納米復合絮凝劑的制備及其在污水處理中的應用

文/高 波

絮凝法是水處理中最簡單、最常用的一種方法，在水處理中占據(jù)著非常重要的地位，此方法比較關鍵的問題就是如何選擇和使用絮凝劑?？茖W技術的發(fā)展使絮凝劑逐漸從單一化轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄻踊拈_發(fā)和研究也從有毒、難生物降解型逐漸發(fā)展到高效、低毒、對環(huán)境友好等復合型高效絮凝劑和微生物絮凝劑。

納米材料和納米技術的發(fā)展促進了復合絮凝劑的發(fā)展，同時，也給絮凝沉淀技術注入了新鮮的血液。納米粒子因為具有表面原子數(shù)量多、粒子比表面積大、比表面能高等優(yōu)點，所以制備時投入量小，絮凝效果顯著且處理成本低的納米粒子絮凝劑成為人們的研究熱點，并且具有廣泛的應用前景。用納米絮凝劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)絮凝劑，增強了混凝效果，并通過吸附架橋和卷掃網(wǎng)捕等絮凝機理除去雜質(zhì)。其特點是形成的磯花緊密，也提高了絮凝沉降性能，相比于某些傳統(tǒng)的絮凝方法，此絮凝劑能更有效地把污染物去除。這些摻入了納米材料的多元復合型污水處理劑，成本低，而且大大縮短了工藝流程，更重要的是治污效果好。

復合絮凝劑的合成

實驗水樣來源：長春某公園人工湖污水（生活污水）：理化指標會因為取水時間不同而處于一定變化區(qū)間。長春客車廠某污水處理廠水樣（工業(yè)污水）：懸浮物SS為220-340為mgL-1。COD為260-300mgL-1，濁度160-240NTU，pH值為7.2。

（1）無機絮凝劑的合成試驗。取一定量的酸洗廢水（其中H2SO4的質(zhì)量分數(shù)為68%～8%，F(xiàn)e2SO4的質(zhì)量濃度為200－240gL-1），將Fe2SO4溶液加入廢水中，調(diào)整溶液中的SO42-濃度，使?jié)舛缺萚SO42-]/[Fe3+]＜1.5。然后控制適當?shù)臏囟?，在不斷攪拌下，加入氧化劑H2O2，即刻發(fā)生劇烈反應，溶液變?yōu)榧t棕色，并放出熱量。經(jīng)過氧化、水解和聚合過程，溶液顏色漸漸變深。整個反應過程不斷監(jiān)測溶液中Fe2+含量，直至反應達到要求（Fe2+含量小于0.2%）。

（2）復合絮凝劑的復配試驗。按照聚合硫酸鐵（PFS）：納米氧化鋁=n：1配比，用粉碎機將其粉碎攪拌均勻，即得復配固體絮凝劑。然后，將此復合絮凝劑配制成質(zhì)量分數(shù)10%的溶液。

（3）燒杯絮凝試驗。此實驗方法經(jīng)過多次反復實驗得出如下結論：量取200mL水樣，加入1L燒杯中，劇烈攪拌（轉(zhuǎn)速為300r/min）下加入絮凝劑。待反應2min后，調(diào)整攪拌速度約為50r/min，繼續(xù)攪拌15min，再靜置20min，于上層澄清液面以下大約2cm處吸取一定量清液進行測定。

圖1 復合絮凝劑加入量對去除率的影響

圖2 pH值對去除率的影響

復合絮凝劑在酸性污水處理中的應用條件

（1）絮凝劑加入量對工業(yè)廢水的影響。在pH值和溫度相同的條件下，向廢水中加入不同量的復合絮凝劑攪拌靜止后，測定其COD和濁度。實驗結果如圖1所示，當廢水的pH值相同時，聚合硫酸鐵（PFS）：納米氧化鋁=n∶1，復合絮凝劑用量超過80mgL-1時，濁度去除率高達90.16%。繼續(xù)增大用量，濁度去除率雖然也隨之上升，但增加緩慢。當絮凝劑的加入量為80mgL-1時，COD去除率最高（64.15%）。繼續(xù)增加絮凝劑用量，COD的去除率反下降。通過以上數(shù)據(jù)，可以得出，復合絮凝劑最適宜的投加量為80mgL-1。

（2）pH值的影響。在六只燒杯中分別加入相同量的工業(yè)廢水，并依次將廢水的pH值調(diào)整為4、5、6、7、8、9，其它實驗條件都相同。加入絮凝劑攪拌靜止后，吸取一定量的上層清液測定COD和SS，實驗結果如圖2所示，我們可以看出，此復合絮凝劑適用于pH值為6-8之間的水體，COD的去除率范圍在61.9%～62.5%之間；SS去除率在88.8～90.8%之間。所以，可以得出結論，此復配絮凝劑可適用于較寬pH范圍的水體，出水的COD和濁度SS均可達到國家污水綜合排放標準。

結果與討論

（1）將合成的聚合硫酸鐵與納米氧化鋁進行復配，復配比例（以質(zhì)量比）為聚合硫酸鐵（PFS）：納米氧化鋁= n ：1，制備出新型納米復合絮凝劑。將此絮凝劑用于處理生活污水及工業(yè)污水，大大提高了COD和濁度SS的去除率，出水的COD值也達到國家污水綜合排放標準。

（2）室溫條件下，以客車廠酸洗廢水中的副產(chǎn)物Fe2SO4為原料，通過強氧化劑H2O2的氧化、水解與聚合，成功制備出聚合硫酸鐵（PFS），使廢物得到有效利用，這對增加經(jīng)濟效益有著非常重要的意義。