聚硅酸铝铁絮凝剂的制备及其在印染废水处理中的应用 4页

化工环保·254·ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY2010年第30卷第3期材料与药剂聚硅酸铝铁絮凝剂的制备及其在印染废水处理中的应用11,211顾玲,马宇锋,李政,庄皇龙(1.陕西科技大学化学与化工学院教育部轻化工助剂化学与技术重点实验室,陕西西安710021;2.陕西延长石油集团炼化公司,陕西延安717208)53+3+[摘要]以粉煤灰为主要原料制备了聚硅酸铝铁絮凝剂。通过L16(4)正交实验得出粉煤灰中Al和Fe的最佳浸取实验条件为焙烧温度900℃,m(NaCO)∶m(粉煤灰)=0.10,浸取温度为70℃,盐酸质量分数20%,浸取时2343+间为2.0h。通过L(3)正交实验得出聚硅酸铝铁的最佳制备条件为n(聚硅酸)∶n(Al)=1∶0.5,n(聚硅酸)∶93+n(Fe)=1∶0.5,浸出液pH为5.0,熟化温度为60℃。利用制得的聚硅酸铝铁絮凝剂对200mL模拟印染废水进行处理,在絮凝剂加入量为4mL时絮凝效果最好,透光率超过70%。[关键词]粉煤灰;聚硅酸铝铁;絮凝;印染废水;废水处理[中图分类号]X773[文献标识码]A[文章编号]1006-1878(2010)03-0254-04PreparationofFlocculantPolysilicateAluminiumFerricandItsApplicationinDyeingWastewaterTreatment11,211GuLing,MaYufeng,LiZheng,ZhuangHuanglong(1.KeylaboratoryofAuxiliaryChemistryandtechnologyforChemicalIndustry,MinistryofEducation,CollegeofChemistryandChemicalEngineering,ShaanxiUniversityofScienceandTechnology,Xi′anShaanxi710021,China;2.RefineryCompanyofYanchangPetroleumGroup,Yan′anShanxi717208,China)Abstract:Flocculantpolysilicatealuminiumferricwaspreparedusingflyashasmajorrawmaterial.53+TheresultsofL(4)orthogonalexperimentsshowthattheoptimumconditionsforleachingAland163+Fefromflyashareasfollows:calcinationtemperature900℃,m(Na2CO3)∶m(flyash)=0.10,leachingtemperature70℃,hydrochloricacidmassfraction20%,leachingtime2.0h.Theresultsof4L(3)orthogonalexperimentsshowthattheoptimumconditionsforpreparingpolysilicatealuminium93+3+ferricareasfollows:n(polysilicicacid)∶n(Al)=1∶0.5,n(polysilicicacid)∶n(Fe)=1∶0.5,leachingsolutionpH5.0,curingtemperature60℃.200mLofthesimulateddyeingwastewaterwastreatedusingthepreparedflocculant.Whentheflocculantdosageis4mL,theflocculationeffectisthebestwithmorethan70%oftransmittance.Keywords:flyash;polysilicatealuminiumferric;flocculation;dyeingwastewater;wastewatertreatment[2]近年来,我国电力工业的迅速发展带来了粉煤决的问题。水是人类赖以生存的物质基础,水资灰排放量的急剧增加。燃煤热电厂每年所排放的粉煤灰总量逐年增加,1995年粉煤灰排放量达[收稿日期]2009-10-15;[修订日期]2010-01-15。881.25×10t,2000年约为1.5×10t,到2010年将达[作者简介]顾玲(1962—),女,上海市人,硕士,副教授,主8到2×10t,给我国的国民经济建设及生态环境造要从事矿物加工再利用及电化学的研究。电话[1]成巨大的压力。粉煤灰开发利用已成为亟待解15091802996,电邮guling@sust.edu.cn。n第3期顾玲等.聚硅酸铝铁絮凝剂的制备及其在印染废水处理中的应用·255·源危机成为制约我国经济和社会发展的重要因素,铝以NaAlO2形式存在,而铁则会沉淀,再向沉淀中而水体污染破坏水资源是造成水资源危机的重要3+3+3+加入稀盐酸浸取Fe),分别得Al溶液和Fe[3]原因。聚硅酸铝铁絮凝剂综合了聚硅酸的黏结溶液。聚集、吸附架桥效能强,铝盐絮体大、脱色性能好及1.2.2聚硅酸溶液的制备铁盐絮体密实、沉降速率快等特点,在除浊、脱色、向25mL质量分数为5%的NaSiO溶液中滴23去除有机物和重金属离子等方面较其他絮凝剂具加一定量浓度为2.24mol/L的盐酸,聚合一定时间有更好的效果,是目前国内外水处理剂领域研究开后得到聚硅酸溶液。[4～8]发的热点。如何变废为宝,以粉煤灰制备聚硅1.2.3聚硅酸铝铁的制备[9～11]3+3+酸铝铁絮凝剂已成为现阶段研究的重要方向。将上述制得的Al溶液、Fe溶液以一定比例本工作以粉煤灰为原料,Na2CO3为助熔剂,浸滴加入聚硅酸溶液中,加入碱液调节pH,以100r/3+3+3+3+取Al和Fe,并通过正交实验优化了Al和Femin的转速搅拌,熟化2h,再静置24h,即得到聚硅3+3+3+3+的浸取工艺以及Al溶液、Fe溶液与聚硅酸复合酸铝铁。开始滴加Al溶液和Fe溶液至凝胶形共聚制取聚硅酸铝铁絮凝剂的工艺。利用制得的成所需的时间为凝胶时间。聚硅酸铝铁絮凝剂对模拟印染废水进行处理,取得1.3絮凝实验了较为满意的效果。称取1.6g高岭土于装有少量水的沉降瓶中,振荡、使其充分润湿,再加水至2000mL,静置1实验部分10min,得到模拟印染废水;取200mL模拟印染废1.1试剂和仪器水,加入一定量聚合硅酸铝铁进行絮凝实验,测定实验用试剂均为分析纯。粉煤灰的主要成分沉降时间(自加入絮凝剂至固液分界面不再下降的为AlO25.77%(质量分数,下同),SiO51.98%,时间)和废水透光率。232FeO6.75%。1.4分析方法23722型可见分光光度计:上海精密科学仪器有采用乙二胺四乙酸络合滴定法测定浸出液中3+3+2+限公司;Galanz微波炉:顺德市格兰仕微波炉电器Al和Fe的总含量。采用Zn滴定法,加入过量3+3+有限公司;高温箱形电阻炉:陕西省商县电器厂;精的氟化钠测定浸出液中Al含量,计算Al浸取3+3+3+3+密pH计:浙江汇尔仪器有限公司。率。Al和Fe的总含量减去Al的含量,为Fe1.2聚硅酸铝铁的制备的含量。采用可见分光光度计测定处理后的模拟3+3+印染废水透光率。1.2.1Al和Fe的浸取实验将60g粉煤灰装入马弗炉中,以NaCO作为232结果与讨论助熔剂在一定温度下焙烧活化2h,保温1h,使粉煤3+3+3+灰中的铝、铁转变为活性较大的无定型体或晶体;2.1Al和Fe的浸取实验条件对Al浸取率的加入一定浓度的盐酸,将恒温水浴控制在一定温影响53+通过L(4)正交实验考察铝、铁的浸取实验条度,以100r/min搅拌一定时间,抽滤,得到含Al163+3+5和Fe的浸出液;用NaOH溶液、氨水和盐酸对件对Al浸取率的影响,L16(4)正交实验因素水平3+3+5Al和Fe的浸出液进行分离(过量NaOH条件下见表1,L(4)正交实验结果见表2。165表1L16(4)正交实验因素水平因素A因素B因素C因素D因素E水平焙烧温度/℃m(Na2CO3)∶m(粉煤灰)浸取温度/℃盐酸质量分数,%浸取时间/h18000.0555201.028500.1060251.539000.1565302.049500.2070352.5n化工环保·256·ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY2010年第30卷5表2L(4)正交实验结果16因素水平Al3+的浸序号ABCDE取率,%11111147.521222253.131333354.541444459.852123438.5图1盐酸加入量对凝胶时间的影响62214355.372341261.2由图1可见:盐酸加入量越大,越易凝胶;盐酸82432158.6加入量少,凝胶时间较长,不利于聚合絮凝剂的生成;当25mLNaSiO溶液中的盐酸加入量为2393134250.22.8mL时,凝胶时间较为适宜,为60min。103243157.82.3聚硅酸铝铁的制备条件对废水透光率的影响113312453.54通过L(3)正交实验考察聚硅酸铝铁的制备94123421369.5条件对废水透光率的影响,L9(3)正交实验因素水4134142357.4平见表3,L9(3)正交实验结果见表4。4144231460.6表3L9(3)正交实验因素水平154324139.9因素A因素B因素C因素D水平n(聚硅酸)∶n(聚硅酸)∶浸出熟化温164413234.83+3+n(Al)n(Fe)液pH度/℃k153.748.447.859.751.011∶0.71∶0.14.840k253.456.750.355.749.821∶0.51∶0.34.960k357.852.356.046.459.231∶0.31∶0.55.080k448.255.759.151.353.1(34)正交实验结果表4L9R9.68.311.313.39.4因素水平透光率,序号ABCD%3+由表2可见:5个实验因素对Al浸取率的影1111164.7响顺序分别为盐酸质量分数>浸取温度>焙烧温2122266.43+度>浸取时间>m(NaCO)∶m(粉煤灰);Al和233133368.93+Fe的最佳浸取实验条件为焙烧温度900℃,4212373.1m(Na2CO3)∶m(粉煤灰)=0.10,浸取温度为5223174.370℃,盐酸质量分数20%,浸取时间为2.0h。在此6231278.63+3+最佳条件下进行实验,Al浸取率为70.0%,Fe浸7313276.8取率达50.0%。8321371.72.2盐酸加入量对凝胶时间的影响9332169.4由于在制备聚硅酸铝铁絮凝剂时需向聚硅酸3+3+k166.771.571.769.5溶液中滴加Al溶液和Fe溶液,所以凝胶时间不k275.370.869.673.9能太短,也不宜太长。太短则没有足够的时间滴加3+3+k372.672.373.371.2Al溶液和Fe溶液,太长则不利于铁、铝与硅酸之间相互聚合。盐酸加入量对凝胶时间的影响见图1。R8.71.53.74.5n第3期顾玲等.聚硅酸铝铁絮凝剂的制备及其在印染废水处理中的应用·257·4由表4可见:4个实验因素对透光率的影响顺c)通过L9(3)正交实验得出聚硅酸铝铁的最3+3+序分别为n(聚硅酸)∶n(Al)>熟化温度>浸出佳制备条件为n(聚硅酸)∶n(Al)=1∶0.5,n(聚3+液);聚硅酸铝铁的最佳制3+pH>n(聚硅酸)∶n(Fe硅酸)∶n(Fe)=1∶0.5,浸出液pH为5.0,熟化3+备条件为n(聚硅酸)∶n(Al)=1∶0.5,n(聚硅温度为60℃。3+酸)∶n(Fe)=1∶0.5,浸出液pH为5.0,熟化温d)利用制得的聚硅酸铝铁絮凝剂对200mL模度为60℃。拟印染废水进行处理,在絮凝剂加入量为4mL时2.4聚硅酸铝铁加入量对絮凝效果的影响絮凝效果最好,透光率超过70%。聚硅酸铝铁加入量对絮凝效果的影响见图2。参考文献由图2可见,絮凝剂加入量大小对沉降时间的影响不大,当200mL废水中的絮凝剂加入量为4mL1韩怀强,蒋挺大.粉煤灰利用技术.北京:化学工业出时,沉降速率最快,沉降时间为18min,模拟印染废版社,2002.16～23水的透光率也最好,达72.4%,此时絮凝效果最佳。2李丽萍.粉煤灰制备无机高分子絮凝剂聚合硅酸铝铁.内蒙古石油化工,2006,9(2):7～83吴彦瑜,陈文纳,谢跃生.聚合氯化铝锌絮凝剂的制备与性能.化工环保,2008,28(1):81～844张春燕,汪涵,朱建华.无机高分子铝盐絮凝剂的应用.化工环保,2004,24(增刊):123～1255曾德芳,方勇,袁继祖.新型污泥脱水絮凝剂的研制.化工环保,2006,26(4):329～3326李晔,吴飞.粉煤灰制备PAFCS絮凝剂.有色金属,2002,54(4):25～287马青山.絮凝化学和絮凝剂.北京:中国环境科学出版社,1988.76～938LamerVK,HerlyTW.Adsorption2floccilationreactionofmacro2moleculesatthesolid2liquidinterface.RevPure3结论ApplChem,1986,13:112～1189薛金凤,黄素哲,萧燕凤.粉煤灰基絮凝剂PAFCC的研a)以粉煤灰为原料,Na2CO3为助熔剂,浸取制.粉煤灰综合利用,2004,21(5):40～413+3+53+Al和Fe。通过L(4)正交实验得出Al和1610王炳建,高宝玉,岳钦艳等.新型无机高分子复合絮凝3+Fe的最佳浸取实验条件为焙烧温度900℃,剂聚合硅酸铝铁混凝效果研究.山东大学学报(理学m(Na2CO3)∶m(粉煤灰)=0.10,浸取温度为版),2003,38(5):111～11570℃,盐酸质量分数20%,浸取时间为2.0h。11景红霞,李巧玲.从粉煤灰中制备聚硅酸铝铁絮凝剂及b)在聚硅酸溶液的制备过程中,盐酸的最佳加应用研究.化学工程师,2006,124(1):9～11入量为2.8mL。(编辑王馨)·重要启事·为提高《化工环保》期刊稿件送审的准确性,保证本刊发表高质量的论文,本编辑部拟补充扩建审稿人(专家)数据库,有意为本刊审稿的具有高级及高级以上技术职称的专家请与编辑部联系(电话010-64201560,电邮yejingjing@brici.ac.cn)。我们将给您发送电子版审稿人登记表,请填写后电邮回编辑部。为缩短稿件的发表周期,本编辑部将通过网络传送稿件。本编辑部将向审稿人支付审稿费并赠阅《化工环保》期刊。电话:010-6420156059202401传真:010-64295032《化工环保》编辑部