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鋁鐵復合混凝劑的研究新進展
發布時間:2012/12/5 14:31:03 閱讀:1575

鋁和鐵具有許多相似的性質,如原子共價半徑。離子半徑都比較相近,Fe3+Al3+均具有相同的電荷,它們易水解,其鹽具有共價性。因此,它們可通過交叉共聚,形成多核、更長。更穩定的分子鏈,得到混凝效果更好的無機高分子復合混凝劑——聚合鋁鐵。這類復合混凝劑兼有聚鋁和聚鐵的特點,既能克服鋁鹽處理的礬花生成慢、礬花輕。沉降慢的缺點,又能克服鐵鹽的出水不清、色度高的缺點。通常以鋁鹽為主,鐵鹽為輔,其價格比PAC略高一點點。近幾年來,研制和應用這類混;凝劑已成為熱點和發展的明顯趨勢。我國在這一領Z域內比較活躍,發表的論文和公布的專利較多。主要原材料是鋁鹽、鐵鹽和硅酸鹽以及含鋁鐵等元素的礦物。礦渣廢料,因而其原料來源廣,同時生產工藝比較簡單,有利于開發利用。我國已開發的鋁限復合混凝劑種類較多,我們將它們分為3大類:只含兩種陽離子的鋁鐵復合混凝劑,含有多種陰離子的鋁鐵復合混凝劑,以及含有其它陽離子的鋁鐵復合混凝劑。

1. 只含兩種陽離子的鋁鐵復臺混凝劑

  在這類復合混凝劑中,除鋁、鐵外,不含其它金屬離子(即使有,也很少),陰離子則以一種為主。可以說,其組成相對比較簡單,純度較高。無疑這對原料有較高的要求。由于雜質少,特別是有害物質少,則它們適用于飲用水的處理。對這類混凝劑研究也比較深入,其中部分產品已進入國內水處理市場。這類混凝劑主要有以下幾種:
1.1
聚合氯化鋁鐵(PAFC
  通常采用PACFeCl3(或和FeCl2)反應,或者AlCl3或低聚氯化鋁與鐵反應,再進行羥基化聚合,就可制得聚合氯化鋁鐵。或將粉碎的鋁土礦放入反應釜中與鹽酸反應,然后將其倒入攪拌池中,并加入高鋁灰和水,攪拌35h,沉淀即為產品。PAFC產品為淡黃色、暗黃色片狀、粒狀或粉狀固體,易溶于水,在空氣中易潮解。液體產品為淡黃色透明或懸濁液,相對密度>1.2wAl2O3)=6.0%-6.5%,wFe2O3)=4.0%-4.3%,鹽基度為 30%-50%,pH值(1%水溶液)為 23。該產品用于生活飲用水。工業用水的凈化和各種污水的化學處理。如某電子管廠用PAFC處理濁度為319NTU的廢水,投加量為0.40.6 mg/L,處理后的水無色透明,重金屬達標。某廠最初用PACPFS處理電鍍廢水,鋼總是不能達標,采用PAFC后各項指標均達標。用PAFC處理生產洗滌劑的廢水,比用PACPFSPFSC的效果要好得多。因此,PAFC是聚鋁和聚鐵的替代產品[1-7]
1.2
聚合硫酸鋁鐵(PAFS
  以鋁土礦、高鋁灰、硫酸為原料,接與PAFC相同的工藝過程制備PAFS。也可在反應器中,依次加入硫酸亞鐵、硫酸鋁、水、硫酸及硝酸鋁,通入空氣并進行攪拌,氧化、水解、聚合反應約0.5h,得到紅棕色透明液體,鹽基度達19%,ρ(Fe3+161.4 gL,ρ(Al3+7.0 gLPAFS用于煉油工業廢水的處理,采用浮選法和投加 PAFS810 mgL),去油率達99%,COD降低 88.5%。PAFS用于污泥脫水,具有最佳投加量小,濾餅含水率低,濾液透光性好,澄清度高等特點。其效果均明顯優于PACPFS[7-10]
1.3 聚合硅酸鋁鐵(PSAF
  通常將高模數(M3.0)的水玻璃稀釋,在快速攪拌下滴加稀硫酸,至pH值約為5.7,放置一段時間后使其聚合,然后加入硫酸鋁和硫酸鐵溶液,陳化一段時間后即得PSAF。它是透明、均一、呈紅褐色的溶液,穩定性好,可放置23個月。用nFe)/nAl)=13nSiO2)/nFe+Al= l3 PSAF,在 pH10的條件下,可使合成洗滌劑廢水中的LAS去除率達到90%以上。用于松花江水的除濁處理,處理后的殘余濁度小(1.6度),完全符合我國生活飲用水衛生標準。其它文獻也說明PSAF具有較優的混凝性能,其用量少,適宜的pH值范圍較寬,形成礬花迅速,并且絮體粗大結實,是一種有發展前途的凈水劑[11-16]

2 含有多種陰離子的鋁鐵復合混凝劑

  應用表明,在聚合鋁(鐵)中,引入一定量的高價陰離子,如SO42-PO43-后,能提高聚合鋁的分子量和穩定性,也使多核配合物的電荷量增高,從而有更好的混凝效果在共存陰離子中,研究較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
聚合硫酸氯化鋁鐵(PAFCS
  把礦渣中的有效成份鐵。鋁置換出來,再用添加劑調聚,就可制得PAFCS。其主要技術指標:外觀為深棕紅色透明液體;密度(2℃)為 1.2 gcm3wAl2O3)=8%12%wFe2O3)=0.8%-1.3%;;wSO42-)=2%4%,pH 2.54;堿化度50%-75%。采用PAFCS處理印染廢水,投加量為 500 mgL時,色度去除率高達 98%。PAFCS比明礬和PAC具有更高的除濁性與更快的沉降速度及更低的處理成個,很有可能成為后兩種凈水劑的替代品而具有很大的市場潛力[17-19]
2.2
聚合硫基硅酸鋁鐵(PAFSSC
  將活性粘土與 HClH2SO4混合酸在 90110℃反應Zh,冷卻分離,制得鋁鐵酸性溶液。然后在其中投加鋁酸鈣礦粉,于80100℃反應12h,再加入預先用水玻璃加稀硫酸制得的活性硅酸,反應0.5h,沉降后可得液體的PAFSSC產品,其主要質量指標:wAl2O3)=10.01%,wFe2O3)=1.82%,鹽基度68.7%,水不溶物0.2%,pHl%水溶液)4.2。此凈水劑除濁效果明顯優于單獨投加 PAC PFS

3 含有其它陽離子的鋁鐵復合混凝劑

  在鋁鐵復合混凝劑中,除了鋁、鐵外,還含有其它的金屬,如鈣。鎂等。這些“雜質”金屬離子的出現,是由不純的原材料帶來的。實驗表明,象鈣、鎂這類金屬離子,常可提高主體混凝劑的絮凝效果,對某些工業廢水來說,效果比較顯著。誠然,雜質并非都是有益的。事實上,以礦物、礦渣廢料為原料制得的復合混凝劑,常使產品重金屬含量偏高,從而限制了產品的應用范圍。
3.1
含有鈣的鋁鐵復合混凝劑
  以含鋁、鐵的煤研石、高嶺土、鋁礬土為原料制得的硅鈣復合型聚合氯化鋁鐵(SCPAFC)用于制革廢水(ρ(SS)為 300mgL,濁度為 1000 NTU左右,COD 1000 mgL左右,PH6.58)的處理,濁度去除率為99%,SS去除率為95%,COD去除率為90%,Cr3的去除率為85%左右。各項性能均優于 PAC2倍以上。SCPAFC還可用于生活和生產用水及其它廢水的凈化處理,效果優良”[20]。以鋁廠赤泥為原料,經過酸溶、活化聚合等步驟,制備出以PAC為主,同時含有鐵、硅、鈣等有效成分的復合混凝劑。對直接耐酸大紅溶液和分散黃溶液的脫色試驗結果表明,其脫色效果優于PACPFS[21]。以聚合硫酸鋁鐵、鈣鹽為主的多聚物XG977,適合于處理含油廢水。在投加量相同條件下,處理效果明顯優于PAC,并且污泥體積小,沉降仕能也優于PAC,綜合處理費用比PAC20[20]
3.2
含有鎂的鋁鐵復合混凝劑
  利用廢棄物硼泥和含AlCl3的鹽酸廢液制得的黃褐色硼泥復合混凝劑固體,在處理ρ(COD)為420 mgL、色度<200倍,pH8.0的印染廢水時,投加 0.3 gL一次處理可達排放標準,COD去除率達 67%,SS及色度去除率均達 98%以上,比PAC的處理效果好,而成本僅為PAC 110l8[23-24]。用硼泥復合混凝劑處理制革廢水和生活污水時,效果都很好[25-26]。用氫氧化鋁。氯化鐵、氯化鎂和鹽酸為原料,制備了復合混凝劉鐵鎂鋁聚合物FMA,其對硅藻土模擬水樣的絮凝沉降性能遠優于PAC。在處理印染廢水。造紙廢水及采油污水時,均取得了良好的效果。含有鐵、鎂、鋁等多種離子的新型復合混凝劑PAFM,對成分復雜的工業印染廢水具有良好的脫色效果和COD去除能力,而且pH 值適應范圍較寬。
3.3
鋁鐵錫共聚物
  新研制成功的鋁鐵錫共聚物,對模擬水樣處理的初步實驗結果表明,這種混凝劑有可能成為比鋁鐵共聚物更為優良的混凝劑。

4 結語

  綜上所述,我國對鋁鐵復合混凝劑的研究開發、生產和應用諸方面均取得了可喜的進展,但還存在不少問題,主要有:開發出來的品種多,而大量生產和廣泛使用的品種少;缺乏理論指導,因而出現簡單復配、拼湊的“新品種”;多數廠家生產工藝設備比較落后,產品質量不夠穩定,有的產品含有較高的水不溶物和一些有害雜質。這些都直接或間接地影響了鋁鐵復合混凝劑的廣泛應用。只有克服上述問題,才能加速我國聚合鋁鐵混凝劑工業逐步走上規模化、系列化的道路,滿足環保事業日益增長的需求。

 
 

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