羟基聚合铝铁混凝剂的制备及性能研究

羟基聚合铝铁混凝剂的制备及性能研究

由于机械工程行业产生了大量的乳化油废水。这些废水中含有油、表面活性剂和其他物质。如果直接排入水中，不仅会危害人体健康，还会在水中形成薄膜，防止氧气在空气中溶解，从而影响水体的自净。必须处理才能排放。混凝法是一种常用的处理方法,但是处理含油废水效率往往不够高,聚合羟基铝铁是一种新型高效药剂,它不仅兼有一般铝盐与铁盐的水解、吸附特性,还有其本身的表面沉降过程。在水处理中药剂用量比一般铝盐、铁盐的用量少,因此,用其处理乳化油废水具有重要的现实意义。1材料和方法1.1试剂、仪器和测试仪器FeCl3(天津市大茂化学试剂厂);Al2(SO4)3(天津市泰兴试剂厂);NaOH(天津市富禄化工试剂厂);HCl(信阳市化学试剂厂);TA6系列程控混凝试验搅拌仪(武汉恒岭科技有限公司);pHs-25型酸度计(美国奥立龙);AR2140电子天平(奥察斯国际贸易公司);红外测油仪(吉林市北光分析仪器厂);DF-101B集热式恒温加热磁力搅拌器(巩义市英峪华仪器厂)。1.2al2so3/fec3的碱化度反应称取30gAl2(SO4)3的于烧杯中,将其溶解然后定容至100mL的容量瓶中,浓度为2mol/L。称取32.5gFeCl3于烧杯中,将其溶解然后定容至100mL的容量瓶中,浓度为2mol/L。然后量取Al2(SO4)3溶液10mL及1.1mLFeCl3溶液于烧杯中,加适量蒸馏水,磁力搅拌混合10min,缓慢滴加0.16mol/LNaOH到B=2.0。在滴加的过程中进行强烈搅拌约1h。碱化度反应结束后,定容使产品中Al、Fe总浓度为0.01mol/L。最后将其储备于玻璃瓶中,常温熟化24h后待用。1.3红外测油仪测油效果实验用水取自湖北某钢厂冷轧加工后的乳化油废水,用红外测油仪测得的原水稀释25倍后的含油浓度为0.77766mg/L,pH值为6.83。(注:以后文中用红外测油仪所测的浓度均为稀释25倍后的浓度)2结果与讨论2.1混凝剂投加量的影响在室温,混合转速为150r/min,混合时间为1min,反应转速为30r/min,反应时间为30min,沉淀时间12h的条件下,考察了混凝剂投加量对油去除效果的影响,结果如图1所示。由图1可见,随着混凝剂投加量的增加,乳化油的去除率增加,当投加量到达70mL/L时,油的去除率达到96.09%,达到最好去除效果,以后随着混凝剂投加量的增加,油去除率却有下降趋势。这是因为在一定范围内,投药量越多,药剂与乳化油废水接触越充分,吸附电中和和吸附架桥作用也越明显,因此混凝效果增强。随着药剂量的继续增加,油浓度反而上升,这是因为达到混凝最佳点后继续增加药剂量,会出现过多的电荷,使得原来的电荷变号,排斥力变大,胶体出现再稳现象。2.2水样ph值对乳化油处理效果的影响在室温,混合转速为150r/min,混合时间1min,反应转速为30r/min,反应时间为30min,投加量为70mL/L,沉淀时间为12h的条件下,考察了水样pH值对乳化油去除效果的影响,结果如图2所示。由图2可知,水样pH值对乳化油去除效果的影响不是很大。不难看出,pH值为7左右时,处理效果达到最佳,这是由于在这个pH值下,铝离子的主要形态是高聚合度的低电荷络离子,胶体间发生吸附架桥作用。另一方面,当pH为7左右时,聚合度极大的中性[Al(OH)3(H2O)3]n占绝对优势,胶体间发生了沉淀的网捕作用,所以混凝效果增强。但随着pH的继续升高,油去除率反而下降,这是因为达到最佳pH值后,pH值继续升高,聚合物重新溶解为[Al(OH)4]-、[Al6(OH)20]2-等负离子,此时水中大的量OH-会极力地排斥这些负离子,使胶体出现再稳现象,因而混凝效果变差。2.3电压对油去除率的影响在混合转速为150r/min,混合时间为1min,反应转速为30r/min,反应时间为30min,投加量为70mL/L,pH值为7,沉淀时间为30min的条件下,考察电压对油去除效果的影响,结果如图3所示。集热式恒温加热磁力搅拌器上电压档的大小间接反映了温度的高低,因而电压越大,表示加热的温度越高。从图3中可以看出,电压在30V左右时,处理效果达到最佳。一开始随温度升高,油去除率上升较明显,这是因为混凝剂与水能够充分混合,从而混凝剂效能得到充分发挥。而水温高,水的黏度降低,布朗运动和异向絮凝作用增强,使混凝效果变好。但当温度继续升高,使絮凝剂老化或分解生成不溶性物质,降低了混凝效果。2.4混合转速对油去除率的影响在室温,混合时间为1min,反应转速为30r/min,反应时间为30min,投加量为70mL/L,pH值为7,沉淀时间为1h的条件下,考察了混合转速对油去除效果的影响,结果如图4所示。由图4可见,随着混合转速的增大,水样上清液油去除率呈上升趋势。当转速为150r/min时,油去除率最大,此时达到最佳混凝效果。随着混合转速的继续增大,油去除率又开始下降。这是因为在一定转速范围内,转速越大,混凝剂与水样混合越充分,混凝效果就更好。达到最佳混合转速后,继续增加转速,油去除率反而下降,这是因为转速过大,使得刚形成的矾花絮体被打碎,所以混凝效果变差。2.5混合时间对乳化油去除率的影响在室温,混合转速为150r/min,反应转速为30r/min,反应时间为30min,投加量为70mL/L,pH值为7,沉淀时间为3h的条件下,考察了混合时间对乳化油去除效果的影响,结果如图5所示。由图5可见,随着混合时间的增大,水样上清液油去除率不断增加,当混合时间达到60s时,油去除率到达最大,处理效果达到最佳。随着混合时间不断增大,油去除率反而下降。这是因为在一定的混合时间范围内,混合时间越长,混凝剂与废水接触越充分,混合越均匀,因而混凝效果增强。当达到混合最佳时间后,继续增加混合时间,存在多余的混合时间,在这些多余的时间里,由于转速较大,把刚形成的矾花打碎,从而降低了混凝效果。2.6合成乳化油的最佳反应转速在室温,混合转速为150r/min,混合时间为1min,反应时间为30min,投加量为70mL/L,pH值为7,沉淀时间为2h的条件下,考察了反应速度对乳化油去除效果的影响,结果如图6所示。由图6可知,随着反应转速的增大,油去除率明显升高,当反应转速为40r/min时,油去除率最大,此时达到最佳混凝效果。随着转速的继续增大,油去除率又明显下降。这是因为在一定的反应转速范围内,随着反应转速的增大,矾花间的碰撞机会增大,且这个转速又不会将形成的矾花打碎,因而混凝效果增强。当达到最佳反应转速后,继续增大反应转速,油去除率又下降,是由于反应转速过大,将形成的矾花打碎,不利于沉淀,因而混凝效果降低。2.7反应时间对乳化油去除率的影响在室温,混合转速为150r/min,混合时间为1min,投加量为70mL/L,pH值为7,反应转速为40r/min,沉淀时间为2h的条件下,考察了反应时间对乳化油去除效果的影响,结果如图7所示。由图7可知,随着反应时间的增加,上清液的油去除率不断增加,当反应时间为15min时,油去除率达到最大值,此时混凝效果最好。随着反应时间的增加,油去除率又呈下降趋势。这是由于在一定的反应时间范围内,反应时间越长,絮体越有机会成长,因而混凝效果增强。当达到最佳反应时间后,继续增大反应时间,油去除率反而下降,这是因为反应时间太长,会使胶体再稳,不利于沉淀,因而混凝效果变差。2.8水平组合的确定通过L9(34)正交实验,获得的数据及数据处理结果见表1。由表1可见,最佳水平组合为:投加量为70mL/L,pH值为7,混合时间为1min,反应转速为20r/min,反应时间为5min,混合转速为120r/min。根据极差的大小可知,混凝性能的影响主次顺序为:混合转速>投加量>反应转速>反应时间。3混凝剂最佳混凝条件的确定通过上述实验研究,可得出以下结论。(1)以氯化铁和硫酸铝为原料,采用铝铁混合溶液加碱聚合这种新工艺,可以合成出无机高分子絮凝剂HPAFC。(2)单因素实验考察了投加量,pH值,温度,水力条件等因素。各因素的最佳取值分别为:投加量为70mL/L,pH值