處理鋁型材廠污水用復(fù)合聚硅酸鋁鐵的制備與絮凝效果的分析

張小琴

廣東省工業(yè)技術(shù)研究院（廣州有色金屬研究院）分析檢測中心，廣東 廣州 510650

處理鋁型材廠污水用復(fù)合聚硅酸鋁鐵的制備與絮凝效果的分析

張小琴

廣東省工業(yè)技術(shù)研究院（廣州有色金屬研究院）分析檢測中心，廣東 廣州 510650

采用聚硅酸鋁鐵（PSAF）處理鋁型材生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水，考察了鋁鐵摩爾比、堿化度、SiO2含量、反應(yīng)溫度以及溶液pH值對聚硅酸鋁鐵絮凝效果的影響；比較了聚硅酸鋁鐵與其他絮凝劑的絮凝性能，結(jié)果表明，采用聚硅酸鋁鐵處理鋁型材廠廢水具有制備方法簡單、無毒、用量少、原料來源廣泛、適用pH值范圍較寬以及絮凝效果好等特點.

絮凝劑；鋁型材；污水；制備

聚硅酸鋁鐵(PSAF)是在聚硅酸和傳統(tǒng)鋁鹽、鐵鹽絮凝劑的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的復(fù)合型多核無機高分子絮凝劑.該絮凝劑兼具聚硅酸的粘結(jié)聚集性，吸附架橋效能強以及鋁鹽、鐵鹽的電中和能力強、絮凝劑絮體大、脫色性能好等優(yōu)點[1-3]，較目前在水處理中廣泛使用的單核聚合氯化鋁(PAC)絮凝劑在除濁、脫色、去除COD和除油等方面都有更好的效果.本文首次嘗試應(yīng)用聚硅酸鋁鐵處理鋁型材生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水，試圖提高污水的除濁度，降低絮團的含水量，大幅度減少處理廢渣的能耗.采用電子顯微鏡觀察了聚硅酸鋁鐵的形貌，并考察了鋁和鐵的摩爾比、堿化度、SiO2含量、反應(yīng)溫度以及溶液pH值對PSAF絮凝效果的影響；比較了聚硅酸鋁鐵與其他絮凝劑在處理鋁型材廠廢水的絮凝性能.

1 實驗部分

1.1 主要儀器及試劑

DHSJ3F型pH計(上海)，JB90-D型自動控制攪拌儀(上海標本).NDH-20型光散射濁度儀，硫酸肼，硅酸鈉（Na2SiO3·9H2O），Al2(SO4)3，F(xiàn)eSO4，NaClO3，H2SO4均為分析純試劑，實驗用水為去離子水.

1.2 制備聚硅酸鋁鐵

將水玻璃稀釋至7%，在高速攪拌條件下緩慢加入到一定體積20%的H2SO4溶液中，控制pH值為3.5，室溫下聚合2 h，制得半成品活化硅酸(PS).按比例分別稱取一定量的硫酸鋁與硫酸鐵，加水溶解，在快速攪拌、Al/Fe摩爾比一定的條件下，先后將硫酸鐵溶液和硫酸鋁溶液加入到聚合體系中，在30～50℃下使之混合，然后在快速攪拌的條件下，向混和液中滴加10%的NaOH溶液，調(diào)節(jié)溶液的pH值.然后依次加入少量NaClO3及穩(wěn)定劑，制得聚合產(chǎn)品聚硅酸鋁鐵（PSAF）.

1.3 絮凝實驗

試驗裝置為三口燒瓶和臺式電動攪拌器.實驗水樣為500m L鋁型材廠污水，用0.1mol/L稀鹽酸或氫氧化鈉調(diào)節(jié)水樣的pH值，加入一定量的絮凝劑，在40～60 r/m in的轉(zhuǎn)速下恒速攪拌10min，靜置沉降10m in，于液面下2～3 cm處取上清液，根據(jù)文獻[6]的方法測定殘余濁度.

1.4 堿化度

式（1）中，pH為鋁、鐵鹽溶液固有的pH值；CA為向溶液中加入的堿的濃度(mol/L)；CB為溶液中加入的酸或鹽類試劑中含有的游離酸的濃度(mol/L)；A lT和FeT分別為溶液中鋁和鐵的總濃度(mol/L)[7].

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 聚硅酸鋁鐵(PSAF)的最佳制備條件及投加量

采用正交實驗法，以殘余濁度為絮凝性能指標，考察鋁和鐵的摩爾比(A)、堿化度(B)、SiO2含量(C)、反應(yīng)溫度(D)對PSAF絮凝效果的影響，實驗中每個因子取4個水平，試驗數(shù)據(jù)及處理結(jié)果分別列于表1和表2.

表1 正交試驗因素與水平Table 1 Factors and Tables orthogonalexperim ents

表2 聚硅酸鋁鐵最佳制備條件正交試驗L16(44)Table 2 Optimalpreparation conditions oforthogonal testofpolysilcate alum inum ferric

由表2可知，各因素對PSAF絮凝劑除濁率的影響大小順序為：B＞C＞A＞D，合成聚硅酸鋁鐵的最優(yōu)化條件為A3B2C1D4，即在鋁和鐵的摩爾比為5:5、堿化度為0.8、SiO2含量為0.16mol/L及反應(yīng)溫度為45℃的條件下合成的聚硅酸鋁鐵的絮凝效果最優(yōu).

2.2 pH值的影響

固定PSAF絮凝劑的投加量為0.16 mol/L(以SiO2濃度計量)，在n(A l):n(Fe):n(Si)=1:1:1、堿化度為0.8的條件下，PSAF的除濁效果與水樣pH值的關(guān)系如圖1所示.由圖1可見，PSAF在水樣的pH為6～10的范圍內(nèi)，均有很好的絮凝除濁效果，當(dāng)pH=6時效果最佳.

圖1 pH值對PSAF絮凝性能的影響Fig.1 pH value on PSAF flocculation performance

2.3 聚硅酸鋁鐵的絮凝效果與其它絮凝劑的比較

聚合氯化鋁鐵（PAFC）是由鋁鹽和鐵鹽混凝水解而成的一種無機高分子混凝劑，它是依據(jù)協(xié)同增效原理，由聚合氯化鋁鐵單質(zhì)鐵離子或三氧化鐵和其它含鐵化合物復(fù)合而制得的一種高效混凝劑.

鐵鹽混凝劑具有較好的除有機物性能[4]，聚硅鐵類是20世紀90年代初最先由日本開發(fā)的一種混凝劑[5].聚硅酸鐵混凝劑（PSF）在近中性及堿性范圍內(nèi)具有優(yōu)異的除磷、除有機物性能.它的混凝機理是以電中和脫穩(wěn)為前提條件，以架橋為必要條件，以卷掃網(wǎng)捕為補充條件.

2.3.1 絮凝劑用量的比較

在其它條件相同的情況下，不同用量的PSAF，PAFC和PSF的絮凝除濁效果如圖2所示.由圖2可知，絮凝劑用量相同時，PSAF的除濁效果最好，PAFC次之，PSF的除濁效果最差.PSAF在較低投加量時所表現(xiàn)出來的高效除濁性能，主要是由于絮凝劑與膠體顆粒表面發(fā)生的電中和吸附脫穩(wěn)和粘附架橋綜合作用所致.由圖2還可見，絮凝劑的添加量不是越大越好，當(dāng)添加量大于40m L/L時，除濁效果不會隨添加量的增加而變好.

圖2 絮凝劑投加量對絮凝效果的影響Fig.2 Theeffectof flocculantdosageon the flocculation

2.3.2 沉降性能的比較

在絮凝劑的投加量都為30m L/L，其它條件相同的情況下，PSAF、PAFC和PSF的絮凝沉降性能如圖3所示.

圖3 不同絮凝劑性能的比較Fig.3 Performance comparison of different flocculants

由圖3可見，PSAF的沉降性能優(yōu)于PAFC和PSF.實驗發(fā)現(xiàn)，用PASF處理水樣時，絮體形成速度最快，絮體體積大，下沉速度快；而PAFC和PSF絮體形成的速度較慢，絮體體積小，下沉的速度較慢.

3 結(jié) 論

本研究采用獨特的共聚工藝，向聚硅酸中引入鋁鹽和鐵鹽，制得聚硅酸鋁鐵（PSAF）復(fù)合絮凝劑，考察了制備參數(shù)對聚硅酸鋁鐵絮凝劑性能的影響，并對其處理鋁型材廠污水的絮凝性能進行了考察.結(jié)論如下：

(1)采用正交實驗法，以殘余濁度為評價絮凝劑性能的指標，考察了鋁和鐵的摩爾比、堿化度、SiO2含量和反應(yīng)溫度對PSAF絮凝效果的影響.絮凝試驗結(jié)果表明，當(dāng)n(Al):n(Fe)=1:1，堿化度為0.8，SiO2=0.16mol/L，反應(yīng)溫度為45℃時，制得的聚硅酸鋁鐵復(fù)合絮凝劑對鋁型材廠污水的除濁率最高.

(2)PSAF適宜的pH范圍較寬，在pH為6～10時均有較好的絮凝效果，當(dāng)pH=6時，絮凝效果最佳.

(3)聚硅酸鋁鐵(PSAF)的絮凝性能優(yōu)于聚合氯化鋁鐵(PAFC)和聚硅酸鐵(PSF).

由于聚硅酸鋁鐵復(fù)合絮凝劑具有制備方法簡單、無毒、用量少、原料來源廣泛、適用pH值范圍較寬以及絮凝效果好等特點，這種絮凝劑值得在處理鋁型材污水方面推廣應(yīng)用.

[1]吳敦虎，熊瓊，林輝，等.有機高分子絮凝劑在污泥脫水中的應(yīng)用研究[J].水處理技術(shù)，2004,30(2)：116-118.

[2]陳小明，孫鵬，林蔓.絮凝劑對污泥脫水性能的改善[J].環(huán)境保護科學(xué)，2005，31(4):18-20.

[3]SAGAR P，MAL D，SINGH R P.Synthesis characterization and flocculation characteristics of cationic glycogen:A novel polymeric flocculant[J].Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering As-pects，2006，289(123):193-199.

[4]王冬光，付英，于水利，等.聚硅酸鐵混凝劑凈水效能及機理[J].環(huán)境工程學(xué)報，2007，1(6):6-11.

[5]高立新，陳權(quán)，張大權(quán).聚硅酸鋅的絮凝作用研究[J].工業(yè)水處理，2006，26(7):50-53.

[6]水與廢水監(jiān)測分析方法編委會.水與廢水監(jiān)測分析法[M].4版.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002:98.

[7]時文中，李靈芝，余國忠.聚合硅酸鋁鐵的制備與絮凝性能研究[J].重慶環(huán)境科學(xué)，2003，25(4):29-32.

Preparation and performanceof com posite coagulant polysilcatealum inum ferric(PSAF)in water treatmentof alum inum processing

ZHANGXiaoqin
Analytical&Testing Centre Guangdong GeneralResearch Institute of Industrial Technology(Guangzhou Research Institute ofNonferrousMetals)，Guangzhou 510650，China

The paper studied composite flocculant polysilcate alum inum ferric in water treatment of aluminum processing.The effect ofmolar rate of A l and Fe，alkalinity，content of SiO2，dosaget of PSAF，pH value on the performance of PSAFwas investigated aswellas the the flocculation effectcompared w ith other coagulants.The resultshowed that the coagulation performance of PSATwas the best inwater treatmentof alum inum processing w ith easy producing，no toxicity，high efficiency，raw materials abundantly available，a large range of pH value etc.

flocculant；alum inum processing；sullage；preparation

TQ9

A

1673-9981(2012)02-0121-04

2012-03-16

張小琴（1980-），女，江蘇溧水人，工程師，碩士.