高效環(huán)保功能型固體絮凝劑制備及性能研究

李升軍，楚飛虎，吳曉雄

(愛環(huán)吳世(蘇州)環(huán)保股份有限公司，江蘇 蘇州 215011)

高SS、高COD的高濃工業(yè)廢水種類越來越多，處理量越來越大，委外處理的費(fèi)用逐年增加，企業(yè)環(huán)保壓力巨大，進(jìn)而導(dǎo)致高效水處理藥劑的需求不斷增加[1]。高效水處理劑的研究不斷地從單一型向環(huán)保多功能型的方向發(fā)展，且要兼顧到高效性以及安全性[2-4]。雖然傳統(tǒng)絮凝劑價位低廉且具有好的絮凝沉降性能，但是針對高濃廢水處理效果不理想，且應(yīng)用過程中產(chǎn)生的污泥不易降解，污染環(huán)境[5]。因此，開發(fā)天然易降解環(huán)保型的絮凝劑劑已成為國內(nèi)外水處理劑的研究方向[6]。本文針對高濃廢水領(lǐng)域內(nèi)這一前沿研究方向，重點(diǎn)進(jìn)行高效環(huán)保復(fù)合型多功能固體絮凝劑的研制，選用環(huán)境友好的改性海藻酸鈉、改性硅藻土、改性海泡石纖維、天然無機(jī)物石膏進(jìn)行復(fù)配，利用其協(xié)同增效作用，研制出一種高效環(huán)保多功能型固體絮凝劑劑，應(yīng)用于高濃廢水處理領(lǐng)域，從而達(dá)到取代傳統(tǒng)絮凝劑的目的。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 主要試劑及儀器

改性海藻酸鈉，自制；改性硅藻土，自制；改性改性海泡石纖維，自制；天然無機(jī)物石膏(工業(yè)級)，江蘇一夫科技股份有限公司；聚丙烯酰胺(PAM，工業(yè)級)，鞏義市濾料工業(yè)有限公司；聚合氯化鋁(PAC，工業(yè)級)，鞏義市濾料工業(yè)有限公司；聚合硫酸鐵(PFS，工業(yè)級)，鞏義市濾料工業(yè)有限公司；重金屬捕捉劑(工業(yè)級)，山東金鼎環(huán)?？萍加邢薰尽?/p>

DHG-9050A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海合恒儀器設(shè)備有限公司；5B-1F CODCr快速檢測儀，北京連華永興科技發(fā)展有限公司；Z-2700原子吸收分光光度計，上海百賀儀器科技有限公司；2100Q便攜式濁度儀，上海而立環(huán)?？萍加邢薰?；150 mm研缽，江蘇華歐玻璃有限公司。

1.2 制備方法

根據(jù)改性海藻酸鈉、改性硅藻土不同復(fù)配比例對濁度及CODCr的去除率，確認(rèn)兩者的質(zhì)量比；固定兩者的質(zhì)量比，添加天然無機(jī)物石膏，根據(jù)沉降速率及濁度去除率確定其添加量；固定改性海藻酸鈉、改性硅藻土、石膏的質(zhì)量比，添加改性海泡石纖維，根據(jù)對重金屬的吸附效果確定其添加量；最終確定該固體絮凝劑的配方，采用烘箱烘干各組分采用固相研磨的方式制備。

2 結(jié)果與討論

2.1 改性海藻酸鈉與改性硅藻土配比

分別取某研磨廢水500 mL，濁度為300 NTU；分別某油墨廢水500 mL，CODCr為12000 mg/L；分別加藥總質(zhì)量0.5 g，按質(zhì)量比為改性海藻酸鈉∶改性硅藻土=1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1，進(jìn)行固相研磨復(fù)配，分別加入到廢水中，攪拌反應(yīng)20 min，靜置，取上清液用濁度儀及CODCr檢測儀測定濁度、CODCr，根據(jù)測定值計算去除率，去除率=(起始濃度-最終濃度)/起始濃度，具體如圖1所示。

圖1 不同質(zhì)量比下CODCr與濁度的去除率

由圖1知，改性海藻酸鈉與改性硅藻土在不同質(zhì)量比下，隨著改性海藻酸鈉量的增加，CODCr與濁度的去除率明顯增加，當(dāng)兩者的質(zhì)量比為3∶1時，去除率變緩，確定兩者的質(zhì)量比。由于改性海藻酸鈉含有大量的羥基基團(tuán)和羧基基團(tuán)，是一種多極性的天然高分子化合物，易溶于水形成粘稠狀液體，在微凝絮體間起粘結(jié)架橋作用，形成較大、較密實(shí)且有廣闊表面的絮體。同時改性硅藻土在不同pH值介質(zhì)中可以帶正電或負(fù)電，從而使帶相反符號電荷的離子或顆粒物依靠電性作用而吸附，有一定的凝聚團(tuán)聚作用，兩者有協(xié)同增效作用，對CODCr及濁度(SS)去除效果良好。

2.2 天然無機(jī)物石膏添加量

某研磨廢水分別取500 mL，加藥總質(zhì)量0.5 g，固定改性海藻酸鈉與改性硅藻土的質(zhì)量比為3∶1，然后加入不同質(zhì)量比的天然無機(jī)物石膏，攪拌反應(yīng)20 min，靜置5 min內(nèi)測定其處理研磨廢水的絮凝沉降速率，同時取上清液分別測定濁度，用濁度儀測定其濁度，根據(jù)測定值計算去除率，去除率=(起始濃度-最終濃度)/起始濃度，具體如圖2所示。

圖2 石膏對絮凝沉降速率與濁度去除率的影響

由圖2知，隨著天然無機(jī)物石膏質(zhì)量的增加，絮凝沉降速率明顯增大，濁度去除率稍有降低，當(dāng)改性海藻酸鈉、改性硅藻土與石膏的質(zhì)量比為3∶1∶7時，絮凝沉降速率開始放緩，說明石膏對絮凝沉降速率及濁度去除率的影響開始減緩，確認(rèn)三者的質(zhì)量比為3∶1∶7。由于石膏的比重較大，可以加速絮體沉降，但過量加入會影響改性海藻酸鈉及改性硅藻土的綜合絮凝性能。

2.3 改性海泡石纖維添加量

分別取含銅廢水500 mL，Cu2+含量75 mg/L；分別取含鉻廢水500 mL，Cr6+含量30 mg/L，加藥總質(zhì)量0.5 g，固定改性海藻酸鈉、改性硅藻土與石膏為3∶1∶7，加入不同質(zhì)量比的改性海泡石纖維，攪拌反應(yīng)20 min，靜置20 min，取上清液，原子吸收分光光度計分別測定重金屬濃度，根據(jù)測定值計算去除率，除率=(起始濃度-最終濃度)/起始濃度，具體見圖3。

圖3 改性海泡石纖維對重金屬去除率的影響

由圖3知，固定改性海藻酸鈉、改性硅藻土與石膏為3∶1∶7，隨著改性海泡石纖維質(zhì)量的增加，重金屬Cu2+與Cr6+的去除率顯著增加，各組分質(zhì)量比為3∶1∶7∶4時，重金屬去除率開始放緩，趨于穩(wěn)定，說明增大改性海泡石纖維的量對重金屬的去除效果影響降低。由于改性海泡石纖維多孔且具有較強(qiáng)吸附能力，同時改性硅藻土具有獨(dú)特的微孔結(jié)構(gòu)，比表面積大，堆密度小，孔體積大，因而其吸附能力強(qiáng)，既可以發(fā)生單分子吸附，也可以形成多分子層吸附，吸附的速率較快。改性硅藻土吸附重金屬后，仍具有整體均勻一致的顆粒，與其他成分協(xié)同作用，能快速形成粒度和密度較大的絮體，且絮體的穩(wěn)定性好。最終確定該固體絮凝劑OS的最佳質(zhì)量比為改性海藻酸鈉∶改性硅藻土∶改性海泡石纖維∶石膏=3∶1∶7∶4。

2.4 濁度、CODCr去除性能評價

某高濃油墨廢水，濁度為935 NTU，CODCr為45600 mg/L，該固體絮凝劑OS與傳統(tǒng)絮凝劑處理，綜合性能對比，見表1。

表1 不同類型絮凝劑對某高濃油墨廢水處理效果影響

由表1知，固體絮凝劑OS針對某高濃油墨廢水，濁度去除率達(dá)95.2%，CODCr去除率達(dá)90.1%，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的絮凝劑，在高濃廢水處理領(lǐng)域有顯著的作用。

2.5 重金屬去除性能評價

某高濃含鎳綜合廢水，濁度為1072 NTU，Ni2+為267 mg/L，該固體絮凝劑OS與傳統(tǒng)絮凝劑及重金屬捕捉劑處理，綜合性能對比，見表2。

表2 不同類型絮凝劑對某高濃含鎳廢水處理效果影響

由表2知，固體絮凝劑OS針對某高濃含鎳廢水，濁度去除率達(dá)95.0%，Ni2+去除率達(dá)99.2%，與重金屬捕捉劑處理效果基本一致，重金屬綜合去除效果理想。

3 結(jié) 論

依據(jù)藥劑不同組分配比對廢水濁度、CODCr、重金屬的去除性能及絮凝沉降速率，確定高效環(huán)保功能型固體絮凝劑的質(zhì)量比為改性海藻酸鈉∶改性硅藻土∶改性海泡石纖維∶石膏=3∶1∶7∶4，該固體絮凝劑對高濃廢水濁度去除率達(dá)95%，CODCr去除率達(dá)90%，重金屬去除率達(dá)98%，性能優(yōu)異，在高濃廢水處理領(lǐng)域有顯著的作用，可替代傳統(tǒng)的絮凝劑。