常見凈水混凝劑聚氯化鋁,聚鐵,聚硅酸鋁鐵對比分析

佰科公司通過常見凈水混凝劑聚氯化鋁,聚鐵,聚硅酸鋁鐵及復(fù)合型無機(jī)高分子好兄弟劑,并對其生產(chǎn)工藝和凈水應(yīng)用等研究,并分析了對無機(jī)高分子絮凝的前沿進(jìn)展.
混凝過程是給水和廢水處理眾多工藝流程中不可缺少的前置單元操作技術(shù)，而絮凝劑又是決定絮凝效果的關(guān)鍵因素之一。絮凝劑種類有200—300種。按化學(xué)成分可分為無機(jī)和有機(jī)兩大類¨ 。有機(jī)絮凝劑品種很多，均為巨大的線性高分子，但因其可能的毒性，在水處理中用得較少，無機(jī)混凝劑品種較少，但在水處理中應(yīng)用廣泛。
無機(jī)高分子絮凝劑(IPF)是2O世紀(jì)60年代以來發(fā)展起來的又一類新型水處理藥劑 J。它比傳統(tǒng)絮凝劑性能更優(yōu)異，又比有機(jī)高分子絮凝劑(OPF)價格低廉，尤其在當(dāng)前水源污染日趨加劇的情況下，IPF發(fā)揮了重要作用，因而被稱為第二代無機(jī)絮凝劑。目前IPF的生產(chǎn)和應(yīng)用在全世界都得到了迅速發(fā)展，已成為主流絮凝劑。近年來，這類絮凝劑的研制和應(yīng)用正成為熱點(diǎn)，開發(fā)各種新型無機(jī)高分子絮凝劑是該領(lǐng)域的熱門研究課題。
1 聚鍋絮凝劑
自20世紀(jì)初，美國、德國、前蘇聯(lián)、日本等國就陸續(xù)有化學(xué)家研究鋁的堿式鹽，并發(fā)現(xiàn)有更高的絮凝能力。我國是20世紀(jì)6O年代開始研究聚合鋁的，80年代以后聚合鋁在我國得到普遍的應(yīng)用。吳對林等利用“雙水解模型”及轉(zhuǎn)化的“雙水解連續(xù)”模型，成功的解釋了鋁的高聚物與多核聚合物之間、多核聚合物之間可以相互轉(zhuǎn)化。1990年，胡勇有等將該類研究推廣到三價共存陰離子增聚聚合鋁，在陰離子對鋁鹽水解一聚合的作用機(jī)理以及該類聚合鋁制備和應(yīng)用方面取得了一系列的成果。聚合鋁包括聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)等主要類型，目前得到廣泛應(yīng)用的主要是聚合氯化鋁。
聚合氯化鋁作為常用的無機(jī)高分子絮凝劑，其混凝機(jī)理至今仍未達(dá)到統(tǒng)一的認(rèn)識。但大多數(shù)人認(rèn)為，由于聚合鋁是一種含羥基的聚合物，有很強(qiáng)烈的界面吸附能力，其在顆粒物表面結(jié)合的效應(yīng)，對于顆粒物是其負(fù)電荷向正電荷的轉(zhuǎn)化，對于聚合鋁則是結(jié)合表面OH發(fā)生進(jìn)一步的水解，其發(fā)展趨勢則是在高濃度、高pH條件下形成表面沉淀，表面覆蓋層則可由聚合鋁轉(zhuǎn)化為鋁凝膠以至氫氧化鋁沉淀，此時凝聚作用轉(zhuǎn)化為絮凝作用為主，電中和作用轉(zhuǎn)化為粘附卷掃作用為主。與傳統(tǒng)的鋁鹽相比，聚合鋁由于含有更多的高電荷、高聚合度形態(tài)，因而具有更強(qiáng)的電中和能力和強(qiáng)烈的吸附能力，投加到水中后能立即發(fā)揮混凝的佳作用，從而表現(xiàn)出優(yōu)異的混凝效果。
李潔等以結(jié)晶AIC1 為原料制備聚合氯化鋁(PAC)，用聚硅酸對其進(jìn)行改性，獲得了改性的聚硅酸氯化鋁絮凝劑。并將其用于含油廢水的處理，當(dāng)控制投加量為125 mg／L，pH 為8，攪拌時間為20 rain，溫度為50�！�=時，其對于含油廢水的除油率，COD去除率效果佳。
徐天有以鋁灰為原料生產(chǎn)聚合鋁，研究表明，原料配比為1：5．19：7．31(鋁灰：鹽酸：水)，采用先加鋁灰后滴加鹽酸的操作方法，溫度控制在80～ 85℃ ，反應(yīng)完成后用堿液調(diào)母液pH在3．5—5之間，再熟化一段時間，所得產(chǎn)品的水處理效果較好。
晏永祥等利用高純鹽酸和氫氧化鋁酸溶法制備PAC，m(鹽酸)：m(氫氧化鋁)=1．7：1時，氫氧化鋁的溶出率和PAC的鹽基度均較高，控制壓力在0．3～0．4 MPa為宜，反應(yīng)時間控制在6 h好。高濃度鹽酸對PAC的生產(chǎn)有利，但當(dāng)PAC(以氧化鋁計)質(zhì)量分?jǐn)?shù)>18％時，產(chǎn)品不穩(wěn)定，含量越高，貯存穩(wěn)定性越差。
毛欣等-6 采用廢分子篩制備聚合氯化鋁凈水劑，佳制備工藝條件為：原料配比鹽酸與廢分子篩液固重量比3．3—3．1，反應(yīng)時間為3—3．5 h，熟化溫度為6O一65 cI=，熟化時間為1—1．5 h時，產(chǎn)品在鹽基度70％一80％，其工藝簡單、切實(shí)可行，且以廢治廢，具有良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。
2 聚鐵絮凝劑
聚合硫酸鐵(PFS)是在硫酸鐵分子族的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中插入羥基后形成的一種無機(jī)高分子絮凝劑，可有效去除水中的懸浮物、有機(jī)物、硫化物、亞硝酸鹽、膠體及金屬離子。PFS具有除臭、破乳及污泥脫水等功能，對浮游微生物也有較好的去除作用。PFS處理含油污水的效果遠(yuǎn)比硫酸亞鐵顯著，且對金屬設(shè)備的腐蝕性較小。處理前后pH值基本無變化，COD值和濁度去除率達(dá)95％以上，既能以廢治廢又能保護(hù)環(huán)境。
2．1 PFS制備
聚合硫酸鐵也稱堿式硫酸鐵或羥基硫酸鐵，其分子式一般可表示為[Fe：(OH)n(SO )，一n／2]m，它是硫酸鐵在水解絮凝過程中的一個中間產(chǎn)物。液體聚合硫酸鐵本身含有大量的聚合陽離子，如[Fe3(OH) ]¨，[Fe6(OH) ：]¨，[Fe O(OH) ]等，其在水溶液中存在著[Fe(H O) ]¨，[Fe (H O)，]¨，[Fe(H O)：]¨等絡(luò)合陽離子。它們以羥基(OH)架橋形成多核絡(luò)離子，從而形成巨大的無機(jī)高分子化合物，相對分子量高達(dá)1 X 10 。由于上述絡(luò)合離子的存在，它能夠強(qiáng)烈地吸附膠體微粒，通過粘附、架橋、交聯(lián)促使微粒絮凝。同時伴隨一系列的物理、化學(xué)變化，可中和膠體微粒及懸浮物表面的電荷，降低膠體的Zeta電位，從而破壞膠團(tuán)的穩(wěn)定性，使膠團(tuán)微粒相互碰撞而形成絮狀沉淀物。這種絮狀沉淀物表面積很大，極具吸附能力r 。由于PFS的這種既可吸附，又可脫穩(wěn)，既有粘附又有架橋的作用，使之成為性能優(yōu)越的無機(jī)高分子絮凝劑。
張敬東等提出了微生物氧化法。硫鐵礦(FeS )先經(jīng)自然氧化為FeSO ，生成的亞鐵離子經(jīng)氧化亞鐵桿菌作用，生成三價鐵離子，然后FeS 和Fe：(SO ) 發(fā)生反應(yīng)，生成的硫磺經(jīng)氧化硫桿菌作用轉(zhuǎn)化為硫酸，由以上構(gòu)成循環(huán)反應(yīng)，終FeS：被氧化為Fe：(sO )，，再經(jīng)水解、聚合可制得聚合硫酸鐵。
方莉等提出了一種人工強(qiáng)制合成高聚合度PFS的工藝。該工藝是在各種鐵的氯鹽溶液中，邊高速攪拌邊加入碳酸鈉聚合劑聚合，反應(yīng)3．5 h左右，可以生成膠狀絮凝劑，干燥后即制得固體產(chǎn)品。吳濟(jì)華¨ 研究了利用固相配位化學(xué)工藝制備聚合硫酸鐵。以硫酸亞鐵為原料，在催化劑作用下，攪拌混合氧化，然后再加入一定量硫酸聚合制得分子式為Fe2mOn(SO4)3m-n(m 趙慧等-l 研究了以煉鋼煙塵和含硫酸的酸、工業(yè)硫酸為原料，加氧化劑合成PFS的方法，不但解決了化工廠外排各種有機(jī)、無機(jī)廢酸污染河流的問題，而且其廢酸經(jīng)過上述工藝后再往外排放就變成了凈水劑，對河流的凈化也起到積極的作用。
2．2 PFS的應(yīng)用
易德蓮等¨ 用聚合硫酸鐵處理含砷污水，pH值控制在適宜范圍內(nèi)，可使硫酸廠污水中砷含量由8．2 mg／L下降到0．5 mg／L以下，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
呂向紅¨ 用聚合硫酸鐵處理制革污水，當(dāng)pH=8．5和投藥量為300 mg／L(Fe“ 計)時，COD和S 一去除率分別達(dá)到83．4％和96．4％，其處理效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于FeSO 的處理效果。
劉國平用聚合硫酸鐵處理廢水，其中對于染料廢水的脫色率高達(dá)95％；對于乳化液廢水的處理，水中油的去除率高達(dá)99．8％。鄭懷禮等利用四川染料廠的廢硫酸樣品和重慶火力發(fā)電廠粉煤灰樣品(并適當(dāng)添加其含鐵廢渣)制備的聚合硫酸鐵混凝效果良好。
蔣麗玫等用聚合硫酸鐵處理造紙廢水使sS大量降低的同時，COD、色度也隨之下降。由此使造紙廢水處理有了突破性的進(jìn)展，而且鐵鹽無毒，使用安全。
3 聚合硅酸絮凝劑墻馴
聚硅酸是常使用的助絮劑，但在儲存時由于自聚作用易析出硅膠而失去絮凝功能。一些金屬離子有抑制硅酸聚合延緩其膠凝的作用，這主要是因?yàn)榫酃杷嶂幸私饘匐x子后，一方面降低了溶液的pH值，使其中有效成分的數(shù)量減少，另一方面降低了聚硅酸表面發(fā)生聚合作用的羥基氧的電子密度，從而抑制了硅酸的聚合。人們把活性硅和一般金屬鹽類絮凝劑(鋁鹽、鐵鹽)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，研究開發(fā)出了許多聚硅酸金屬鹽類產(chǎn)品。
袁斌等引以AI2(SO4)3和Na2SiO3為原料，采用復(fù)合共聚法，制各了PASS，并對其除濁、脫色、除油的性能進(jìn)行了研究，均取得了滿意的處理效果。喬燕等 J以聚合氯化鋁(PAC)和水玻璃為原料，采用復(fù)合共聚的方法成功地研制出了聚合氯化鋁硅(PASC)復(fù)合混凝劑。對制備PASC工藝中聚硅酸(PSA)的濃度、pH值、聚合活化時間、聚合氯化鋁鹽基度等工藝參數(shù)進(jìn)行了選擇與優(yōu)化：并對PASC和PAC進(jìn)行了長江水的混凝性能實(shí)驗(yàn)對比，結(jié)果表明，PASC具有更優(yōu)異的混凝性能。大量研究表明，鋁硅復(fù)合混凝劑具有優(yōu)良的凈水效果和較低的殘留鋁含量。
聶麗君等采用一步法合成聚硅酸鋁鐵的佳條件為：Fe／AI摩爾比為0．25，Na SiO ·9H 0溶液聚合時間和反應(yīng)時間均為10 min，反應(yīng)溫度為4O℃ ，Al／Si摩爾比為1．0。其對低濃度的煤泥水的混凝效果和在短時間內(nèi)對高濃度的煤泥水的混凝效果均好于商品PAC。
4 展望
隨著全球污染的加劇，我們現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)還包括去除水體中痕量的污染物。為了適應(yīng)這種形勢，現(xiàn)在很多研究人員都在積極研究開發(fā)復(fù)合型混凝劑或者絮凝劑，在這方面國內(nèi)的研究也相當(dāng)活躍。近幾年國外已經(jīng)開始吸附型混凝劑的研究，例如在混凝劑中加人超微粉吸附劑，如粉末活性炭、硅藻土、活性粘土等，這樣吸附劑可以與混凝劑協(xié)同作用，達(dá)到去除膠體和分子分散狀態(tài)物質(zhì)的目的引。雖然無毒、可生物降解的與環(huán)境相協(xié)調(diào)的天然有機(jī)高分子絮凝劑和微生物絮凝劑的研究取得了一定的進(jìn)展，但無機(jī)高分子混凝劑無毒、價廉、高效的優(yōu)點(diǎn)，在廢水處理中占有重要位置�？偟恼f來，我國多數(shù)廠家生產(chǎn)的規(guī)模不大，工業(yè)化程度不高，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定，能夠持續(xù)進(jìn)入國際市場的不多，而目前國際上有些廠家也在積極活動進(jìn)入我國市場。所以，沒有深入的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)研究，很難生產(chǎn)出高優(yōu)性能的產(chǎn)品，滿足我國日益增長的生產(chǎn)和環(huán)境污染治理的需求。因此，開發(fā)研制新型高效的無機(jī)高分子絮凝劑仍需研究人員長期不斷的努力。