羥基聚合鋁鐵混凝劑的制備及性能研究

羥基聚合鋁鐵混凝劑的制備及性能研究

由于機(jī)械工程行業(yè)產(chǎn)生了大量的乳化油廢水。這些廢水中含有油、表面活性劑和其他物質(zhì)。如果直接排入水中，不僅會(huì)危害人體健康，還會(huì)在水中形成薄膜，防止氧氣在空氣中溶解，從而影響水體的自?xún)?。必須處理才能排放。混凝法是一種常用的處理方法,但是處理含油廢水效率往往不夠高,聚合羥基鋁鐵是一種新型高效藥劑,它不僅兼有一般鋁鹽與鐵鹽的水解、吸附特性,還有其本身的表面沉降過(guò)程。在水處理中藥劑用量比一般鋁鹽、鐵鹽的用量少,因此,用其處理乳化油廢水具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1材料和方法1.1試劑、儀器和測(cè)試儀器FeCl3(天津市大茂化學(xué)試劑廠);Al2(SO4)3(天津市泰興試劑廠);NaOH(天津市富祿化工試劑廠);HCl(信陽(yáng)市化學(xué)試劑廠);TA6系列程控混凝試驗(yàn)攪拌儀(武漢恒嶺科技有限公司);pHs-25型酸度計(jì)(美國(guó)奧立龍);AR2140電子天平(奧察斯國(guó)際貿(mào)易公司);紅外測(cè)油儀(吉林市北光分析儀器廠);DF-101B集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鞏義市英峪華儀器廠)。1.2al2so3/fec3的堿化度反應(yīng)稱(chēng)取30gAl2(SO4)3的于燒杯中,將其溶解然后定容至100mL的容量瓶中,濃度為2mol/L。稱(chēng)取32.5gFeCl3于燒杯中,將其溶解然后定容至100mL的容量瓶中,濃度為2mol/L。然后量取Al2(SO4)3溶液10mL及1.1mLFeCl3溶液于燒杯中,加適量蒸餾水,磁力攪拌混合10min,緩慢滴加0.16mol/LNaOH到B=2.0。在滴加的過(guò)程中進(jìn)行強(qiáng)烈攪拌約1h。堿化度反應(yīng)結(jié)束后,定容使產(chǎn)品中Al、Fe總濃度為0.01mol/L。最后將其儲(chǔ)備于玻璃瓶中,常溫熟化24h后待用。1.3紅外測(cè)油儀測(cè)油效果實(shí)驗(yàn)用水取自湖北某鋼廠冷軋加工后的乳化油廢水,用紅外測(cè)油儀測(cè)得的原水稀釋25倍后的含油濃度為0.77766mg/L,pH值為6.83。(注:以后文中用紅外測(cè)油儀所測(cè)的濃度均為稀釋25倍后的濃度)2結(jié)果與討論2.1混凝劑投加量的影響在室溫,混合轉(zhuǎn)速為150r/min,混合時(shí)間為1min,反應(yīng)轉(zhuǎn)速為30r/min,反應(yīng)時(shí)間為30min,沉淀時(shí)間12h的條件下,考察了混凝劑投加量對(duì)油去除效果的影響,結(jié)果如圖1所示。由圖1可見(jiàn),隨著混凝劑投加量的增加,乳化油的去除率增加,當(dāng)投加量到達(dá)70mL/L時(shí),油的去除率達(dá)到96.09%,達(dá)到最好去除效果,以后隨著混凝劑投加量的增加,油去除率卻有下降趨勢(shì)。這是因?yàn)樵谝欢ǚ秶鷥?nèi),投藥量越多,藥劑與乳化油廢水接觸越充分,吸附電中和和吸附架橋作用也越明顯,因此混凝效果增強(qiáng)。隨著藥劑量的繼續(xù)增加,油濃度反而上升,這是因?yàn)檫_(dá)到混凝最佳點(diǎn)后繼續(xù)增加藥劑量,會(huì)出現(xiàn)過(guò)多的電荷,使得原來(lái)的電荷變號(hào),排斥力變大,膠體出現(xiàn)再穩(wěn)現(xiàn)象。2.2水樣ph值對(duì)乳化油處理效果的影響在室溫,混合轉(zhuǎn)速為150r/min,混合時(shí)間1min,反應(yīng)轉(zhuǎn)速為30r/min,反應(yīng)時(shí)間為30min,投加量為70mL/L,沉淀時(shí)間為12h的條件下,考察了水樣pH值對(duì)乳化油去除效果的影響,結(jié)果如圖2所示。由圖2可知,水樣pH值對(duì)乳化油去除效果的影響不是很大。不難看出,pH值為7左右時(shí),處理效果達(dá)到最佳,這是由于在這個(gè)pH值下,鋁離子的主要形態(tài)是高聚合度的低電荷絡(luò)離子,膠體間發(fā)生吸附架橋作用。另一方面,當(dāng)pH為7左右時(shí),聚合度極大的中性[Al(OH)3(H2O)3]n占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),膠體間發(fā)生了沉淀的網(wǎng)捕作用,所以混凝效果增強(qiáng)。但隨著pH的繼續(xù)升高,油去除率反而下降,這是因?yàn)檫_(dá)到最佳pH值后,pH值繼續(xù)升高,聚合物重新溶解為[Al(OH)4]-、[Al6(OH)20]2-等負(fù)離子,此時(shí)水中大的量OH-會(huì)極力地排斥這些負(fù)離子,使膠體出現(xiàn)再穩(wěn)現(xiàn)象,因而混凝效果變差。2.3電壓對(duì)油去除率的影響在混合轉(zhuǎn)速為150r/min,混合時(shí)間為1min,反應(yīng)轉(zhuǎn)速為30r/min,反應(yīng)時(shí)間為30min,投加量為70mL/L,pH值為7,沉淀時(shí)間為30min的條件下,考察電壓對(duì)油去除效果的影響,結(jié)果如圖3所示。集熱式恒溫加熱磁力攪拌器上電壓檔的大小間接反映了溫度的高低,因而電壓越大,表示加熱的溫度越高。從圖3中可以看出,電壓在30V左右時(shí),處理效果達(dá)到最佳。一開(kāi)始隨溫度升高,油去除率上升較明顯,這是因?yàn)榛炷齽┡c水能夠充分混合,從而混凝劑效能得到充分發(fā)揮。而水溫高,水的黏度降低,布朗運(yùn)動(dòng)和異向絮凝作用增強(qiáng),使混凝效果變好。但當(dāng)溫度繼續(xù)升高,使絮凝劑老化或分解生成不溶性物質(zhì),降低了混凝效果。2.4混合轉(zhuǎn)速對(duì)油去除率的影響在室溫,混合時(shí)間為1min,反應(yīng)轉(zhuǎn)速為30r/min,反應(yīng)時(shí)間為30min,投加量為70mL/L,pH值為7,沉淀時(shí)間為1h的條件下,考察了混合轉(zhuǎn)速對(duì)油去除效果的影響,結(jié)果如圖4所示。由圖4可見(jiàn),隨著混合轉(zhuǎn)速的增大,水樣上清液油去除率呈上升趨勢(shì)。當(dāng)轉(zhuǎn)速為150r/min時(shí),油去除率最大,此時(shí)達(dá)到最佳混凝效果。隨著混合轉(zhuǎn)速的繼續(xù)增大,油去除率又開(kāi)始下降。這是因?yàn)樵谝欢ㄞD(zhuǎn)速范圍內(nèi),轉(zhuǎn)速越大,混凝劑與水樣混合越充分,混凝效果就更好。達(dá)到最佳混合轉(zhuǎn)速后,繼續(xù)增加轉(zhuǎn)速,油去除率反而下降,這是因?yàn)檗D(zhuǎn)速過(guò)大,使得剛形成的礬花絮體被打碎,所以混凝效果變差。2.5混合時(shí)間對(duì)乳化油去除率的影響在室溫,混合轉(zhuǎn)速為150r/min,反應(yīng)轉(zhuǎn)速為30r/min,反應(yīng)時(shí)間為30min,投加量為70mL/L,pH值為7,沉淀時(shí)間為3h的條件下,考察了混合時(shí)間對(duì)乳化油去除效果的影響,結(jié)果如圖5所示。由圖5可見(jiàn),隨著混合時(shí)間的增大,水樣上清液油去除率不斷增加,當(dāng)混合時(shí)間達(dá)到60s時(shí),油去除率到達(dá)最大,處理效果達(dá)到最佳。隨著混合時(shí)間不斷增大,油去除率反而下降。這是因?yàn)樵谝欢ǖ幕旌蠒r(shí)間范圍內(nèi),混合時(shí)間越長(zhǎng),混凝劑與廢水接觸越充分,混合越均勻,因而混凝效果增強(qiáng)。當(dāng)達(dá)到混合最佳時(shí)間后,繼續(xù)增加混合時(shí)間,存在多余的混合時(shí)間,在這些多余的時(shí)間里,由于轉(zhuǎn)速較大,把剛形成的礬花打碎,從而降低了混凝效果。2.6合成乳化油的最佳反應(yīng)轉(zhuǎn)速在室溫,混合轉(zhuǎn)速為150r/min,混合時(shí)間為1min,反應(yīng)時(shí)間為30min,投加量為70mL/L,pH值為7,沉淀時(shí)間為2h的條件下,考察了反應(yīng)速度對(duì)乳化油去除效果的影響,結(jié)果如圖6所示。由圖6可知,隨著反應(yīng)轉(zhuǎn)速的增大,油去除率明顯升高,當(dāng)反應(yīng)轉(zhuǎn)速為40r/min時(shí),油去除率最大,此時(shí)達(dá)到最佳混凝效果。隨著轉(zhuǎn)速的繼續(xù)增大,油去除率又明顯下降。這是因?yàn)樵谝欢ǖ姆磻?yīng)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),隨著反應(yīng)轉(zhuǎn)速的增大,礬花間的碰撞機(jī)會(huì)增大,且這個(gè)轉(zhuǎn)速又不會(huì)將形成的礬花打碎,因而混凝效果增強(qiáng)。當(dāng)達(dá)到最佳反應(yīng)轉(zhuǎn)速后,繼續(xù)增大反應(yīng)轉(zhuǎn)速,油去除率又下降,是由于反應(yīng)轉(zhuǎn)速過(guò)大,將形成的礬花打碎,不利于沉淀,因而混凝效果降低。2.7反應(yīng)時(shí)間對(duì)乳化油去除率的影響在室溫,混合轉(zhuǎn)速為150r/min,混合時(shí)間為1min,投加量為70mL/L,pH值為7,反應(yīng)轉(zhuǎn)速為40r/min,沉淀時(shí)間為2h的條件下,考察了反應(yīng)時(shí)間對(duì)乳化油去除效果的影響,結(jié)果如圖7所示。由圖7可知,隨著反應(yīng)時(shí)間的增加,上清液的油去除率不斷增加,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為15min時(shí),油去除率達(dá)到最大值,此時(shí)混凝效果最好。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加,油去除率又呈下降趨勢(shì)。這是由于在一定的反應(yīng)時(shí)間范圍內(nèi),反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng),絮體越有機(jī)會(huì)成長(zhǎng),因而混凝效果增強(qiáng)。當(dāng)達(dá)到最佳反應(yīng)時(shí)間后,繼續(xù)增大反應(yīng)時(shí)間,油去除率反而下降,這是因?yàn)榉磻?yīng)時(shí)間太長(zhǎng),會(huì)使膠體再穩(wěn),不利于沉淀,因而混凝效果變差。2.8水平組合的確定通過(guò)L9(34)正交實(shí)驗(yàn),獲得的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn),最佳水平組合為:投加量為70mL/L,pH值為7,混合時(shí)間為1min,反應(yīng)轉(zhuǎn)速為20r/min,反應(yīng)時(shí)間為5min,混合轉(zhuǎn)速為120r/min。根據(jù)極差的大小可知,混凝性能的影響主次順序?yàn)?混合轉(zhuǎn)速>投加量>反應(yīng)轉(zhuǎn)速>反應(yīng)時(shí)間。3混凝劑最佳混凝條件的確定通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)研究,可得出以下結(jié)論。(1)以氯化鐵和硫酸鋁為原料,采用鋁鐵混合溶液加堿聚合這種新工藝,可以合成出無(wú)機(jī)高分子絮凝劑HPAFC。(2)單因素實(shí)驗(yàn)考察了投加量,pH值,溫度,水力條件等因素。各因素的最佳取值分別為:投加量為70mL/L,pH值