黃磷爐渣制污水絮凝劑及其應(yīng)用研究*

馬瀟閃，張 瓊，李國(guó)斌，蘇 毅

(昆明理工大學(xué) 化工學(xué)院，云南 昆明 650500)

絮凝劑是處理各種污水的一種重要水處理劑，可分為無機(jī)絮凝劑和有機(jī)絮凝劑2大類，其中無機(jī)絮凝劑又包括無機(jī)凝聚劑和無機(jī)高分子絮凝劑；無機(jī)高分子絮凝劑由于具有毒副性較小，價(jià)格便宜，電中和能力強(qiáng)，用量小，絮凝能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種污水處理領(lǐng)域。

活化硅酸是一種帶負(fù)電荷的無機(jī)高分子絮凝劑，通常采用中和法即水玻璃(主要成分為硅酸鈉)加酸活化而成，游離出來的中性SiO2(以H4SiO4形式存在)逐漸縮聚，經(jīng)羥基和氧基橋聯(lián)形成陰離子型的無機(jī)高分子[1-3]，凈水中起作用的是活化過程中某一階段的中間產(chǎn)物聚硅酸，其分子結(jié)構(gòu)中含有很多羥基，利用這些羥基的氫鍵作用吸附溶液中污染物分子，從而達(dá)到絮凝的效果[4-5]。實(shí)驗(yàn)以黃磷爐渣為原料，硝酸為浸取劑，通過正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)確定制備活化硅酸處理云南滇池水絮凝效果的最佳條件，并測(cè)定絮凝處理后的濁度和COD去除率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

HH-S4數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市晶玻實(shí)驗(yàn)儀器廠；精密電動(dòng)攪拌器：江蘇省金壇市大地自動(dòng)化儀器廠；85-2恒溫磁力攪拌器：常州澳華儀器有限公司；721B型分光光度計(jì)：上海第三分析儀器廠生產(chǎn)。

1.2 實(shí)驗(yàn)藥品及原料

黃磷爐渣取自云南澄江磷化學(xué)工業(yè)公司，主要成分見表1[6-7]；硝酸：分析純，重慶川東化工(集團(tuán))有限公司化工試劑廠。

表1 黃磷爐渣的化學(xué)成分

水樣取自云南滇池呈貢區(qū)，外觀呈黃綠色、原水溫度約20 ℃、pH≈6.4、水質(zhì)濁度約93.76度、COD≈80.36 mg/L。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 活化硅酸的合成

將20g黃磷爐渣加到質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%～35%的硝酸溶液中，在20～95 ℃的水浴鍋中以350 r/min的攪拌速度反應(yīng)10～110 min，保持液固質(zhì)量比在10∶1～35∶1，控制反應(yīng)終點(diǎn)物料pH=1～2，反應(yīng)完成后，再將物料在50 ℃下恒溫靜置活化1.5 h，即得灰色粘稠狀聚合活化硅酸液體。

1.3.2 絮凝實(shí)驗(yàn)

取滇池污染水樣200 mL，加入10 mL活化硅酸，在恒溫磁力攪拌器上先快速攪拌1 min(約300 r/min)，然后中速攪拌1 min(約120 r/min)，再慢速攪拌10 min(約50 r/min)，最后靜置30 min后，在液下1.5 cm處取清液測(cè)定濁度和COD。

1.4 檢測(cè)方法

濁度采用分光光度法(GB13200—91)測(cè)定，COD采用重鉻酸鉀法(GB11914—89)測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)

探索實(shí)驗(yàn)表明，浸取溫度、浸取時(shí)間、液固質(zhì)量比和w(HNO3)對(duì)活化硅酸處理滇池污染水的絮凝效果影響明顯，選取這4個(gè)因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，各因素取4水平，以濁度和COD去除率為指標(biāo)且指標(biāo)越大越好。因此，選用L16(45)正交表，因素水平確定見表2，實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3，極差分析結(jié)果見表4。

表2 L16(45)正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

表3 L16(45)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4 L16(45)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析

續(xù)表

2.2 結(jié)果分析

從表4可知，影響濁度去除率的因素依次為：D>A>C>B，優(yōu)方案為D3A4C4B4；影響COD去除率的因素依次為：D>B>A>C，優(yōu)方案為D1B3A3C4。

由上述分析可知，各因素對(duì)不同指標(biāo)的影響程度不同，為了得到同時(shí)影響2項(xiàng)指標(biāo)的優(yōu)方案，采用綜合平衡法尋找實(shí)驗(yàn)優(yōu)方案，具體分析如下。

因素A：對(duì)于濁度去除率指標(biāo)，因素A是第2影響因素，而在COD去除率指標(biāo)中為第3影響因素，綜合考慮，選取A4。

因素B：因素B在濁度去除率指標(biāo)中為第4影響因素，在COD去除率指標(biāo)中是第2影響因素，綜合平衡選取B3。

因素C：對(duì)于濁度去除率指標(biāo)，因素C是第3影響因素，在COD去除率指標(biāo)中為第4影響因素，且可以認(rèn)為均為次要影響因素，綜合平衡選取C4。

因素D：對(duì)于考察的2個(gè)指標(biāo)，因素D都是主要影響因素，但優(yōu)水平不相同，濁度去除率指標(biāo)為D3，COD去除率指標(biāo)為D1，綜合考慮實(shí)驗(yàn)處理成本及操作安全性等因素，平衡后選取D3。

所以，通過綜合平衡法可以得出最終的優(yōu)方案為A4B3C4D3，即合成溫度70 ℃，合成時(shí)間70 min，液固質(zhì)量比18∶1，w(HNO3)=15%。

2.3 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

為確證該工藝的優(yōu)劣和穩(wěn)定性，根據(jù)所篩選的最佳條件驗(yàn)證3組實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表5。

表5 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，在優(yōu)方案A4B3C4D3下，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，所篩選的制備工藝條件基本穩(wěn)定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果重現(xiàn)性很好，濁度去除率和COD去除率分別達(dá)98%和75%。

3 結(jié) 論

(1) 以黃磷爐渣為硅源，硝酸為浸取劑，經(jīng)分解、聚合、活化可制得灰色粘稠狀的無機(jī)高分子活化硅酸絮凝劑，既充分利用了黃磷爐渣，又顯著降低了活化硅酸絮凝劑的生產(chǎn)成本，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

(2) 通過正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，運(yùn)用極差分析方法確定制取活化硅酸的最優(yōu)條件為：浸取溫度70 ℃，浸取時(shí)間70 min，液固比18∶1，w(HNO3)=15%，并精確地估計(jì)各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響是否重要及估計(jì)了誤差的大小。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，實(shí)驗(yàn)結(jié)果重現(xiàn)性很好

(3) 制備的活化硅酸絮凝劑對(duì)云南滇池水具有較好的濁度和COD去除率，分別達(dá)98%和75%。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

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