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美源净水分析各种铝铁复合混凝剂的研究使用
加入时间:2012/1/9 15:24:35 浏览
 铝和铁具有许多相似的性质,如原子共价半径。离子半径都比较相近,Fe3+,Al3+均具有相同的电荷,它们易水解,其盐具有共价性。因此,它们可通过交叉共聚,形成多核、更长。更稳定的分子链,得到混凝效果更好的无机高分子复合混凝剂——聚合铝铁。这类复合混凝剂兼有聚铝和聚铁的特点,既能克服铝盐处理的矾花生成慢、矾花轻。沉降慢的缺点,又能克服铁盐的出水不清、色度高的缺点。通常以铝盐为主,铁盐为辅,其价格比PAC略高一点点。近几年来,研制和应用这类混;凝剂已成为热点和发展的明显趋势。我国在这一领Z域内比较活跃,发表的论文和公布的专利较多。主要原材料是铝盐、铁盐和硅酸盐以及含铝铁等元素的矿物。矿渣废料,因而其原料来源广,同时生产工艺比较简单,有利于开发利用。我国已开发的铝限复合混凝剂种类较多,我们将它们分为3大类:只含两种阳离子的铝铁复合混凝剂,含有多种阴离子的铝铁复合混凝剂,以及含有其它阳离子的铝铁复合混凝剂。
  1.只含两种阳离子的铝铁复台混凝剂
  在这类复合混凝剂中,除铝、铁外,不含其它金属离子(即使有,也很少),阴离子则以一种为主。可以说,其组成相对比较简单,纯度较高。无疑这对原料有较高的要求。由于杂质少,特别是有害物质少,则它们适用于饮用水的处理。对这类混凝剂研究也比较深入,其中部分产品已进入国内水处理市场。这类混凝剂主要有以下几种:
  1.1聚合氯化铝铁(PAFC)
  通常采用PAC与FeCl3(或和FeCl2)反应,或者AlCl3或低聚氯化铝与铁反应,再进行羟基化聚合,就可制得聚合氯化铝铁。或将粉碎的铝土矿放入反应釜中与盐酸反应,然后将其倒入搅拌池中,并加入高铝灰和水,搅拌3-5h,沉淀即为产品。PAFC产品为淡黄色、暗黄色片状、粒状或粉状固体,易溶于水,在空气中易潮解。液体产品为淡黄色透明或悬浊液,相对密度>1.2,w(Al2O3)=6.0%-6.5%,w(Fe2O3)=4.0%-4.3%,盐基度为30%-50%,pH值(1%水溶液)为2-3。该产品用于生活饮用水。工业用水的净化和各种污水的化学处理。如某电子管厂用PAFC处理浊度为319NTU的废水,投加量为0.4或0.6mg/L,处理后的水无色透明,重金属达标。某厂最初用PAC和PFS处理电镀废水,钢总是不能达标,采用PAFC后各项指标均达标。用PAFC处理生产洗涤剂的废水,比用PAC,PFS和PFSC的效果要好得多。因此,PAFC是聚铝和聚铁的替代产品[1-7]。
  1.2聚合硫酸铝铁(PAFS)
  以铝土矿、高铝灰、硫酸为原料,接与PAFC相同的工艺过程制备PAFS。也可在反应器中,依次加入硫酸亚铁、硫酸铝、水、硫酸及硝酸铝,通入空气并进行搅拌,氧化、水解、聚合反应约0.5h,得到红棕色透明液体,盐基度达19%,ρ(Fe3+)161.4g/L,ρ(Al3+)7.0g/L。PAFS用于炼油工业废水的处理,采用浮选法和投加PAFS(8或10mg/L),去油率达99%,COD降低88.5%。PAFS用于污泥脱水,具有最佳投加量小,滤饼含水率低,滤液透光性好,澄清度高等特点。其效果均明显优于PAC和PFS[7-10]。
  1.3聚合硅酸铝铁(PSAF)
  通常将高模数(M≥3.0)的水玻璃稀释,在快速搅拌下滴加稀硫酸,至pH值约为5.7,放置一段时间后使其聚合,然后加入硫酸铝和硫酸铁溶液,陈化一段时间后即得PSAF。它是透明、均一、呈红褐色的溶液,稳定性好,可放置2-3个月。用n(Fe)/n(Al)=1:3,n(SiO2)/n(Fe+Al)=l:3的PSAF,在pH=10的条件下,可使合成洗涤剂废水中的LAS去除率达到90%以上。用于松花江水的除浊处理,处理后的残余浊度小(1.6度),完全符合我国生活饮用水卫生标准。其它文献也说明PSAF具有较优的混凝性能,其用量少,适宜的pH值范围较宽,形成矾花迅速,并且絮体粗大结实,是一种有发展前途的净水剂[11-16]。
 2.含有多种阴离子的铝铁复合混凝剂
  应用表明,在聚合铝(铁)中,引入一定量的高价阴离子,如SO42-,PO43-后,能提高聚合铝的分子量和稳定性,也使多核配合物的电荷量增高,从而有更好的混凝效果在共存阴离子中,研究较多的是氯根和硫酸根、以及由于添加活性硅酸而形成的硫酸根和硅酸根等。
  2.1聚合硫酸氯化铝铁(PAFCS)
  把矿渣中的有效成份铁。铝置换出来,再用添加剂调聚,就可制得PAFCS。其主要技术指标:外观为深棕红色透明液体;密度(2℃)为1.2g/cm3;w(Al2O3)=8%-12%;w(Fe2O3)=0.8%-1.3%;;w(SO42-)=2%-4%,pH2.5-4;碱化度50%-75%。采用PAFCS处理印染废水,投加量为500mg/L时,色度去除率高达98%。PAFCS比明矾和PAC具有更高的除浊性与更快的沉降速度及更低的处理成个,很有可能成为后两种净水剂的替代品而具有很大的市场潜力[17-19]。
  2.2聚合硫基硅酸铝铁(PAFSSC)
  将活性粘土与HCl-H2SO4混合酸在90-110℃反应Zh,冷却分离,制得铝铁酸性溶液。然后在其中投加铝酸钙矿粉,于80-100℃反应1-2h,再加入预先用水玻璃加稀硫酸制得的活性硅酸,反应0.5h,沉降后可得液体的PAFSSC产品,其主要质量指标:w(Al2O3)=10.01%,w(Fe2O3)=1.82%,盐基度68.7%,水不溶物0.2%,pH(l%水溶液)4.2。此净水剂除浊效果明显优于单独投加PAC或PFS。
  3.含有其它阳离子的铝铁复合混凝剂
  在铝铁复合混凝剂中,除了铝、铁外,还含有其它的金属,如钙。镁等。这些“杂质”金属离子的出现,是由不纯的原材料带来的。实验表明,象钙、镁这类金属离子,常可提高主体混凝剂的絮凝效果,对某些工业废水来说,效果比较显著。诚然,杂质并非都是有益的。事实上,以矿物、矿渣废料为原料制得的复合混凝剂,常使产品重金属含量偏高,从而限制了产品的应用范围。
3.1含有钙的铝铁复合混凝剂
  以含铝、铁的煤研石、高岭土、铝矾土为原料制得的硅钙复合型聚合氯化铝铁(SCPAFC)用于制革废水(ρ(SS)为300mg/L,浊度为1000NTU左右,COD为1000mg/L左右,PH为6.5-8)的处理,浊度去除率为99%,SS去除率为95%,COD去除率为90%,Cr3的去除率为85%左右。
  各项性能均优于PAC的2倍以上。SCPAFC还可用于生活和生产用水及其它废水的净化处理,效果优良”[20]。以铝厂赤泥为原料,经过酸溶、活化聚合等步骤,制备出以PAC为主,同时含有铁、硅、钙等有效成分的复合混凝剂。对直接耐酸大红溶液和分散黄溶液的脱色试验结果表明,其脱色效果优于PAC和PFS[21]。以聚合硫酸铝铁、钙盐为主的多聚物XG977,适合于处理含油废水。在投加量相同条件下,处理效果明显优于PAC,并且污泥体积小,沉降仕能也优于PAC,综合处理费用比PAC低20%[20]。
  3.2含有镁的铝铁复合混凝剂
  利用废弃物硼泥和含AlCl3的盐酸废液制得的黄褐色硼泥复合混凝剂固体,在处理ρ(COD)为420mg/L、色度<200倍,pH>8.0的印染废水时,投加0.3g/L一次处理可达排放标准,COD去除率达67%,SS及色度去除率均达98%以上,比PAC的处理效果好,而成本仅为PAC的1/10-l/8[23-24]。用硼泥复合混凝剂处理制革废水和生活污水时,效果都很好[25-26]。用氢氧化铝。氯化铁、氯化镁和盐酸为原料,制备了复合混凝刘铁镁铝聚合物FMA,其对硅藻土模拟水样的絮凝沉降性能远优于PAC。在处理印染废水。造纸废水及采油污水时,均取得了良好的效果。含有铁、镁、铝等多种离子的新型复合混凝剂PAFM,对成分复杂的工业印染废水具有良好的脱色效果和COD去除能力,而且pH值适应范围较宽。
  3.3铝铁锡共聚物
  新研制成功的铝铁锡共聚物,对模拟水样处理的初步实验结果表明,这种混凝剂有可能成为比铝铁共聚物更为优良的混凝剂。
  4.结语
  综上所述,我国对铝铁复合混凝剂的研究开发、生产和应用诸方面均取得了可喜的进展,但还存在不少问题,主要有:开发出来的品种多,而大量生产和广泛使用的品种少;缺乏理论指导,因而出现简单复配、拼凑的“新品种”;多数厂家生产工艺设备比较落后,产品质量不够稳定,有的产品含有较高的水不溶物和一些有害杂质。这些都直接或间接地影响了铝铁复合混凝剂的广泛应用。只有克服上述问题,才能加速我国聚合铝铁混凝剂工业逐步走上规模化、系列化的道路,满足环保事业日益增长的需求。
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