聚合硫酸鐵以及硫酸鋁去除腐殖酸強化混凝效果研究

發布時間：16-09-19 10:51:15 來源：鄭州億升化工有限公司 瀏覽次數：

    隨著工業的發展，現在水體污染日益嚴重，水中的有毒有害有機物比以前大大增加，單靠常規工藝難以保證出水的安全性。如果增加前后新的處理構筑物，又會大量提高成本。這時簡單易行，經濟的強化混凝技術就受到了廣泛關注。所謂強化混凝就是指通過投加過量混凝劑，調節PH值或投加新型的混凝劑，助凝劑以達到大量去除水中天然有機物進而去除消毒副產物前質的效果。下面就以天然有機物的代表性物質－腐殖酸為研究對象，進行聚合硫酸鐵和硫酸鋁的強化混凝實驗.
實驗部分
    主要實驗材料和藥品
    高嶺土，腐殖酸，氫氧化鈉，鹽酸，硫酸鋁，聚合硫酸鐵(PFS,含3價鐵20％)。其中PFS來源于同濟大學環境實驗重點實驗室李風亭老師課題組。實驗前，現場配置混凝劑投加液，硫酸鋁和聚合硫酸鐵都配制為10mg/L的使用液投加。Millipore公司提供的Amicon YM超濾膜，截留分子量為30k，10k，3k，1k道爾頓。
主要實驗儀器
     DC－506六聯攪拌機，Hach2100N濁度儀，UV755B紫外可見分光光度計，PHS－3C精密PH計，Zeta電位測試儀，TOC測試儀，SCM型杯式超濾器。
實驗方法
模擬水樣配置
    腐殖酸儲備液：將5g商品腐殖酸加入1L的0.1mol/L的氫氧化鈉溶液中，邊加熱邊攪拌直到全部溶解，冷卻到室溫，裝入棕色瓶中待用。實驗時，在八升自來水中加入適量的腐殖酸儲備液以及2g高嶺土，配置成UV254為0.130－0.160cm－1，濁度60－70NTU，PH為7.2－7.5的實驗配水。
在快速混和階段投加定量混凝劑。沉淀結束后，取上清液進行各種水質指標測定。Zeta電位則是在快速混凝30s結束后馬上取絮凝顆粒放入Zeta電位測試儀中測定。用氫氧化鈉和鹽酸調節PH值。
隨著混凝劑投加量的增加，剩余濁度逐漸降低，當投加量為50－60mg/L的時候去除效果好，剩余濁度約為0.3NTU。但是并不是投加量越多越好，當投加量到達一定的時候，繼續投加混凝劑會使得濁度升高。這是由于混凝劑主要是通過電性中和，吸附架橋以及網捕卷掃作用來達到混凝除濁的效果。但是，吸附架橋和電性中和作用當混凝劑投加量超過一定限度的時候，會產生“膠體保護”作用，發生再穩現象，降低了濁度的去除率。
    電位是反映膠體和懸浮物穩定性的重要指標。混凝中的電性中和作用主要就是靠降低膠體的ξ電位，壓縮雙電層來達到混凝效果的。圖2為混凝劑投加量與ξ電位關系圖，從圖中可以看出，隨著硫酸鋁投加量的增加，ξ電位迅速升高，從-16.55mV升到7.133mV。ξ電位低在硫酸鋁投加量為20mg/L－60mg/L區間，這個時候正是硫酸鋁去除濁度好的時候，因此可以看出硫酸鋁主要是通過電性中和作用來去除濁度。硫酸鋁佳投加量在50mg/L，這個時候的ξ電位2.157mV，并不是0mV。這主要是因為混凝的時候并不是簡單的電性中和作用，膠體的絮凝佳效果受到許多方面的影響，所以佳的ξ電位不一定為0mV。隨著硫酸鋁的投加量從60mg/L升到110 mg/L，ξ電位升高不大，但是濁度卻迅速升高，原因在于硫酸鋁在混凝中除了主要是電性中和作用外，還帶有吸附架橋的作用。當混凝劑投加量超量時，產生膠體體系再穩現象，導致濁度的迅速升高。從圖2還可以看出，隨著PFS的投加量增加，ξ電位升高不快，只不過從-16.55mV升到-2.448mV，而去除濁度好的投加量區間在40mg/L－80 mg/L，這時的ξ電位從-12.72mV到-8.72mV。因此可以看出聚合硫酸鐵除濁的作用主要不是靠電性中和而是吸附架橋的作用。聚合硫酸鐵是已經經過水解，聚合和一段時間陳化后的混凝劑，本身帶有大量的聚合陽離子，多種核羥基絡合物。它在水中能夠水解形成高度交聯的疏水性氫氧化物聚合體，起到吸附架橋的作用。過了佳投加量60 mg/L以后，PFS的濁度不像硫酸鋁那樣迅速升高，這是因為投加量增加使得ξ電位在降低，電性中和作用抵消了部分投加量過量帶來的體系再穩作用。因此可以看出PFS在去除濁度的時候同時存在著吸附架橋作用和電性中和作用，不過以吸附架橋為主。
    隨著混凝劑投加量的增加，無論是硫酸鋁還是PFS，腐殖酸的去除率都在不斷的上升。但是在相同的投加量的情況下，聚合硫酸鐵對UV254的去除率明顯高于硫酸鋁，可見聚合硫酸鐵對腐殖酸的去除更有效。要達到相同的腐殖酸去除率，需要的硫酸鋁的投加量遠大于聚合硫酸鐵的投加量。有文獻指出，這主要有兩個原因。一是因為鐵鹽的酸化能力比鋁鹽要強，能有效降低水中的PH值。二是在大量加入混凝劑的時候，相近劑量的鐵鹽水解產生Fe(OH)3的量是鋁鹽水解產生Al(OH)3量的2.8倍。以及考慮混凝劑的經濟價值，選取硫酸鋁投加量50mg/L,PFS投加量60mg/L進行下一步實驗。