（环境工程专业论文）除磷混凝剂的制备及应用研究.pdf

需1 0m i n 。自制混凝剂生产成本低，具有较好的工业应用前景。结果表明：自 制除磷混凝剂用量、除磷效果、絮体大小均与国内外商品絮凝剂性能相当，合 成成本低，这为废物综合利用提供新途径。 关键词：混凝剂制备，混凝，除磷，废渣 n a b s t r a c t t h ee u t r o p h i c a t i o nh a sb e c o m eas e r i o u se n v i r o n m e n t a lp r o b l e mt oc h i n e s e w a t e rb o d y , w i t ht o t a ln i t r o g e na n dt o t a lp h o s p h o r u sb e i n gt h ep r i m a r yc o n t a m i n a n t s p h o s p h o r u sp o l l u t i o ni so n eo ft h et o pp o l l u t a n t si nc h i n e s en a t u r a lw a t e r i n d u s t r i a l s e w a g ed i s c h a r g e df r o ms e w a g et r e a t m e n tp l a n ti sh i g hp h o s p h o r u sc o n c e n t r a t e d ， w h i c hw i l le x a c e r b a t ee u t r o p h i c a t i o n t os o l v et h ep r o b l e m ，f u r t h e rt r e a t m e n to f p - c o n t a i n i n gw a s t e w a t e ri si m p o r t a n t t h ep r e f e r a b l ef u r t h e rp h o s p h o r u sr e m o v a l t e c h n i q u e i st h e a p p l i c a t i o n o fh i g h - e f f i c i e n c y , l o w c o s t p h o s p h o r u sr e m o v a l c o a g u l a n ta tp r e s e n t s oak i n do fc o a g u l a n th a db e e np r e p a r e db yu s i n gak i n do f i n d u s t r yw a s t er e s i d u ei nt h i sp a p e r t h ep h o s p h o r u sr e m o v a lc o a g u l a n tw a sp r e p a r e db a s e do ni n d u s t r i a lw a s t e t h r o u g ha c i dt r e a t m e n t t h ec o m p o s i t i o no fr e s i d u ea n dt h es e l f - m a d ep h o s p h o r u s r e m o v a lc o a g u l a n tw e r ea n a l y z e db yx r d ，x r ki ra n ds e m as e r i e so f e x p e r i m e n t s w c g cc o n d u c t e dt o s t u d yt h ei n f l u e n c e o ff a c t o r ss u c ha sa c i d c o n c e n t r a t i o n ，r e s p o n s et i m e ，r e a c t i o nt e m p e r a t u r e ，s o l i d t o l i q u i dr a t i o ，e t c t h ec o m p o s i t i o no fs e l f - m a d ec o a g u l a n tw a sa n a l y z e db yx r kx r d ，i r ，s e m ， t h er e s u l t so fw h i c hs h o w e dt h a tt h em a i nm i n e r a lc o m p o s i t i o nw c r cg o e t h i t e ， h e m a t i t e ，f i b r o f e r r i t e ，g i b b s i t e ，q u a r t z ，e t c t h em o i s t u r ec o n t e n to fg o e t h i t e ， f i b r o f e r r i t ea n dg i b b s i t ew c r c1 0 1 4 、3 8 2 6 a n d3 4 6 4 r e s p e c t i v e l y i n f r a r e d a n a l y s i ss h o w e dt h a tt h em a i ng r o u p so fs e l f - m a d ec o a g u l a n tw e r es i o - s i 、f c o h 、 a i o ha n dh o h t h em o l e c u l a rf o r m u l ao ff i b r o f e r r i t ei sf c ( o h ) s 0 4 5 h 2 0 ，w h i c h i st h ep r i m a r yc o m p o s i t i o no fc o a g u l a t i o n p o l y m e r i cf e r r i cs u l f a t ew e r eg e n e r a t e di n t h ep r o c e s st h a ts u l f u r i ca c i dn e u t r a l i z e dap o r t i o no fh y d r o x y l ，f r o mw h i c hw ec a n k n o wp o l y m e r ss u c ha sp o l y m e r i cf e r r i cs u l f a t em a ye x i s ti nt h es e l f - m a d ec o a g u l a n t t h er e m o v a le f f i c i e n c yo ft h es e l f - m a d ec o a g u l a n to ns i m u l a t e dp - c o n t a i n i n g w a t e rs a m p l e s ，d o m e s t i cs e w a g es a m p l e sa n de a s tl a k ew a t e rs a m p l e sw e r es t u d i e d i nt h er e s e a r c h f o rt h es i m u l a t e dp c o n t a i n i n gw a t e r ( i n i t i a lpc o n c e n t r a t i o n1 8 2 m g la n di n i t i a lp h9 13 ) ，t h er e m o v a lr a t eo fp h o s p h o r u sc a nr e a c h9 7 w i t hd o s a g e o f0 3 g 厂l ，a n d f i n a lpc o n c e n t r a t i o na n dp hc a nr e a c h0 0 5 m g la n d6 8 1 r e s p e c t i v e l y t h er e m o v a lr a t ef o rd o m e s t i cs e w a g es a m p l e s ( i n i t i a lpc o n c e n t r a t i o n i i i 2 5 m g t a n di n i t i a lp h7 9 6 ) a n d e a s tl a k ew a t e r s a m p l e s ( i n i t i a l p c o n c e n t r a t i o n l 0 4m g la n di n i t i a lp h8 1 1 ) c o u l dr e a c h9 4 4 8 a n d9 5 5 8 t h e f i n a lpc o n c e n t r a t i o nc a l lr e a c h0 0 1 3m e c la n d0 0 4 6m g lr e s p e c t i v e l yw h e nt h e d o s a g ei s0 2g la n d0 1g l t h et o t a lp h o s p h o r u si nt r e a t e dd o m e s t i cs e w a g ea n d e a s tl a k ew a t e rc a nr e a c ht h elc l a s sa n di ic l a s sw a t e rs t a n d a r d si ng h z b l ( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) m e a n w h i l e ，o t h e ri n d e x e ss u c ha sc o d ，t p , s sw e r ea l s or e d u c e d t om e e tt h er e q u i r e m e n to fr e l e v a n tn a t i o n a ls t a n d a r d am a s so ff l o e se m e r g e di nt h e p r o c e s so fc o a g u l a t i o n ，w h i c hw e r eb i ga n dt i g h t l yb o u n d ，a n dc o u l ds e t t l et ot h e b o t t o mo ft h eb e a k e rf a s t t h es e l f - m a d ec o a g u l a n t ，f e r r i cs u l f a t e ，a l u m i n i u mp o l y c h l o r i da n daf o r e i g n c o a g u l a n tw e r ec o m p a r e db yc o n d u c t i n gc o a g u l a t i o ne x p e r i m e n t s t og e tt h ef i n a lp c o n c e n t r a t i o no fl e s st h a n0 1m g lf r o md o m e s t i cs e w a g ew i t hi n i t i a lpc o n c e n t r a t i o n 2 1m g la n di n i t i a lp h8 6 9 ，t h ed o s a g eo ft h ef o r e i g nc o a g u l a n t ，p o l y m e r i cf e r r i c s u l f a t e ，t h es e l f - m a d ec o a g u l a n ta n da l u m i n i u mp o l y c h l o r i dw c r c0 2g k0 2g l0 3 g la n d0 4g lr e s p e c t i v e l y t h es e l f - m a d ec o a g u l a n tf l o e ss e t t l e df a s ta n dc o u l d s e t t l eco m p l e t e l yi no n l y1 0m i n u t e s t h es e l f - m a d ec o a g u l a n th a dp r o m i s i n g i n d u s t r i a la p p l i c a t i o n sd u et ot h el o wp r o d u c t i o nc o s t s t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h e s e l f - m a d ec o a g u l a n ta n df l o c c u l a n tp r o d u c t sa th o m ea n da b r o a db e h a v e ds i m i l a r l yi n t h ea s p e c t so fd o s a g e ，pr e m o v a le f f e c ta n df l o es i z e ，a n di t p r o v i d e dn c ww a y sf o r m u l t i p u r p o s eu t i l i z a t i o no fw a s t e k e y w o r d ：p r e p a r a t i o no fc o a g u l a n t ，c o a g u l a t i o n ，p h o s p h o r u sr e m o v a l ，r e s i d u e 武汉理i ：人学顺t - ：。丫：佗论文 1 1 概述 第1 章绪论 随着我国经济的发展，大量企业迅速崛起，企业所排放的污水同城镇生活 污水经污水厂处理后流入自然水域，因此使得水体中的污染物质急剧增加，其 中氮、磷等元素不断富集会导致以蓝藻为代表的部分藻类过度增殖。藻类的过 度繁殖会带来许多不利的影响：蓝藻体内排放的藻毒素将严重威胁着水生生物 和人类的健康；水体被过多的蓝藻覆盖导致水体透明度急剧下降；溶解氧不断 降低，最终导致大量水生生物死亡。发生了诸如太湖蓝藻暴发而引起的水域富 营养化事件，导致以湖水为水源的自来水厂无法为流域地区居民提供饮用水， 人民的正常生活受到了严重的影响。国家环境保护部发布的( 2 0 0 9 年中国环境 状况公报显利1j ：在2 6 个国控重点湖泊和水库中，仅有1 个满足i i 类水质， 而高达9 个满足劣v 类水质，其中太湖、巢湖、滇池均是劣v 类水质，而总氮 和总磷为主要的污染指标。由此可见，磷污染在我国自然水体的各种污染物中 名列前茅，因此为防止水体的富营养化而对污水除磷是极为重要的。 i i i 戋 儿，孑7 ：基尹 重宦一目, 吕j t z t z 中窿富 1 宇毫 “ 劣v 妻 一31 i 亨，叫。，一营养：础 一_ a j 葫i + 酽一+ 。 妻 。_ 如 一厶珏“ ! ，t j 嘉 需 工业废水、生活污水和农业面源污染是目前许多富营养化水体中氮、磷的 主要来源。为了减少总磷的排放，需要对城市污水处理厂尾水进行深度除磷， 以达到地表水环境质量标准。为改善水环境质量，为社会经济健康可持续发 展提供条件，对排放到水体中的污水进行处理是十分有必要的，同时需要对已 经受到污染的水体进行修复。 武汉理1 = 大学硕士学位论文 1 2 含磷废水的来源与危害 近年来随着人类活动的不断增加，大量富含磷的污水排入河流、湖泊、海 洋等水体，水体中磷污染日益严重。磷的来源广泛，可以划分为外源性负荷和 内源性负荷。外源性负荷包含点源污染与面源污染【2 1 。点源污染主要有生活污水 与工业废水，面源污染主要是农业。沉积物中的氮和磷的释放以及水生动植物 的新陈代谢分解可归纳为内源性负荷。外源污染是磷的主要排放来源，磷主要 是通过点源进入水体。有研究表明1 3 1 ，湖泊、水库中8 0 的磷来自于污水排放。 可见点源中的生活污水、工业废水是造成富营养化的主要原因。对于生活污水 来说，污水中磷的主要来源是家庭洗涤剂( 主要是洗衣粉) 。因此，可得出水体 中的磷污染主要来自含磷洗涤剂的使用。目前，国内生产的洗涤剂的主要成分 为可溶性三聚磷酸盐( p 3 0 1 0 5 ) 。 氮和磷是富营养化水体中的特征污染物，是植物和微生物的主要营养元素。 一般认为湖水中总磷浓度o 0 2m e t , 、总氮浓度o 2m e e t 是水体富营养化的发 生浓度【4 1 。如果磷是限制因素，当总磷浓度超过0 1m g l 时，水体中藻类等浮游 生物会大量生长繁殖。当大量含磷工业废水、生活污水排入江河湖海中，将导 致藻类与水生植物异常繁殖，引起异氧微生物代谢活动旺盛，消耗水中的溶解 氧而导致其他水生生物的死亡，最终达到破坏水体生态平衡的现象。水体富营 养化对环境的危害有以下几个方面：破坏生态系统，藻类消耗水中溶解氧，鱼 虾等水生生物因缺氧窒息死亡，导致湖泊等水体生态系统失衡；水质恶化，大 量生物死后尸体在水体中氧化分解，导致水下淤泥向还原态转化，严重时淤泥 的污染物释放，甚至产生一些硫化氢等有毒有害气体，同时藻类本身有藻腥味 会使水质恶化水变得腥臭难闻：释放有毒物质，藻类分泌出的有机物经分解生 成难以降解的腐殖酸，若用氯消毒便生成致癌的总三卤甲烷，富营养化水体中 所含的硝酸盐和亚硝酸盐以及藻类所含的蛋白质毒素会富集在水产物体内，人 畜长期饮用这些物质量超过一定标准的水，也会中毒致病；影响景观，发生水 华赤潮时，藻类大量繁殖，覆盖整个水面从而有碍水体美观l 孓暑l 。 1 3 污水中磷的存在形式 不同类型的污水中磷的存在形式也不一样，总体来说磷的形态可以划分为 物理和化学两种形态。物理态包括溶解态磷和颗粒态磷，可以采用o 4 5 m 的微 2 武汉理r ：人学硕士学位论文 孔滤膜对这两种形态的磷进行分离。颗粒态的磷包含有机的和无机的，主要存 在于细菌或动植物残骸的碎屑里。化学态包括正磷酸盐，聚合磷酸盐和有机磷 酸盐【9 1 。p 0 4 孓、h p 0 4 2 。、h 2 p 0 4 为正磷酸盐的不同化学存在形式，三种化学存在 形式因废水p h 值的不同而变化。在磷酸盐溶液中，磷酸盐会发生电离、水解反 应l l 。2 5 时的离解常数如式1 1 ，式1 - 1 ，式1 3 。 h 3 p 0 4 = h + + h 2 p 0 4 。p k i = 2 1 5k 1 = 7 0 8 1 0 u ( 1 1 ) h 2 p 0 4 = h + + h p 0 4 2 。p k 2 = 7 2k 2 = 6 3 1 0 喝 ( 1 2 ) h p 0 4 厶= h + + p 0 4 3 p k 3 = 1 2 3 8 k 3 = 4 4x1 0 。1 3( 1 3 ) 在磷酸盐溶液中，磷酸盐有四种形态，p 0 4 3 。、h p 0 4 、h 2 1 0 4 。、h 3 p 0 4 。在 p h 值 4 6 时，磷酸溶液主要以h 3 p 0 4 形式存在，难以与铝铁离子结合成絮体 而被去除；当4 6 8 等。 ( 3 ) 离子交换法 离子交换法除磷原理1 4 1 】是通过利用多孔的阴离子型树脂，进而有针对性地 交换吸收污水中的磷，从而达到对磷的去除。离子交换法的通常反应形式如式 1 5 所示。 h 2 p 0 4 2 。+ r n h 2 - c i 兮r n h 2 p 0 4 + c i ( 1 5 ) 若想将离子交换法除磷用于实际应用，需要面临着各种问题，如树脂容量 较低、易于中毒、选择性不强等，因此离子交换法不适合在实际中进行应用。 ( 4 ) 电解法 6 武汉理1 ：大学硕士学位论文 电解法除磷常采用铜、铁、铝等金属材料做为电极，由于强的电流作用导 致阳极的金属板慢慢被溶解，溶解在水中的金属离子将与水中的氢氧根进一步 反应，最终形成高凝聚性的物质，而阴极则产生具有强还原能力的氢，通过氧 化、还原、气浮、凝聚等多种作用的综合作用实现对污水的处理。与其他废水 处理技术相比，电解法的装置简单又容易控制。目前直流、交流电解法已经实 现了工业化。用电解法除磷的去除率高，日本的科学家研究显示【4 2 】使用铝当做 电极，必要时添加n a c i 充当电解质，在直流电流o 5a 的条件下，处理家庭污 水2h ，磷的去除率可高达9 9 5 0 。电解法其他优点是同时能够脱氮，去除部分 生化需氧量和化学需氧量。电解法的缺点为电极材料的消耗及沉淀生成量大， 运行费用过高1 4 3 。 ( 5 ) 电渗析法 电渗析利用阴阳离子交换膜的选择透过性，在外加电场的作用下，使得离 子通过离子交换膜迁移到另外一部分的水中，从而使水溶液中的溶解物质淡化， 是一种膜分离技术。电渗析法处理废水时，并没有将废水中的污染离子去处， 而是改变了离子的浓度。电渗析器出水有两股，一端出水浓度较低，另一端出 水浓度较高。因此，要有配套处理高浓度废水的设施。在运用电渗析法进行除 磷时，特别重要的是废水的预处理和离子选择性。首先要在处理前对浓度过高 的废水进行预处理，而目前高选择性的防污膜仍在进一步研究发展中，期望能 够使电渗析方法成为能较好的去除污水中营养物的实用方案之一。电渗析用于 除磷实质只是把磷进行浓缩的一种方法，仅依靠该方法不能从根本上除去磷【矧。 ( 6 ) 化学凝聚法 1 7 6 2 年人们发现了化学沉淀，1 8 7 0 年在英国开始形成一种有效的水处理方 法并且英美国家广泛采用此方法处理污水。因为化学沉淀法消耗试剂量大，运 行费用高，同时还会产生易造成二次污染的污泥，导致化学沉淀法很快被生物 处理法取代。直到2 0 世纪8 0 年代，需要提高污水中有机物与磷的去除力度， 人们又重新开始重视此方法1 4 引。化学凝聚沉淀法是将化学药剂投入水中，试剂 与废水中的磷反应生成难溶于水的磷酸盐沉淀，然后通过固液分离从而实现除 磷的效果。化学法除磷的基本原理主要分为四个步骤i 删：沉淀反应、凝聚作用、 絮凝作用、固液分离。在凝聚过程中，沉淀所形成的胶体与污水中之前存在的 胶体通过凝聚作用，形成直径为1 0 一1 5 m 范围间的主粒子。絮凝过程中经过相 互结合，主粒子变成更大的粒子即絮体。经过该过程后沉淀物颗粒增大了，这 些颗粒通过典型的沉淀或气浮就可实现分离。该方法需要控制的因素有p h 值、 7 武汉理工大学硕士学位论文 药剂的投加量、反应时间等。其中废水的初始p h 值对不同药剂除磷效果有很大 的影响。在化学沉淀法中，经常选取的金属盐一般有三种：钙盐、铝盐和铁盐。 石灰、硫酸铝、铝酸钠、硫酸铁、三氯化铁、硫酸亚铁和铝铁聚合物等是常用 的化学除磷絮凝剂，其反应式和对应的磷酸盐沉淀物的溶度积平衡常数对数见 表1 1 1 4 7 1 。 表1 - 1各种金属离子生成磷酸盐沉淀物的反应式和溶度积平衡常数的对数值 反应式溶度积平衡常数的对数值 a i j + + p 0 4 j 。a l p 0 4 上 f e h + p o ， f c p 0 4 上 3 f c 2 + + 2 p 0 f e 3 ( p 0 4 ) 2 , , c a z + + 2 h 2 p 0 4 。专c a ( h 2 p 0 4 ) 2 i , c a 2 + + h p 0 4 玉c a h p 0 4 , 1 0 c a z + + 6 p 0 4 孓+ 2 0 h - c a l o ( 0 h ) 2 ( p 0 4 ) 6 i 2 1 2 3 3 0 1 6 9 0 磷酸盐沉淀是配位基参加电性中和沉淀，即通过钙离子、铝离子或铁离子 与p 0 4 3 。的化学沉淀作用加以去除i 矧。以硫酸铝、石灰和三氯化铁为例，金属盐 与水中的磷酸盐、碱度的反应可用式1 6 至式1 1 1 表示1 4 9 - 5 1 1 。 硫酸铝： 主反应：a 1 2 ( s 0 0 3 1 4 h 2 0 + 2 p 0 4 孓专2 a l p 0 4 j , + 1 4 h 2 0 + 3 s 0 4 厶 ( 1 - 6 ) 副反应：a 1 2 ( s 0 4 ) 3 1 4 h 2 0 + 6 h c 0 3 号a i ( o h ) 3j ，+ 3 s 0 4 厶+ 1 4 h 2 0 + 6 c 0 2 ( 1 7 ) 石灰： 主反应：c a ( o h ) 2 + h c 0 3 专c a c 0 3 i + o h + h 2 0 ( 1 8 ) 副反应：5 口+ + 3 p 时+ o h 兮c a 5 ( o h ) ( p 0 0 3l ( 1 9 ) 三氯化铁： 主反应：f e c l 3 + p 0 4 孓专f e p 0 4 上+ 3 c i 。 ( 1 - 1 0 ) 副反应：f e c l 3 + 3 c a ( h c 0 3 ) 2 f e ( o h ) 3 , , + 6 c 0 2 + 3 c a c l 2 ( 1 - 1 1 ) 化学凝聚沉淀法除磷的优点为除磷效果好，运行管理操作稳定，适用于流 量不大的工业含磷废水。若将化学凝聚沉淀法与生物处理法综合利用的话则可 获得更好的除磷效果。将两者结合，可以充分利用化学除磷出水磷浓度低且稳 定、生物法除磷费用低等优点。如若需要同时脱氮除磷，可以先脱氮，辅助以 化学除磷，使得出水的氮、磷都达到排放标准【5 2 l 。荷兰的传统污水处理厂一般 能去除4 0 的磷，剩余的磷靠投加钙、铝和铁盐来去除，最后出水中的磷小于1 8 武汉理l ：人学硕士学位论文 m g 刖5 3 1 。但是传统化学除磷的方法有一定的局限性，投加药剂浓度较高，使得 出水色度增加。所需药剂的投加量还与污水中磷的浓度有关，当污水中含磷较 高的时候，化学药剂消耗量就增大，随之运行费用也会增加。同时化学沉淀产 生大量的污泥，易造成二次污染。由于投加了化学除磷剂可能出水中残留一些 金属离子( 如f e 3 + ) ，这些金属离子会因含量过高而使得出水色度增加。 1 5 混凝剂的研究现状 1 5 1 混凝剂的分类 混凝是对混合、凝聚、絮凝的总括。狭义的混凝是指在水分散体系中，颗 粒物在化学药剂作用下，导致颗粒聚集生长的过程。本文所讨论的混凝，均指 狭义的混凝。要使污水除磷技术得到发展，不仅要加强对污染源控制，同时也 要加强对化学除磷药剂及工艺的研究。新型混凝剂的发展趋势是由低分子向高 分子，从单一型转向复合型l 粥们。 混凝剂按组成不同，可划分为无机混凝剂、有机混凝剂、生物混凝剂和矿 物类助凝剂四大类。根据分子量的高低、官能团的特性及官能团离解后所带电 荷的性质，可分为高分子、低分子、阳离子型和阴离子型和非离子型混凝剂等 等，如表1 2 所示【5 7 ，5 踟。 9 武汉理丁大学硕十学位论文 无机低分子型明矾，硫酸铝，硫酸铁，三氯化铁，活化硅酸 翥无机高分子阳离子型蓁兹嚣鬻燃慕 无机高分子阴离子型聚合硅酸，聚合硫酸 1 5 2 无机混凝剂研究现状 常用的无机除磷混凝剂主要有铝盐类混凝剂、铁盐类混凝剂、铝铁复合混 凝剂、聚硅酸类混凝剂、稀土类混凝剂等。 ( 1 ) 铝盐混凝剂 铝系混凝剂是最传统、应用最广泛的混凝剂。简单的铝盐如硫酸铝、明矾， 其主要作用机理是通过对水中胶体颗粒的压缩双电层作用、吸附架桥作用及沉 淀物卷扫作用，使胶体颗粒脱稳，从而聚集、沉降。尽管铝盐被广泛使用，但 铝是人体不需要的一种元素。铝盐进入人体会导致人体出现诸如铝性脑病、铝 性贫血等中毒病症。世界卫生组织对铝的限值标准是0 2m g l ，美国定为o 0 5 m g l ，我国定为0 2m g r l l 5 9 ，删。另外，铝盐的p h 值范围窄，因而影响了城市供 1 0 武汉理r 人学硕士学位论文 水管网电化学腐蚀问题的解决。聚合氯化铝( p a c ) 是常用的铝系高分子混凝剂， 自2 0 世纪6 0 年代在日本首先进入实用阶段以来，其它国家也纷纷进行试制。p a c 的效能在许多方面优于明矾等传统铝盐，最明显的是投加量小，絮凝体形成速 度快且颗粒大而重，易沉淀，反应沉淀时间短，对原水水温及p h 值的适应范围 广( 5 9 ) ，它的加入量也不宜过多，否则也会使水发浑【6 1 j 。陈静等1 6 2 】通过混凝 实验考查了p a c 的除磷作用，研究表明：p a c 具有良好的除磷效果，对模拟废 水磷的去除率达9 4 6 ，对实际污水t p 去除率达9 6 6 ，浊度去除率达9 3 8 。 除p a c 外，又出现了聚合硫酸铝、聚合磷酸铝等高分子铝盐。 ( 2 ) 铁盐混凝剂 铁盐混凝剂是铝盐的主要替代品，在2 0 世纪3 0 年代就在水处理中得到了 广泛的应用。采用铁盐作为混凝剂，不仅安全无毒，可避免二次污染，而且还 有混凝能力强、矾花大、沉降快、水温和p h 值适应范围广、价格便宜等特点【矧。 尤其是在低温条件下，铁盐的混凝效果明显优于铝盐。但其腐蚀性强，对设备 要求高，且铁盐混凝剂中的f c 3 + 与水中腐殖质等有机物可形成水溶性污染物，使 自来水带色。简单的铁盐主要是氯化铁、硫酸亚铁等。高分子铁盐混凝剂的代 表为聚合硫酸铁( p f s ) ，p f s 由日本首先研制成功并投放市场，我国1 9 8 3 年 开始研究p f s 。目前我国p f s 的生产技术已经达到国外水平，广泛用于净水处 理和污水处理领域。除p f s 以外，还出现了聚氯化铁( 眦) 、聚硫酸铝铁 ( p a f s ) 、聚硅酸铝铁( p s f a ) 等复合型混凝剂。刘智安等1 6 4 1 研究了以钢渣或 赤铁矿尾矿、粉煤灰和浓硫酸为原料合成p a f s 。结果表明：用p a f s 对黄河水 进行处理，对黄河水的除浊率达到了1 0 0 ，对c o d 的去除率达到4 0 ，和工 业产品聚合氯化铝相比，制备的p a f s 具有除浊率高、投药量少、成本低等优点。 ( 3 ) 铝铁复合混凝剂 这类复合混凝剂中，阳离子主要是铝铁，阴离子以一种为主，如氯离子或 硫酸根。由于含有铝铁两种阳离子，其产品特性具有铝盐和铁盐的双重优点， 不仅脱色、降浊能力强，矾花沉淀迅速，污泥容易脱水，而且产品所含有害杂 质少，也适用于饮用水的处理。目前这类混凝剂的部分产品已经进入国内水处 理市场，这类混凝剂主要有聚合硫酸铝铁( p a f s ) 、聚合氯化铝铁( p 盯c ) 。p a f s 一般以含铝原料( 铝土矿、高铝灰、含铝废料等) 、含铁原料( 硫酸亚铁、铁废 屑、硫铁矿烧渣等) 、工业硫酸及氧化剂为原料，通过氧化、水解、聚合等工艺 制取。p a f c 是在p a c 的基础上再复合铁盐，或直接用含铝原料、氯化铁和盐 酸混合反应，再进行羟基化聚合制得。可利用铝土矿、铝酸钙粉、粉煤灰等为 武汉理t 大学硕十学位论文 原料，再用盐酸进行酸浸制得p a c ，再加入铁离子，经聚合得到p a f c 。p a f c 主要处理生活饮用水、工业给水、废水和污泥脱水，混凝效果优于p a c ，是聚 铝和聚铁的替代品1 6 5 1 。郑怀礼等 6 6 1 用铝酸钙粉和盐酸混合，然后保持温度在1 0 0 恒温加热，搅拌反应3h 后，在上层液中加入计量氯化铁并调节碱化度，此后 熟化2 4h 即得产物p a f c 。将此混凝剂用于处理含磷量为6m g l 的城镇生活污 水，处理后剩余磷含量0 5m g l ，去除率达到9 5 以上。 ( 4 ) 聚硅酸类混凝剂 聚硅酸在2 0 世纪3 0 年代后期作为混凝剂在水处理中得到应用。此类混凝 剂在通常条件下组分带负电荷，属阴离子高分子混凝剂，主要依靠表面羟基的 氢键作用可以吸附许多其它分子。硅酸在聚合过程中，随着分子量的不断增大 而交联成网状，吸附架桥能力增强，从而聚合度增大，处理效果加强，形成的 矾花大而易于沉降。聚硅酸在储存时易发生自聚反应，析出硅胶而失去混凝功 能，只能现场制备，这也就限制了聚硅酸的应用和推广。 研究发现，金属离子不但能提高聚硅酸的絮凝效果，而且能提高其稳定性， 人们便利用硅酸和其它金属盐复合来实现聚硅酸的改性，并于1 9 8 8 年成功开始 生产聚硅酸硫酸铝( p a s s ) 。目前，聚硅酸类混凝剂的制备工艺一般分为复合 法和共聚法，所谓复合法即是先将金属盐水解聚合再与聚硅酸混合；共聚法是 将金属盐直接引入聚硅酸溶液中再调节一定的酸碱度使金属盐与硅酸进一步聚 合。国内目前尚处在研制阶段，其主要制约因素有：以纯化工产品为原料，生 产成本高：稳定性差，活性硅酸容易形成凝胶导致产品失败：产品呈液态，有 效浓度低，运输成本高；即使采用工业废料为原料的研究，但工艺复杂，原料 利用率低形成的废渣需要再处理【6 7 l 。 聚合硅酸铝 国外始于2 0 世纪8 0 年代末，国内始于9 0 年代初，将铝离子引入聚硅酸所 得的产品简称聚硅酸铝。在1 9 8 9 年，加拿大h a n d y 化学公司首先研发了聚合硅 酸铝。近几年来聚合硅酸铝的制备途径有三条：一、以矿石、矿物渣料等原料 进行研制；二、将铝盐引入到聚硅酸