新型无机高分子混凝剂聚硅酸铝铁的应用及动态模拟实验研究

目前在废水处理领域，其处理方法有生物化学法、离子交换法、化学氧化法、电渗析法和混凝沉淀法等，而应用最普遍、并且成本较低的处理方法仍然是混凝沉淀法。它几乎可以用于各种工业废水和城市污水的预处理、中间处理和最终处理，以及污泥处理当中。混凝剂性能是影响混凝沉淀处理效果的关键因素。因此，研制和开发高效能、低毒无公害、低能耗、低成本的新型混凝剂就显得非常重要。我们自行研制成功的聚硅酸铝铁类系列混凝剂(PSAFC、PSAFS、PSAFCS)，作为新型的无机高分子复合型混凝剂，属于水溶性无机高分子物质。其实质为铝、铁盐类水解过程的中间产物与硅酸根阴离子等基团的结合体。本文在前人工作的基础上，主要研究了复合型聚硅酸铝铁类混凝剂(PSAFCS)的配制、各类不同配比混凝剂的粘度、ζ电位与混凝效果的关系、以及对印染废水、垃圾渗滤液和造纸废水的静态和动态混凝处理效果等，得到了以下相应的认识和结论。1．在聚硅酸铝铁类混凝剂配制阶段，由于SiO_2的引入将影响混凝剂的聚合度、Zeta电位、存放时间和混凝处理效果等，本论文测定出水玻璃模数K，其值为2.86。而且，硅的存在使混凝剂形态发生了改变，吸附架桥能力增强，增加了混凝剂聚合度，但在某种程度上降低了混凝剂的电中和能力。2．考虑到铝和铁在聚合反应中速度的差异，铁具有极强的亲OH~-能力，能极快地与OH~-形成多羟基聚合物；而铝的亲OH~-能力相对较弱，聚合反应速度缓慢。为了能够使铝盐与铁盐交叉共聚，在配制混凝剂时需采取先加含铝原料，稳定后再加含铁原料的方式。碱化度B是在制备混凝剂时的一个重要操作指标，寻求最佳的碱化度值有利于制备出高效的混凝剂。3. 在PSAFCS中，硫酸根的引入在某种程度上可以增加混凝剂的聚合度和稳定性，增强絮凝能力。并且不同SO_4~(2-)/CI~-比的混凝剂在混凝效果上存在差异。另外，目前市场上工业硫酸与工业盐酸价格相差不大，而工业硫酸的当量数是工业盐酸的1.94倍，故用硫酸代替部分盐酸可降低酸耗成本。4．Ferron逐时络合比色法被广泛应用于铝盐、铁盐溶液的形态分析，并且可得出较好的分析结果。但是在铝铁共存的溶液中进行形态分析，尚有一定困难。5．混凝剂的表观分子量与粘度之间存在着正比关系，通过测定，聚硅酸铝铁类混凝剂的增比粘度随着存放时间有一定的上升趋势，其中硫酸盐型混凝剂(PSAFS)的趋势最明显，存放时间相对较短。盐酸盐型混凝剂(PSAFC)的增比粘度与PSAFS和PSAFCS相比最小。说明其聚合度最小，硫酸根的介入可使聚硅酸铝铁类混凝剂的聚合度增大。比浓粘度与质量浓度之间存在着一定的正相关关系。6. 混凝剂的ζ电位值由于硅的引入而变得有正有负，这与不同类型混凝剂中硅、铝、铁的相对含量有关。一般SiO_2:(Al+Fe)比值大于1:2时，ζ电位为负值。7．系统阐述了PSAFC和PSAFS在印染废水处理中的应用，经过混凝处理的印染废水出水中，残留硅的含量在0.16mg／L～1.68mg／L之间；残留铁的含量在22.4 μg／L～0.52mg／L之间；残留铝的含量在0.1lmg／L～2.60mg／L之间，而且残留铝含量与碱化度B值之间有着很好的负相关关系，即随着混凝剂碱化度值的增大，残留铝含量降低。系列聚硅酸铝铁类混凝剂对印染废水的色度、浊度、COD等都有较好的去除效果。8．第一次把聚硅酸铝铁类混凝剂应用于垃圾填埋场渗滤液的处理上，通过混凝一臭氧氧化处理后，垃圾渗滤液的BOD_去除率达75.4％、COD去除率达70．6％、色度去除率达94％，其出水水质基本接近我国生活垃圾填埋场污染控制标准(GBl6889--1997)二级标准。9．首次在实验室内进行动态模拟实验，我们用自行设计的动态处理装置，选用13号PSAFCS型混凝剂对造纸废水进行试验，混凝剂SiO_2:Al:Fe比值为1:0.75:0.75，ζ电位为10.8毫伏。在最佳水力条件和最佳混凝剂投量的情况下，对造纸废水的COD去除率达92.5％、色度去除率达96.9％，达到国家造纸工业污染物排放一级标准，说明复合型聚硅酸铝铁类混凝剂(PSAFCS)对造纸废水有着优异的去除效果。