郁有濤 李家亮

(山東理工大學(xué) 化學(xué)工程學(xué)院，山東 淄博255049)

絮凝劑在水處理中可以降低濁度、色度和去除多種高分子有機(jī)物等物質(zhì)，無(wú)機(jī)高分子絮凝劑比傳統(tǒng)的低分子鹽類絮凝劑有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，在技術(shù)上經(jīng)歷了從單一品種到多品種、從單組份到多組份、從一般功能到特殊功能或多功能發(fā)展[1]。在國(guó)內(nèi)的城市污水處理廠，聚合氯化鋁是技術(shù)最成熟、應(yīng)用最穩(wěn)定的無(wú)機(jī)高分子絮凝劑。目前具有代表性的是聚合氯化鋁絮凝劑，但是鋁鹽生成絮體松散龐大，沉淀速度慢，去除COD能力弱，但去除色度較好；聚合硅酸聚合能力強(qiáng)，架橋絮凝作用好，但是聚合硅酸不穩(wěn)定，容易凝膠化而失去絮凝效果。鋅鹽的加入可以改變絮凝劑的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)絮凝劑的網(wǎng)狀鏈結(jié)構(gòu)，絮凝效果更好[2]，因此本研究將鋁鹽和鋅鹽引入聚合硅酸中，發(fā)揮三者離子的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化合成條件來(lái)制備聚合硅酸鋁鋅絮凝劑。本文提供了一種針對(duì)印染廢水處理研發(fā)的一種新型絮凝劑，并在實(shí)際印染污水處理中考察其絮凝效果。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑：AlCl3·6H2O、ZnCl2、Na2SiO3·9H2O 等

儀器：PHS-3C型pH計(jì)、電子天平、KDB-ⅢCOD微波消解儀、VIS-7220G可見(jiàn)分光光度計(jì)等

1.2 PSAZ 絮凝劑的制備

（1）在室溫下，將一定濃度的硅酸鈉溶液逐滴加入到(1+1)鹽酸溶液，調(diào)節(jié)硅酸鈉溶液量至一定的pH，活化靜止制得PSi溶液。

（2）按照一定的Al、Zn摩爾比，取定量氯化鋁和氯化鋅溶液于燒杯中，攪拌均勻。將一定鋁鋅鹽混合溶液加入到熟化后的硅酸中，快速攪拌，熟化24h后即可得到PSAZ絮凝劑。

1.3 水樣的來(lái)源與水質(zhì)

稱取一定量的亞甲基藍(lán)染料溶于自來(lái)水中配成質(zhì)量濃度為5mg/L的模擬印染廢水。

濰坊某污水處理廠進(jìn)水，含有80%左右印染廢水，其pH為7.3，原水 COD 為 811.8mg·L-1。

1.4 混凝試驗(yàn)方法

用1L量筒量取模擬印染廢水水樣于燒杯中，加入一定量的絮凝劑，調(diào)節(jié)水樣pH為7，快速攪拌1min，然后慢速攪拌10min，靜止1h，取上清液進(jìn)行色度的測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 優(yōu)化制備PSAZ工藝條件

以活化時(shí)間、n(Al+Zn)/n(Si)和n(Al)/n(Zn)摩爾比、活化硅酸pH為影響因素，用亞甲基藍(lán)溶液為模擬印染廢水水樣進(jìn)行混凝試驗(yàn)，以色度去除率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用L9(34)正交試驗(yàn)因素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。正交試驗(yàn)因素水平如表1，試驗(yàn)結(jié)果如表2。

從表2中可以看出，影響絮凝劑對(duì)色度去除率的因素大小為活化硅酸 pH＞n(Al+Zn):n（Si）＞活化時(shí)間＞ n(Al):n(Zn)。 通過(guò)正交分析，絮凝劑最佳合成條件是活化硅酸 pH 為 2.5，n(Al+Zn):n（Si）為 0.5，活化時(shí)間為60min，n(Al):n(Zn)為1:1。按照這種組合條件合成絮凝劑處理模擬印染廢水，剩余色度最低，絮凝效果最好。

表1 正交試驗(yàn)因素水平

表2 正交試驗(yàn)方案和結(jié)果

2.2 影響絮凝劑PSAZ絮凝效果的因素分析

2.2.1 水樣的pH對(duì)絮凝效果的分析

圖1 水樣pH值對(duì)絮凝劑去除色度率的影響

污水的pH值與絮凝劑在水中的絮凝作用有著十分密切的關(guān)系。由圖1可以看出，在200ml水樣中,在投加量為2ml時(shí)，PSAZ絮凝劑在pH為6-8.5時(shí)有很好的色度去除率。但是在pH小于6時(shí)，絮凝劑中的金屬離子不能充分水解，造成了絮凝劑中的金屬離子的電中和作用降低，導(dǎo)致色度的去除率下降。在pH大于8.5去除效果下降主要是因?yàn)樾纬尚躞w中的鋁離子又重新溶解成為帶負(fù)電的配合陰離子，導(dǎo)致絮凝劑吸附能力下降。當(dāng)pH為6.5時(shí)其對(duì)色度的去除率達(dá)到最高。

2.2.2 絮凝劑熟化時(shí)間對(duì)絮凝效果的分析

圖2 熟化時(shí)間與絮凝劑去除色度率的影響

聚硅酸具有較強(qiáng)的凝聚性[4]，會(huì)不斷地發(fā)生自聚反應(yīng)，通過(guò)加入鋁、鋅離子能夠改變聚硅酸鹽絮凝劑的自身結(jié)構(gòu)，防止絮凝劑凝膠化，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持絮凝劑的穩(wěn)定和絮凝效果。由圖2可以發(fā)現(xiàn)PSAZ隨著熟化時(shí)間增加，對(duì)色度的去除效果越來(lái)越穩(wěn)定，其中熟化時(shí)間為3-4天，絮凝效果最好。

2.3 兩種絮凝劑對(duì)廢水處理效果比較

取原水水樣，在優(yōu)化制備的PSAZ與PAC以及鋁鋅無(wú)機(jī)絮凝劑進(jìn)行混凝試驗(yàn)，探討四種絮凝劑在相同的投加量上對(duì)污水中COD和色度的去除效果。

2.3.1 絮凝劑對(duì)污水中COD去除效果對(duì)比

圖3 絮凝劑投加量與廢水COD去除率的影響

由圖3可見(jiàn)，在200ml水樣中，絮凝劑的投加量增加，COD的去除率逐漸增大。PSAZ總體的去除效果較好，但是在低投加量時(shí)去除效果差，主要是因?yàn)榇罅烤酆瞎杷岬募尤雽?dǎo)致絮凝劑中金屬離子的電中和能力下降，造成絮凝效果差，但是隨著投加量的增大，影響絮凝劑電中和能力減弱，架橋網(wǎng)捕能力增強(qiáng)，COD的去除能力增強(qiáng)。其中ZnCl2效果最差，PAC與AlCl3相似，但是停留12小時(shí)后，兩者皆出現(xiàn)反渾現(xiàn)象，主要是廢水中S2-與鋁離子生成Al2S3沉淀，短時(shí)間變清，時(shí)間增長(zhǎng)，Al2S3發(fā)生水解造成變渾現(xiàn)象，而PSAZ由于含鋅離子沒(méi)有出現(xiàn)反渾的現(xiàn)象[5]。

2.3.2 對(duì)污水中色度去除效果對(duì)比

圖4 絮凝劑投加量與廢水色度去除率的影響

有圖4可知，PSAZ、PAC和AlCl3對(duì)廢水色度的去除性能相似，ZnCl2的去除率較差，但是PSAZ去除效果最佳，去除率最高可達(dá)97.6%。這是由于鋁、鋅離子的加入，改變了絮凝劑的結(jié)構(gòu)，使聚硅酸絮凝劑有更好的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了電中和和網(wǎng)捕架橋能力，進(jìn)而增強(qiáng)了絮凝劑對(duì)廢水色度的去除能力[6]。

3 結(jié)論

1）通過(guò)正交試驗(yàn)結(jié)果表明，絮凝劑PSAZ的最佳制備條件為：活化硅酸 pH 為 2.5，n(Al+Zn):n（Si）為 0.5，活化時(shí)間為 60min，n(Al):n(Zn)為 1:1。

2）水樣的pH值和絮凝劑的熟化時(shí)間對(duì)絮凝劑的絮凝效果有密切的影響，對(duì)于PSAZ絮凝劑，當(dāng)處理水樣pH為6-8.5，絮凝劑熟化時(shí)間為3-4天時(shí)，對(duì)水樣色度的去除效果最佳。

3）對(duì)濰坊某污水處理廠印染廢水處理效果說(shuō)明，通過(guò)優(yōu)化合成的PSAZ絮凝劑發(fā)揮了各自離子優(yōu)點(diǎn)，在處理實(shí)際廢水水樣的性能要比PAC以及鋁鋅無(wú)機(jī)鹽絮凝劑要好。

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