羥基聚合鋁鐵混凝劑的制備及性能研究

由于機械工程行業產生了大量的乳化油廢水。這些廢水中含有油、表面活性劑和其他物質。如果直接排入水中，不僅會危害人體健康，還會在水中形成薄膜，防止氧氣在空氣中溶解，從而影響水體的自凈。必須處理才能排放?；炷ㄊ且环N常用的處理方法,但是處理含油廢水效率往往不夠高,聚合羥基鋁鐵是一種新型高效藥劑,它不僅兼有一般鋁鹽與鐵鹽的水解、吸附特性,還有其本身的表面沉降過程。在水處理中藥劑用量比一般鋁鹽、鐵鹽的用量少,因此,用其處理乳化油廢水具有重要的現實意義。1材料和方法1.1試劑、儀器和測試儀器FeCl3(天津市大茂化學試劑廠);Al2(SO4)3(天津市泰興試劑廠);NaOH(天津市富祿化工試劑廠);HCl(信陽市化學試劑廠);TA6系列程控混凝試驗攪拌儀(武漢恒嶺科技有限公司);pHs-25型酸度計(美國奧立龍);AR2140電子天平(奧察斯國際貿易公司);紅外測油儀(吉林市北光分析儀器廠);DF-101B集熱式恒溫加熱磁力攪拌器(鞏義市英峪華儀器廠)。1.2al2so3/fec3的堿化度反應稱取30gAl2(SO4)3的于燒杯中,將其溶解然后定容至100mL的容量瓶中,濃度為2mol/L。稱取32.5gFeCl3于燒杯中,將其溶解然后定容至100mL的容量瓶中,濃度為2mol/L。然后量取Al2(SO4)3溶液10mL及1.1mLFeCl3溶液于燒杯中,加適量蒸餾水,磁力攪拌混合10min,緩慢滴加0.16mol/LNaOH到B=2.0。在滴加的過程中進行強烈攪拌約1h。堿化度反應結束后,定容使產品中Al、Fe總濃度為0.01mol/L。最后將其儲備于玻璃瓶中,常溫熟化24h后待用。1.3紅外測油儀測油效果實驗用水取自湖北某鋼廠冷軋加工后的乳化油廢水,用紅外測油儀測得的原水稀釋25倍后的含油濃度為0.77766mg/L,pH值為6.83。(注:以后文中用紅外測油儀所測的濃度均為稀釋25倍后的濃度)2結果與討論2.1混凝劑投加量的影響在室溫,混合轉速為150r/min,混合時間為1min,反應轉速為30r/min,反應時間為30min,沉淀時間12h的條件下,考察了混凝劑投加量對油去除效果的影響,結果如圖1所示。由圖1可見,隨著混凝劑投加量的增加,乳化油的去除率增加,當投加量到達70mL/L時,油的去除率達到96.09%,達到最好去除效果,以后隨著混凝劑投加量的增加,油去除率卻有下降趨勢。這是因為在一定范圍內,投藥量越多,藥劑與乳化油廢水接觸越充分,吸附電中和和吸附架橋作用也越明顯,因此混凝效果增強。隨著藥劑量的繼續增加,油濃度反而上升,這是因為達到混凝最佳點后繼續增加藥劑量,會出現過多的電荷,使得原來的電荷變號,排斥力變大,膠體出現再穩現象。2.2水樣ph值對乳化油處理效果的影響在室溫,混合轉速為150r/min,混合時間1min,反應轉速為30r/min,反應時間為30min,投加量為70mL/L,沉淀時間為12h的條件下,考察了水樣pH值對乳化油去除效果的影響,結果如圖2所示。由圖2可知,水樣pH值對乳化油去除效果的影響不是很大。不難看出,pH值為7左右時,處理效果達到最佳,這是由于在這個pH值下,鋁離子的主要形態是高聚合度的低電荷絡離子,膠體間發生吸附架橋作用。另一方面,當pH為7左右時,聚合度極大的中性[Al(OH)3(H2O)3]n占絕對優勢,膠體間發生了沉淀的網捕作用,所以混凝效果增強。但隨著pH的繼續升高,油去除率反而下降,這是因為達到最佳pH值后,pH值繼續升高,聚合物重新溶解為[Al(OH)4]-、[Al6(OH)20]2-等負離子,此時水中大的量OH-會極力地排斥這些負離子,使膠體出現再穩現象,因而混凝效果變差。2.3電壓對油去除率的影響在混合轉速為150r/min,混合時間為1min,反應轉速為30r/min,反應時間為30min,投加量為70mL/L,pH值為7,沉淀時間為30min的條件下,考察電壓對油去除效果的影響,結果如圖3所示。集熱式恒溫加熱磁力攪拌器上電壓檔的大小間接反映了溫度的高低,因而電壓越大,表示加熱的溫度越高。從圖3中可以看出,電壓在30V左右時,處理效果達到最佳。一開始隨溫度升高,油去除率上升較明顯,這是因為混凝劑與水能夠充分混合,從而混凝劑效能得到充分發揮。而水溫高,水的黏度降低,布朗運動和異向絮凝作用增強,使混凝效果變好。但當溫度繼續升高,使絮凝劑老化或分解生成不溶性物質,降低了混凝效果。2.4混合轉速對油去除率的影響在室溫,混合時間為1min,反應轉速為30r/min,反應時間為30min,投加量為70mL/L,pH值為7,沉淀時間為1h的條件下,考察了混合轉速對油去除效果的影響,結果如圖4所示。由圖4可見,隨著混合轉速的增大,水樣上清液油去除率呈上升趨勢。當轉速為150r/min時,油去除率最大,此時達到最佳混凝效果。隨著混合轉速的繼續增大,油去除率又開始下降。這是因為在一定轉速范圍內,轉速越大,混凝劑與水樣混合越充分,混凝效果就更好。達到最佳混合轉速后,繼續增加轉速,油去除率反而下降,這是因為轉速過大,使得剛形成的礬花絮體被打碎,所以混凝效果變差。2.5混合時間對乳化油去除率的影響在室溫,混合轉速為150r/min,反應轉速為30r/min,反應時間為30min,投加量為70mL/L,pH值為7,沉淀時間為3h的條件下,考察了混合時間對乳化油去除效果的影響,結果如圖5所示。由圖5可見,隨著混合時間的增大,水樣上清液油去除率不斷增加,當混合時間達到60s時,油去除率到達最大,處理效果達到最佳。隨著混合時間不斷增大,油去除率反而下降。這是因為在一定的混合時間范圍內,混合時間越長,混凝劑與廢水接觸越充分,混合越均勻,因而混凝效果增強。當達到混合最佳時間后,繼續增加混合時間,存在多余的混合時間,在這些多余的時間里,由于轉速較大,把剛形成的礬花打碎,從而降低了混凝效果。2.6合成乳化油的最佳反應轉速在室溫,混合轉速為150r/min,混合時間為1min,反應時間為30min,投加量為70mL/L,pH值為7,沉淀時間為2h的條件下,考察了反應速度對乳化油去除效果的影響,結果如圖6所示。由圖6可知,隨著反應轉速的增大,油去除率明顯升高,當反應轉速為40r/min時,油去除率最大,此時達到最佳混凝效果。隨著轉速的繼續增大,油去除率又明顯下降。這是因為在一定的反應轉速范圍內,隨著反應轉速的增大,礬花間的碰撞機會增大,且這個轉速又不會將形成的礬花打碎,因而混凝效果增強。當達到最佳反應轉速后,繼續增大反應轉速,油去除率又下降,是由于反應轉速過大,將形成的礬花打碎,不利于沉淀,因而混凝效果降低。2.7反應時間對乳化油去除率的影響在室溫,混合轉速為150r/min,混合時間為1min,投加量為70mL/L,pH值為7,反應轉速為40r/min,沉淀時間為2h的條件下,考察了反應時間對乳化油去除效果的影響,結果如圖7所示。由圖7可知,隨著反應時間的增加,上清液的油去除率不斷增加,當反應時間為15min時,油去除率達到最大值,此時混凝效果最好。隨著反應時間的增加,油去除率又呈下降趨勢。這是由于在一定的反應時間范圍內,反應時間越長,絮體越有機會成長,因而混凝效果增強。當達到最佳反應時間后,繼續增大反應時間,油去除率反而下降,這是因為反應時間太長,會使膠體再穩,不利于沉淀,因而混凝效果變差。2.8水平組合的確定通過L9(34)正交實驗,獲得的數據及數據處理結果見表1。由表1可見,最佳水平組合為:投加量為70mL/L,pH值為7,混合時間為1min,反應轉速為20r/min,反應時間為5min,混合轉速為120r/min。根據極差的大小可知,混凝性能的影響主次順序為:混合轉速>投加量>反應轉速>反應時間。3混凝劑最佳混凝條件的確定通過上述實驗研究,可得出以下結論。(1)以氯化鐵和硫酸鋁為原料,采用鋁鐵混合溶液加堿聚合這種新工藝,可以合成出無機高分子絮凝劑HPAFC。(2)單因素實驗考察了投加量,pH值,溫度,水力條件等因素。各因素的最佳取值分別為:投加量為70mL/L,pH值