聚合硫酸鐵以及硫酸鋁去除腐殖酸強(qiáng)化混凝效果研究

發(fā)布時(shí)間：16-09-19 10:51:15 來源：鄭州億升化工有限公司 瀏覽次數(shù)：

    隨著工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在水體污染日益嚴(yán)重，水中的有毒有害有機(jī)物比以前大大增加，單靠常規(guī)工藝難以保證出水的安全性。如果增加前后新的處理構(gòu)筑物，又會(huì)大量提高成本。這時(shí)簡(jiǎn)單易行，經(jīng)濟(jì)的強(qiáng)化混凝技術(shù)就受到了廣泛關(guān)注。所謂強(qiáng)化混凝就是指通過投加過量混凝劑，調(diào)節(jié)PH值或投加新型的混凝劑，助凝劑以達(dá)到大量去除水中天然有機(jī)物進(jìn)而去除消毒副產(chǎn)物前質(zhì)的效果。下面就以天然有機(jī)物的代表性物質(zhì)－腐殖酸為研究對(duì)象，進(jìn)行聚合硫酸鐵和硫酸鋁的強(qiáng)化混凝實(shí)驗(yàn).
實(shí)驗(yàn)部分
    主要實(shí)驗(yàn)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(jià)鐵20％)。其中PFS來源于同濟(jì)大學(xué)環(huán)境實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李風(fēng)亭老師課題組。實(shí)驗(yàn)前，現(xiàn)場(chǎng)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(shí)驗(yàn)儀器
     DC－506六聯(lián)攪拌機(jī)，Hach2100N濁度儀，UV755B紫外可見分光光度計(jì)，PHS－3C精密PH計(jì)，Zeta電位測(cè)試儀，TOC測(cè)試儀，SCM型杯式超濾器。
實(shí)驗(yàn)方法
模擬水樣配置
    腐殖酸儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)時(shí)，在八升自來水中加入適量的腐殖酸儲(chǔ)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(shí)驗(yàn)配水。
在快速混和階段投加定量混凝劑。沉淀結(jié)束后，取上清液進(jìn)行各種水質(zhì)指標(biāo)測(cè)定。Zeta電位則是在快速混凝30s結(jié)束后馬上取絮凝顆粒放入Zeta電位測(cè)試儀中測(cè)定。用氫氧化鈉和鹽酸調(diào)節(jié)PH值。
隨著混凝劑投加量的增加，剩余濁度逐漸降低，當(dāng)投加量為50－60mg/L的時(shí)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(dāng)投加量到達(dá)一定的時(shí)候，繼續(xù)投加混凝劑會(huì)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(wǎng)捕卷掃作用來達(dá)到混凝除濁的效果。但是，吸附架橋和電性中和作用當(dāng)混凝劑投加量超過一定限度的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生“膠體保護(hù)”作用，發(fā)生再穩(wěn)現(xiàn)象，降低了濁度的去除率。
    電位是反映膠體和懸浮物穩(wěn)定性的重要指標(biāo)�；炷�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(dá)到混凝效果的。圖2為混凝劑投加量與ξ電位關(guān)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(qū)間，這個(gè)時(shí)候正是硫酸鋁去除濁度好的時(shí)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(gè)時(shí)候的ξ電位2.157mV，并不是0mV。這主要是因?yàn)榛炷�的時(shí)候并不是簡(jiǎn)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(dāng)混凝劑投加量超量時(shí)，產(chǎn)生膠體體系再穩(wěn)現(xiàn)象，導(dǎo)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(qū)間在40mg/L－80 mg/L，這時(shí)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(jīng)經(jīng)過水解，聚合和一段時(shí)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(luò)合物。它在水中能夠水解形成高度交聯(lián)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?yàn)橥都恿吭黾邮沟忙坞娢辉诮档�，電性中和作用抵消了部分投加量過量帶來的體系再穩(wěn)作用。因此可以看出PFS在去除濁度的時(shí)候同時(shí)存在著吸附架橋作用和電性中和作用，不過以吸附架橋?yàn)橹鳌?br />     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(duì)UV254的去除率明顯高于硫酸鋁，可見聚合硫酸鐵對(duì)腐殖酸的去除更有效。要達(dá)到相同的腐殖酸去除率，需要的硫酸鋁的投加量遠(yuǎn)大于聚合硫酸鐵的投加量。有文獻(xiàn)指出，這主要有兩個(gè)原因。一是因?yàn)殍F鹽的酸化能力比鋁鹽要強(qiáng)，能有效降低水中的PH值。二是在大量加入混凝劑的時(shí)候，相近劑量的鐵鹽水解產(chǎn)生Fe(OH)3的量是鋁鹽水解產(chǎn)生Al(OH)3量的2.8倍。以及考慮混凝劑的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，選取硫酸鋁投加量50mg/L,PFS投加量60mg/L進(jìn)行下一步實(shí)驗(yàn)。