聚硅氯化鋁鐵絮凝劑的制備及應(yīng)用研究*

趙 麗，張 慶，趙明明，尹國(guó)勛

(1．河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南焦作454003;2．河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)隊(duì))

聚硅氯化鋁鐵絮凝劑的制備及應(yīng)用研究*

趙 麗1，張 慶2，趙明明1，尹國(guó)勛1

(1．河南理工大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南焦作454003;2．河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第二地質(zhì)隊(duì))

以工業(yè)固廢赤泥、粉煤灰以及鹽酸等為原料，采用酸浸的工藝制備聚硅氯化鋁鐵絮凝劑。初步研究了該絮凝劑的生產(chǎn)工藝條件及產(chǎn)品對(duì)皮革廢水的絮凝效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:制備聚硅氯化鋁鐵絮凝劑的最佳工藝條件為粉煤灰和赤泥的質(zhì)量比為1∶2，焙燒溫度為850℃，液固體積質(zhì)量比為5 mL/g，在此條件下原料中鐵的最大浸出率為73．9%。絮凝劑對(duì)皮革廢水的最佳投放量為250 mg/L，產(chǎn)品對(duì)皮革廢水COD、SS的去除率可高達(dá)73．91%、97．86%，處理過(guò)的水透光度高。

粉煤灰;赤泥;聚硅氯化鋁鐵;絮凝劑

聚硅氯化鋁鐵(PSAFC)絮凝劑是新型復(fù)合無(wú)機(jī)高分子絮凝劑，其在工業(yè)用水的預(yù)處理，各類工業(yè)廢水的處理和生活污水、污泥的處理等方面有著廣闊的應(yīng)用前景［1］。焦作市工業(yè)固體廢物赤泥、粉煤灰均含有一定的鋁、鐵和硅成分，但目前粉煤灰僅作為建筑材料使用，利用率在30%左右，赤泥尚未做工業(yè)應(yīng)用。筆者研究了利用粉煤灰和赤泥制備新型復(fù)合絮凝劑PSAFC的工藝方法及其在廢水中的應(yīng)用，這對(duì)于有效減少焦作市工業(yè)固廢的堆存量及實(shí)現(xiàn)絮凝劑的低成本工業(yè)化生產(chǎn)具有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1．1 主要原料、儀器及分析測(cè)試方法

粉煤灰和赤泥分別取自焦作電廠的王掌河粉煤灰堆放場(chǎng)和焦作中州鋁廠的赤泥堆放場(chǎng);粉煤灰和赤泥中w(Al2O3)分別為29．3%、12．68%， w(Fe2O3)分別為5．05%、11．3%，w(SiO2)分別為49%、18．47%［2］;自然風(fēng)干，控制粒徑小于150 μm備用。鹽酸、無(wú)水碳酸鈉、氯化鈉，均為分析純?cè)噭?/p>

KSW－4D－11型馬弗爐，JB－3型定時(shí)恒溫磁力攪拌器，ZR4－6混凝實(shí)驗(yàn)攪拌機(jī)，pHS－3C型酸度計(jì)，WGZ－200數(shù)字式濁度儀。

COD采用重鉻酸鉀法測(cè)定;SS采用重量法測(cè)定。

1．2 絮凝劑的制備工藝

絮凝劑的制備流程分為3個(gè)階段:焙燒、酸浸、過(guò)濾。首先將赤泥和粉煤灰按照一定比例混合后加入一定的無(wú)水碳酸鈉和氯化鈉，充分混合均勻后，一定溫度下在馬弗爐內(nèi)進(jìn)行焙燒。將焙燒產(chǎn)物按一定的液固體積質(zhì)量比(簡(jiǎn)稱液固比)加入鹽酸后，在帶有回流冷凝管的磨口錐形瓶中進(jìn)行反應(yīng)，錐形瓶放在定時(shí)恒溫磁力攪拌器下于100℃反應(yīng)2 h。將反應(yīng)后的物料進(jìn)行過(guò)濾，濾液即為成品。濾液中鐵的含量測(cè)定方法見(jiàn)文獻(xiàn)［3］。

1．3 PSAFC處理皮革廢水的實(shí)驗(yàn)

采用混凝實(shí)驗(yàn)攪拌機(jī)在1 000 mL燒杯中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。取原水樣300 mL，加入絮凝劑并用蒸餾水稀釋到600 mL，啟動(dòng)攪拌器，先快速(100 r/min)攪拌3 min，再慢速(30 r/min)攪拌7 min。從攪拌杯中提出槳葉，靜置30 min。用50 mL注射器從距液面3 cm處抽取上清液約300 mL，測(cè)其COD、pH、濁度、SS、水溫。

2 結(jié)果與討論

2．1 粉煤灰與赤泥配比的確定

其他條件不變改變粉煤灰和赤泥的質(zhì)量比，原料中鐵的浸出率測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可知，當(dāng)粉煤灰和赤泥的質(zhì)量比為1∶2時(shí)，鐵的浸出率達(dá)到最高值73．99%，因此確定粉煤灰和赤泥的最佳質(zhì)量比為1∶2。

表1 粉煤灰和赤泥的質(zhì)量比對(duì)鐵浸出率的影響

2．2 助劑和純堿用量

按照NaCl與粉煤灰的質(zhì)量比為0．2∶1在原料中加入NaCl［3］。根據(jù)粉煤灰的化學(xué)成分可大致確定粉煤灰與碳酸鈉的質(zhì)量比為1∶0．8［4－5］。

2．3 焙燒溫度的確定

其他條件不變，考察焙燒溫度(焙燒時(shí)間2 h)對(duì)鐵浸出率的影響，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，當(dāng)焙燒溫度為850℃時(shí)，鐵浸出率可達(dá)到73．99%。因此，確定最佳焙燒溫度為850℃。

表2 焙燒溫度對(duì)鐵浸出率的影響

2．4 最佳液固比

其他條件不變，考察不同液固比對(duì)鐵浸出率的影響，選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的鹽酸，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，當(dāng)液固比為5 mL/g時(shí)，鐵的浸出率較高，為73．99%，因此確定最佳液固比為5 mL/g。

表3 液固比對(duì)鐵浸出率的影響

2．5 絮凝劑處理皮革廢水的效果

原水COD值為2 391．4 mg/L。采用PSAFC進(jìn)行皮革廢水的混凝實(shí)驗(yàn)，考察絮凝劑加入量對(duì)COD、SS去除率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知，當(dāng)PSAFC的投加量為250 mg/L時(shí)，COD、SS去除率均達(dá)到最大值，COD的去除率為73．91%，SS的去除率為97．86%。因此，PSAFC的最佳投加量為250 mg/L。

圖1 PSAFC投加量對(duì)COD、SS去除率的影響

3 結(jié)論

以粉煤灰和赤泥制絮凝劑PSAFC的適宜條件: m(粉煤灰)∶m(赤泥)∶m(碳酸鈉)∶m(NaCl)= 1∶2∶0．8∶0．2，將物料攪拌均勻，在850℃焙燒2 h，然后按液固比為5 mL/g加入鹽酸在100℃下浸取2 h。上清液為橙黃色液體成品PSAFC，鐵的最大浸出率為73．99%。制得的PSAFC絮凝劑能有效去除皮革廢水中的COD和SS，COD、SS去除率分別為73．91%、97．86%，絮凝劑最佳投放量為250 mg/L。

［1］羅道成，劉俊峰．鋁廠赤泥制備無(wú)機(jī)高分子絮凝劑聚硅酸鐵及應(yīng)用［J］．無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2005，37(6):52－54．

［2］尹國(guó)勛，余建萍．利用粉煤灰和赤泥制備新型無(wú)機(jī)復(fù)合絮凝劑的研究［J］．中國(guó)資源綜合利用，2007，25(4):18－20．

［3］胡弘鯤．聚合氯化鋁鐵的制備及其應(yīng)用研究［D］．四川:四川大學(xué)，2002:29－30．

［4］俞尚清，潘志彥，錢小飛，等．聚硅酸氯化鋁鐵絮凝劑制備及絮凝效果的研究［J］．環(huán)境污染與防治，2004，26(2):121－123．

［5］余建萍．利用粉煤灰和赤泥制備復(fù)合絮凝劑的實(shí)驗(yàn)研究［J］．中國(guó)資源綜合利用，2009，27(11):18－20．

Preparation and application of polysilicic aluminum ferric chloride flocculant

Zhao Li1，Zhang Qing2，Zhao Mingming1，Yin Guoxun1
(1．School of Resource＆Environmental Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454003，China;
2．The Second Geological Team，Henan Bureau of Geoexploration and Mineral Development)

Polysilicic aluminum ferric chloride(PSAFC)was prepared by acid leach process and with industrial solid waste red mud，fly ash，and hydrochloric acid as raw materials．Technology conditions and the product's flocculating effects on the tannery wastewater were studied preliminarily．It was found that the optimal technology conditions were as follows: mass ratio of fly ash to red mud was 1∶2，roasting temperature was 850℃，and the volume/mass ratio was 5 mL/g．Maximum leaching ratio of Fe from red mud and fly ash was 73．9%under those optimal conditions．The optimal initial dosage of the product in tannery wastewater was 250 mg/L．COD and SS'maximum removal rates were 73．91%and 97．86%respectively and the wastewater had high transmittancy after treatment．

fly ash;red mud;PSAFC;flocculant

TQ314．253

A

1006－4990(2011)07－0054－02

河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(072102350023);河南理工大學(xué)青年基金項(xiàng)目(Q2009－42)。

2011－01－24

趙麗(1977— )，女，副教授，在讀博士，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程與化學(xué)，已發(fā)表文章近20篇。

聯(lián)系方式:zhaoli@hpu．edu．cn