objective The aim was to study preparation and application of polymeric aluminum ferric sulfateMethod Orthogonal experi-ment of three elements and three levels was used to prepare polym

4、eric aluminum ferric sulfate (PAFS ,and the optimum synthesis conditions and treatment conditions from the removal efficiency of PAFS on the turbidity and color were analyzed ,the performance of PAFS was also eval-uated comparing the flocculation effect of ferric sulfate ,aluminum sulfate and poly a

5、luminum chlorideResult The results showed that the flocculants displayed floccuulation performance of the best when Fe /Al molar ratio was 3:5,pH and curing temperature were 35and 65,meanwhile ,the rates of turbidity ,decoloration and oil removal were 9455%,96%and 8267%And the optimum processing con

6、ditions were under the dosage of 140mg /L ,the pH of raw water was 8,then the turbidity removal ratio was 9505%Under the same conditions ,the flocculation of PAFS was better than the other threeConclusion The study provided theoretical support for the preparation and application of the PAFS ,and it

7、was beneficial to the actual production and treatment of oily wastewaterKeywords Polymeric aluminum ferric sulfate ;Oily wastewater ;Orthogonal experiment ;The rate of turbility基金項目廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃課題(桂科攻101240033。作者簡介石曉明(1976,男,湖北鐘祥人,工程師,碩士,從事環(huán)境科學(xué)與環(huán)境化學(xué)方面的研究。收稿日期2010-12-13絮凝法水處理技術(shù)是廢水處理中應(yīng)用最廣泛、最經(jīng)濟、最重要的方法1

8、,也是去除水體中小顆粒膠體物質(zhì)最有效的方法之一2。當待處理廢水是一種既穩(wěn)定又復(fù)雜的分散體系,而傳統(tǒng)絮凝劑和無機高分子絮凝劑無法滿足處理的要求時,復(fù)合無機高分子絮凝劑具備較好的處理效果,表現(xiàn)出廣譜、低毒、原料低廉、處理效果好以及操作簡單等優(yōu)勢3。近年來,含油廢水對生態(tài)環(huán)境的污染已得到越來越多的關(guān)注,它的有效處理對生態(tài)環(huán)境保護意義深遠4。聚合硫酸鋁鐵(PAFS 是三大復(fù)合無機高分子絮凝劑之一,目前對其絮凝效果方面的研究較少。筆者對聚合硫酸鋁鐵的合成條件和處理條件進行了研究,并對其性能進行比較評價,以期獲得更適于處理含油廢水、性能更優(yōu)的絮凝劑,為聚合硫酸鋁鐵的應(yīng)用及推廣提供理論依據(jù)。1材料與方法11

9、儀器與試劑儀器:TN100型濁度計,Sartorius PB-10pH 計,MY3000-6智能型絮凝試驗攪拌儀(湖北省潛江市梅宇儀器有限公司,JJ-1型精密增力電動攪拌器(上海浦東物理光學(xué)儀器廠,HHS-2S 電子恒溫不銹鋼水浴鍋(上海光地儀器設(shè)備有限公司,79-1型磁力加熱攪拌器(江蘇金壇市金城國盛實驗儀器廠,722可見分光光度計,電子天平(上海峻熙電子科技有限公司。藥劑:重鉻酸鉀、濃硫酸、硫酸銀、硫酸亞鐵銨、試亞鐵靈指示劑、硫酸鐵、硫酸鋁、無水碳酸鈉、石油醚、氫氧化鈉。以上藥劑均為分析純。水樣:采自江漢油田實際生產(chǎn)中的含油廢水,其物理化學(xué)性質(zhì):濃度106NTu ,色度200,含油量103

10、83mg /L ,COD 495mg /L ,pH 值715。12方法121PAFS 的制備。采用硫酸鐵和硫酸鋁溶液加堿聚合法合成PAFS ,合成工藝流程:稱樣溶解調(diào)節(jié)pH 值保溫熟化液體PAFS 。準確稱取一定量的硫酸鐵(Fe 2(SO 43、硫酸鋁(Al 2(SO 43·18H 2O 于定量水中,用飽和碳酸鈉溶液調(diào)節(jié)pH 值,在確定溫度下邊攪拌邊保溫使其聚合。保溫時間嚴格按照熟化時間,常溫冷卻、結(jié)晶,即得所需產(chǎn)品。122PAFS 的應(yīng)用研究。1221PAFS 處理含油廢水。采用單因素試驗研究PAFS在不同條件下對含油廢水的絮凝效果。單因素試驗中,投加PAFS 進行絮凝處理后,均采

11、用以下操作流程:先快攪(300r /min 1min ,再慢攪(100r /min 5min ,靜置15min ,取距離水面10mm 處的水樣進行檢測。最佳合成條件:Fe /Al 摩爾比。取熟化溫度T =60、熟化時間t =25h 、pH =305,分別在Fe /Al 摩爾比為02、04、06、08、10的條件下合成PAFS ,取PAFS 投加量為120mg /L 對試驗水樣進行絮凝處理6。pH 值。取熟化溫度T =60、熟化時間t =25h 、Fe /Al =04,分別在pH 值為20、25、30、35、40條件下合成PAFS ,取PAFS 投加量為120mg /L 對試驗水樣進行絮凝處理。

12、熟化溫度。取熟化時間t =25h 、pH =35、Fe /Al =04,分別在熟化溫度為50、55、60、65、70條件下合成PAFS ,取PAFS 投加量為120mg /L 對試驗水樣進行絮凝處理。最佳處理條件:PAFS 投加量。取200ml 待測水樣于不同燒杯中,向燒杯中分別投加不同量的PAFS ,對試驗水樣責任編輯李占東責任校對盧瑤進行絮凝處理,投加量分別為40、60、80、100、120、140、160、180、200mg/L。pH值。取200ml待測水樣于不同燒杯中,用01mol/L的NaOH溶液和01mol/L的H2SO4溶液分別調(diào)其pH值為5、6、7、8、9、10、11、12,然

13、后向其中加入140 mg/L的PAFS溶液對試驗水樣進行絮凝處理。1222常規(guī)因子的測定方法。重鉻酸鉀標準法測COD7,稀釋倍數(shù)法測色度8,濁度計測濁度9,分光光度計測定試驗水樣的含油量10。去濁率=(原廢水濁度處理后廢水濁度/原廢水濁度100%,脫色率=(原廢水色度處理后廢水色度/原廢水色度100%。2結(jié)果與分析21最佳合成條件211單因素對PAFS絮凝效果的影響。由表1可知, Fe/Al摩爾比、pH值、熟化溫度對PAFS絮凝劑的合成有不同程度的影響,不同合成條件下制備的PAFS的絮凝效果存在顯著差異。其中,不同F(xiàn)e/Al摩爾比條件下,PAFS去濁率為4755% 766%,脫色率為68% 9

14、6%,且去濁率和脫色率均隨Fe/Al摩爾比的增大呈先增大后減小的趨勢,當Fe/Al摩爾比為04時,PAFS的去濁率達到最大值766%,繼續(xù)增大Fe/Al摩爾比,PAFS去濁率的相對減少量大于PAFS脫色率的相對增加量,且此時脫色率達92%,則Fe/Al摩爾比為04時絮凝效果最好。處理效果先增強后減弱的可能原因是Fe含量的增加提高了產(chǎn)品的聚合度,從而增強了絮凝劑的絮凝效果,當Fe含量過大時,由于Fe 優(yōu)于Al的水解聚合作用,從而降低產(chǎn)品的電中和能力,致使絮凝效果變差11。pH值影響絮凝劑的形態(tài),從而導(dǎo)致絮凝效果存在差異12。由表1可知,pH值對PAFS去濁率的影響較大,在pH值2 4時PAFS去

15、濁率為2208% 9575%,脫色率為68% 92%,且pH3時脫色率基本保持穩(wěn)定。PAFS的絮凝效果對熟化溫度的敏感性差,PAFS去濁率和脫色率分別為8974% 9575%、84% 96%。由此可知,在其他條件一定時,Fe/Al=04,pH=35、熟化溫度為60時,PAFS的絮凝處理效果最好。表1Fe/Al摩爾比、pH值、熟化溫度對PAFS絮凝效果的影響Table1Effect of Fe/Al molar ratio,pH and curing temperature on PAFS flocculation effect項目ItemsFe/Al0204060810pH2025303540

16、熟化溫度Curing temperature5055606570處理后水樣濁度NTU Water sam-ple turbidity after treatment556248284326362826695284458331266108845745816處理后水樣色度倍Water samplechroma after treatment去濁率%Turbidity removal rate4755766732169256585220834437321957592148806897495759297923脫色率%Decolorization rate689296928468849292928492

17、969692212合成條件的正交試驗分析。選擇Fe/Al摩爾比、pH值、熟化溫度3個因素,根據(jù)前期試驗驗結(jié)果選取3個水平,采用L9(33正交試驗13,研究不同條件下合成的PAFS對含油廢水濁度的去除效果。正交試驗因素水平和結(jié)果見表2、3。由表3可知,PAFS對含油廢水的去濁率在76% 94%,去濁效果存在一定差異。對廢水濁度去除率的影響為ABC,優(yōu)化水平組合為A2B2C2,即Fe/Al摩爾比為35,pH值為35,熟化溫度為65。表2PAFS制備試驗設(shè)計因素水平Table2Experimental design factors and levels of PAFS preparation水平Le

18、vels因素FactorsFe/Al摩爾比(AFe/Al molar ratiopH值(BpH value溫度(CTemperature12530602353565345407022最佳處理條件PAFS投加量和原水pH值對PAFS去濁率的影響見圖1、2。由圖1、2可知,在一定范圍內(nèi),隨著PAFS投加量的增加,PAFS對含油廢水濁度的去除率隨之增加,PAFS投加量達100mg/L后,去除率的變化趨于平緩,投加量為140mg/L時,絮凝處理效果達到最佳,繼續(xù)增加投加量,去濁率呈略減小的趨勢。可能原因是增加絮凝劑的投加量,可以增加雜質(zhì)顆粒參與卷掃和吸附架橋的機會,從而提高絮凝效果;過量投加會導(dǎo)致已經(jīng)

19、中和的帶負電膠體粒子因再次吸附而帶正電,并重新達到穩(wěn)定狀態(tài),產(chǎn)生膠體保護作用,從而減弱絮凝效果。一定范圍內(nèi),PAFS對含油廢水濁度的去除率與原水pH值呈正比例關(guān)系,在原水pH=8時絮凝效果達到最佳,且當pH值在7 12時,去濁率變化趨勢趨于平緩,去濁率均達到87%以上,這說明PAFS對原水pH值的適用范圍較廣。此外,原水pH值和PAFS投加量對去濁率的影響趨勢表現(xiàn)出很好的相關(guān)性,其相互之間的復(fù)合絮凝機理值得進一步研究。表3正交試驗結(jié)果Table3Results of orthogonal test試驗號Test number因素LevelsA B C濁度NTUTurbidity去濁率%Turb

20、idity re-moval rate 111124807660 21227459297 313318858222 42129089143 5223678936 62318879163 731313548723 832110658995 93326349402k1839385098606k2922292189281k390489298768R82970967523PAFS的性能評價231不同絮凝劑絮凝效果的比較。由圖3可知,PAFS的(下轉(zhuǎn)第4832頁336439卷8期石曉明等聚合硫酸鋁鐵的制備與應(yīng)用研究2龔蓉,谷洪波小城鎮(zhèn)住宅區(qū)規(guī)劃設(shè)計評價指標體系研究J 湖南城市學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,200

21、8(3:31343方明新型農(nóng)村社區(qū)規(guī)劃多角度思考J 建設(shè)科技,2006(22:50514趙霄龍就地取材新農(nóng)村建材本土資源化J 建設(shè)科技,2006(11:檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪15(上接第4633頁絮凝效果均優(yōu)于其他3種絮凝劑。其中,PAFS 絮凝效果優(yōu)于傳統(tǒng)無機鹽類絮凝劑硫酸鐵和硫酸鋁。主要是因為PAFS 水解聚合生成多核配位物,能有效壓縮雙電層,降低或消除原水中膠體的電位,從而降低顆粒間的排斥力,增強電中和能力14。此外,高聚物絮凝劑具有較大的比表面積和較高正電荷,在吸附水體中帶負電的雜質(zhì)方面表現(xiàn)出很強的凈水性能和吸附能

22、力15。PAFS 絮凝效果優(yōu)于PAC 的可能原因是Fe 3+及其水解作用降低了聚合物表面及粒子表面的負電荷,促進吸附電中和作用和吸附架橋作用,從而增強絮凝劑對懸浮顆粒的吸附能力12,16 。圖1PAFS 投加量對去除率的影響Fig1Effects of PAFS dosage on turbidity removal rate圖2原水pH 值對去除率的影響Fig2Effect of pH value of raw weter on turbidity removal rate圖3不同絮凝劑投加量對去濁率的影響Fig3Effects of different flocculant types a

23、nd dosage on turbid-ity removal rate232PAFS 對含油廢水的處理效果。結(jié)果表明,所制備的產(chǎn)品對濁度的去除率為9455%,對色度的的去除率為96%,對油的去除率為8267%。與現(xiàn)階段各種絮凝劑的去除效果相比,均達到較高水平,由此可知,該產(chǎn)品的性能較優(yōu)。3結(jié)論(1合成條件Fe /Al 摩爾比、pH 值、熟化溫度對產(chǎn)品PAFS 的性能有不同程度的影響。其中pH 值對PAFS 去濁率的影響較大,當pH 值在2 4時,PAFS 去濁率為2208% 9575%。Fe /Al 摩爾比對其性能的影響也較大,且去濁率和脫色率均在30%左右。在不用熟化溫度條件下,PAFS

24、性能變化不明顯。(2絮凝劑PAFS 在處理含油廢水時,不同投加量和原水pH 值條件下,其絮凝機理發(fā)生改變,從而對絮凝效果產(chǎn)生影響。絮凝試驗結(jié)果表明,投加量為140mg /L 、原水pH =8時,絮凝效果最佳。(3PAFS 的絮凝效果優(yōu)于硫酸鐵、硫酸鋁和PAC ,表現(xiàn)出用量少、形成礬花大、沉降速度快、去除率高等優(yōu)勢。相同條件下,與硫酸鐵、硫酸鋁和PAC 相比,PAFS 對濁度的去除率提高了10%左右,且絮凝處理后含油廢水的濁度更低。研究表明,PAFS 在含有廢水的處理方面優(yōu)勢明顯,這對PAFS 的應(yīng)用及推廣具有重要意義。參考文獻1RADOIU M T ,Martin D I ,CALINESCU I ,et alPreparation of poly-elec-trolytes for wastewater treatment J Journal of Hazardous Materials ,2004,106:27372SPINELLI L SInfluence of polymerbases on the synergistic effects ob-tained from mixtures of additives in the petrole