絮凝沉淀法預(yù)處理生產(chǎn)回用水*

王傳勝 張 敏 章 杰

(江蘇脒諾甫納米材料有限公司 江蘇 宜興 214221)

前言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)家對(duì)環(huán)保問(wèn)題的重視程度越來(lái)越高。如何對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的回用水進(jìn)行預(yù)處理，既可以對(duì)物料回收，同時(shí)又能做到充分利用水資源，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保，成為必要解決的問(wèn)題。

絮凝劑是一種環(huán)境友好型水處理劑，絮凝沉淀法是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外普遍使用的一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的水處理方法。聚合氯化鋁(PAC)是一種水溶性無(wú)機(jī)高分子聚合物，分子式為[Al2(OH)nCl6-n]m，其中m代表聚合程度，n表示中性程度。PAC具有較強(qiáng)的架橋吸咐性能，在水解過(guò)程中，伴隨發(fā)生凝聚，吸附和沉淀等物理化學(xué)過(guò)程。聚丙烯酰胺(PAM)是一種水溶性有機(jī)高分子聚合物，分子結(jié)構(gòu)式為：

—[CH2-CH]—

|

C=O

|

NH2

PAM的分子能與分散于溶液中的懸浮粒子架橋產(chǎn)生吸附，有著極強(qiáng)的絮凝作用。目前在合成的有機(jī)高分子絮凝劑中，PAM的應(yīng)用最多。無(wú)機(jī)絮凝劑聚合氯化鋁由于具有廉價(jià)、高效、適用范圍廣等特性，成為水處理中大量使用的絮凝劑。相比無(wú)機(jī)絮凝劑，有機(jī)高分子絮凝劑一般都含有豐富的羥基、羧基、氨基等親水基團(tuán)，具有良好的吸附架橋能力，將兩者復(fù)合使用，就能起到協(xié)同處理作用，克服單一絮凝劑的不足，獲得較佳的處理效果。

本研究主要比較了PAC和PAM的添加量以及攪拌時(shí)間、攪拌速度對(duì)硅酸鋯生產(chǎn)中產(chǎn)生的回用水懸浮液絮凝效果的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)所用試劑

本實(shí)驗(yàn)使用的化學(xué)試劑如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)所用試劑

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

PAC溶液的配制：將固體粉狀聚合氯化鋁配制成質(zhì)量濃度為0.1 g/ml的溶液；

PAM溶液的配備：將固體粉狀聚丙烯酰胺配制成質(zhì)量濃度為1 g/L的溶液；

在燒杯中準(zhǔn)確量取200 mL的回用水，然后將適量的PAC溶液滴加入回用水中，置于磁力攪拌器中，控制轉(zhuǎn)速為60 r/min，攪拌時(shí)間為2 min，觀察攪拌速度與攪拌時(shí)間對(duì)絮凝效果的影響，靜置觀察礬花絮體絮凝沉淀效果。復(fù)合絮凝實(shí)驗(yàn)時(shí)，先加入PAC溶液，控制轉(zhuǎn)速為60 r/min，攪拌時(shí)間為2 min，再加入PAM溶液，控制轉(zhuǎn)速為60 r/min，攪拌時(shí)間為1 min，觀察攪拌速度與攪拌時(shí)間對(duì)絮凝效果的影響，靜置觀察礬花絮體絮凝沉淀效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 pH值對(duì)絮凝效果的影響

研究資料表明，當(dāng)pH值較低時(shí)，Al3+在水溶液中主要以水合離子形式存在，吸附作用較弱；隨著pH值升高，水合離子發(fā)生水解，生成羥基絡(luò)合離子，而羥基絡(luò)合物又可通過(guò)羥基橋聯(lián)生成多核羥基絡(luò)合物，吸附能力增強(qiáng)。當(dāng)溶液堿性較強(qiáng)時(shí)，羥基絡(luò)合物和多核羥基絡(luò)合物不斷發(fā)生水解，最終生成不溶于水的氫氧化物沉淀，吸附能力大大降低。一般調(diào)節(jié)需處理水液pH約為8，絮凝效果較好。對(duì)回用水進(jìn)行檢測(cè)，pH值為6.5～7，接近8，且考慮到調(diào)節(jié)pH值帶來(lái)的二次污染，故對(duì)待處理回用水不做pH值調(diào)節(jié)。

2.2 絮凝劑PAC添加量對(duì)絮凝效果的影響

表2 絮凝劑PAC添加量對(duì)絮凝效果的影響

根據(jù)吸附電中和作用機(jī)理，絮凝劑水解生成的離子化合態(tài)吸附膠體顆粒并中和電負(fù)性，使膠粒脫穩(wěn)，生成較大的絮體而沉降下來(lái)。PAC添加量較少時(shí)，PAC與回用水中的膠體電荷未完全反應(yīng)，礬花顆粒較細(xì)，密度較小，難以聚集形成較大顆粒物，絮凝效果較差。隨著添加量的增加，PAC水解產(chǎn)生的鋁離子(Al3+)打破了膠體電荷的平衡狀態(tài)，加速礬花變大變重，絮凝效果較好，當(dāng)PAC添加量超過(guò)0.6 ml時(shí)，絮凝劑濃度過(guò)高時(shí)，大量水解產(chǎn)生的羥基絡(luò)合物使膠粒表面帶上相反的電荷，膠粒間斥力增加，過(guò)多的絮凝劑中斷了顆粒物之間的結(jié)合，重新變成另一種穩(wěn)定體系，絮凝效果反而變差(如圖1所示)。

圖1 絮凝劑PAC添加量對(duì)絮凝效果的影響

2.3 絮凝劑PAM添加量對(duì)復(fù)合絮凝效果的影響

表3 絮凝劑PAM添加量對(duì)復(fù)合絮凝效果的影響

絮凝劑PAM的加入對(duì)于PAC絮凝產(chǎn)生的顆粒物快速聚集下沉有促進(jìn)作用。PAM是一種線狀有機(jī)高分子聚合物，分子量較大，PAM通過(guò)架橋吸附、電中和作用使懸浮物失去穩(wěn)定而聚集，加速礬花沉降速率，沉淀時(shí)間得到減少，處理周期明顯縮短。但是若絮凝劑添加過(guò)量，顆粒表面被高分子聚合物完全覆蓋，已無(wú)吸附空位，橋連作用就無(wú)法實(shí)現(xiàn)，顆粒因位阻效應(yīng)較大而分散，絮體粒徑反而減小，難以有效沉降，從而導(dǎo)致絮凝效果下降(如圖2所示)。

圖2 絮凝劑PAM添加量對(duì)復(fù)合絮凝效果的影響

2.4 攪拌時(shí)間與攪拌強(qiáng)度對(duì)絮凝效果的影響

攪拌時(shí)間對(duì)于絮凝反應(yīng)的充分程度具有直接的影響：攪拌時(shí)間如果過(guò)短，絮凝劑和顆粒未能充分接觸吸附，不利于捕集顆粒，而且絮凝劑濃度分布不均勻，不利于發(fā)揮絮凝劑的作用，絮凝反應(yīng)不充分，絮凝體間的碰撞幾率小，因而產(chǎn)生的礬花細(xì)小且松散；反之，攪拌時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則可能會(huì)破壞已形成的絮體結(jié)構(gòu)，將本應(yīng)沉降的固體顆粒擊碎成不能沉降的小顆粒，同樣降低絮凝效果。

3 結(jié)論

利用聚合氯化鋁(PAC)及聚丙烯酰胺(PAM)對(duì)硅酸鋯生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的回用水進(jìn)行絮凝沉淀處理，使用PAC、PAM復(fù)合絮凝劑絮凝沉淀處理，可以減少絮凝劑的投加量，適當(dāng)配比的復(fù)合絮凝劑在回用水中更易形成絮體，處理周期與單一絮凝劑相比明顯縮短，從而提高絮凝效率。在pH值約為7.0條件下，PAC用量為0.2 g/L，PAM用量為3 mg/L，絮凝攪拌速度為60 r/min，絮凝攪拌時(shí)間為3 min，可得到較好的絮凝效果。