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聚合氯化鋁微污染水處理中的應(yīng)用

  近年來,隨著工業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展,廢水的種類和數(shù)量越來越多,人們的環(huán)保意識越來越強,而廢水處理問題人們越來越關(guān)注,并成為環(huán)境保護的一個重要研究課題。在廢水處理過程中,混凝沉淀是一種重要的預(yù)處理工藝。所以,開發(fā)和選擇高效絮凝劑是水處理技術(shù)的關(guān)鍵步驟。在眾多絮凝劑中,聚氯化鋁(PAC)是一種高效無機高分子絮凝劑,由于其混凝能力強、用量少、凈水效率高、適應(yīng)性強、穩(wěn)定性好等優(yōu)點,它在水處理領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

  1、聚合氯化鋁概述

  聚氯化鋁(PAC)不是單一的形式,而是包括單體和聚合物,并按一定比例的多態(tài)物質(zhì),即Al3+與Al(OH)3之間的一系列亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)?;瘜W(xué)式為[Al2(OH)nCl6-nLm],其中m為聚合度,n為PAC產(chǎn)物的中性度。顏色為黃色或淡黃色、深褐色、深灰色樹脂固體。具有噴霧干燥穩(wěn)定性好,對水適應(yīng)性廣,水解快,吸附能力強,明礬大,沉淀質(zhì)量快,出水濁度低,脫水性能好等諸多特點。所以,聚合氯化鋁也被稱為高效聚合氯化鋁、高效PAC或高效噴霧干燥聚合氯化鋁。適用于各種渾濁度的原水,具有廣泛的酸堿度范圍。

  2、實驗部分

  2.1 主要原料與儀器

  鋁酸鈣粉,濃鹽酸,精密電子天平AL104,YHCOD-100全自動COD消解回流儀,IRPrestige-21型紅外光譜儀,E201-CpH計,ZR4-6型凝固實驗機,分析儀liquidTOCⅡ,HACH2100Q濁度計。

  2.2 制備方法及優(yōu)化的制備條件

  取10.0g鋁酸鈣粉,放入錐形燒瓶中,加入一定量的鹽酸,將錐形燒瓶在100℃下回程計上自動消解加熱反應(yīng)時間,將產(chǎn)品取出并轉(zhuǎn)移到燒杯中,靜置片刻,然后過濾,上清液為聚氯化鋁產(chǎn)品。

  考察了鹽酸用量、反應(yīng)溫度和聚合時間對產(chǎn)物性能的影響,確定了最佳的制備條件是:鋁酸鈣粉10.0g,鹽酸用量為35.0mL,溫度為100℃,聚合時間為2.5h,合成產(chǎn)物氧化鋁含量為10.6%,堿度為92.6%。2.3紅外光譜分析自制的聚氯化鋁置于真空干燥箱內(nèi),在55℃左右干燥,用kbr壓片法測定了400~4000cm-1范圍內(nèi)的聚氯化鋁的紅外光譜。

  3、結(jié)果與討論

  3.1 紅外光譜分析

  合成產(chǎn)物的紅外光譜在3001~3680cm-1范圍內(nèi)具有很強的寬吸收峰,這是由于樣品中吸附水分子中與鋁離子相連的-OH基團和吸附水分子中的-OH基團的拉伸振動引起的吸收峰,-OH在1600~1700cm-1波數(shù)之間的水分子彎曲振動產(chǎn)生典型的吸收峰,表明合成的產(chǎn)物可能含有結(jié)構(gòu)水和吸附水,并具有羥基結(jié)構(gòu)。此外,在1000~927cm-1處有較弱的吸收峰,而在663~500cm-1處有較強的吸收峰,表明合成產(chǎn)物中存在聚合鋁。

  3.2 水處理混凝實驗

  實驗取1.0L水樣,攪拌參數(shù)調(diào)整如下:400r/min為30s,150r/min為3min,60r/min為7min。攪拌后靜置30min,取本品,測定濁度和TOC。本研究使用的絮凝劑優(yōu)化了含鈣聚氯化鋁的制備條件。

  3.2.1 用量對濁度和TOC去除率的影響

  不調(diào)整水樣pH值,絮凝劑用量為10.0、20.0、30.0、40.0、50.0、60.0、70.0mg/L。實驗結(jié)果表明,隨著摻量的增加,殘余濁度先快速下降后略有增加,TOC的去除率先增加后逐漸減小。其原因是在一定范圍內(nèi),隨著絮凝劑用量的增加,絮凝劑的電中和能力和吸附能力增加,殘余濁度降低,TOC去除率增加。若絮凝劑用量過大,膠體的電荷發(fā)生反轉(zhuǎn),產(chǎn)生膠體間的斥力,使水中的膠體顆粒再次穩(wěn)定,出現(xiàn)反轉(zhuǎn)失穩(wěn)現(xiàn)象,從而使絮凝效果變差。若添加量為40.0mg/L,培養(yǎng)基的殘留濁度小于1NTU,TOC去除率為42.3%。因此,在實驗條件下,最佳劑量為40.0mL。

  3.2.2 pH值對濁度和TOC去除率的影響

  當(dāng)劑量為40.0mg/L時,調(diào)整后的水樣pH值分別為5.0、6.0、7.0、9.0、10.0。實驗結(jié)果表明,pH值在6.0~9.0時,殘余濁度小于1NTU。水樣pH值對TOC的去除率有很大的影響。pH值為6.0~10.0時,TOC去除率約為30.0%,當(dāng)pH值為8.00時,TOC去除率為41.2%。其原因是pH值過低時,水的陽離子越多,混凝劑的中和能力降低,進而降低了混凝效果,隨著pH值的增加,絮凝劑水解形成的低荷電正極多核絡(luò)合離子或金屬化合物凝析液對不穩(wěn)定顆粒具有鍵橋作用,使膠體顆粒聚集沉淀,從而降低剩余濁度,TOC去除率提高,若pH值過高,絮凝劑易水解,其效果較差。測試水樣pH值為8.0,因此,無需調(diào)整水樣的pH值,可達到去除濁度和TOC的良好效果。

  4、結(jié)語

  總之,聚氯化鋁不僅是一種高效的凈水劑,而且是一種高性能的無機高分子絮凝劑。具有分子結(jié)構(gòu)大、吸附能力強、混凝效果好、絮凝沉降速度快、用量少、成本低等諸多優(yōu)勢。所以,聚氯化鋁在水和廢水處理中已得到了廣泛的應(yīng)用。( >

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