（环境工程专业论文）聚硅酸硫酸铝铁镧的制备与应用研究.pdf

摘要 摘要 印染废水处理的方法主要有絮凝法、氧化法、吸附法和生化处理法等。絮凝法以 其占地少，成本低，管理方便等优势成为处理印染废水的常用方法之一。传统的无机 絮凝剂对疏水性染料脱色效率较高，但对水溶性好的染料脱色效果较差。因此，寻找 和开发新的高效脱色混凝剂，就显得非常必要。 本文研究的聚硅酸硫酸铝铁镧絮凝剂( l a p f a s s ) ，是一类新型稀土复合的无机高 分子絮凝剂，采用复合共聚法，以硅酸钠、硫酸铝、硫酸铁和稀土碳酸镧为原料来制 备。制备方法是：在室温下，用硅酸钠在酸性条件下制各聚硅酸，再加入铝铁镧溶液， 使聚硅酸和铝铁镧反应制备得到l a - p f a s s 。分别对活性艳兰k n r 、还原大红r 、分 散红e 4 b 、直接黑f f 的模拟染料废水进行了混凝处理，考察了l a - p f a s s 絮凝剂 ( a i + f e ) s i 的摩尔比、a 1 f e 的摩尔比、稀土镧用量、投加量和废水p h 值对絮凝效果 的影响，优化了制备条件，确定了各种废水处理的最佳工况参数，并初步探讨了 l a p f a s s 絮凝剂对染料废水的絮凝机理作用。 试验结果表明，所制备的l a - p f a s s 絮凝剂对染料废水具有很好的絮凝、脱色性能。 其中处理非离子型的疏水性染料( 还原大红r 和分散红e - 4 b ) 废水的絮凝效果较明显， 投加量为1 4 m g l 时，浊度去除率和脱色率均达到9 0 以上。而处理水溶性染料( 活性 艳兰k n - r 、直接黑f f ) 废水的絮凝效果相对较差，投加量为1 4 m g l 时，脱色率仅为 8 0 9 6 左右。用l a - p f a s s 絮凝剂处理实际废水时，具有较好的絮凝效果，投加量为3 5 m g l ， 浊度去除率和脱色率分别达到8 1 0 、7 6 5 。 本文制备的l a - p f a s s 絮凝剂是一种高效的、具有大分子量的无机高分子复合絮凝 剂，其兼有静电中和、黏结吸附、网捕卷扫作用，对较难处理的非离子型的疏水性染 料废水具有优异的絮凝脱色性能，是一种很有应用前景的絮凝剂。 ， 关键词：聚硅酸硫酸铝铁镧；絮凝；印染废水；脱色 广东x _ ：l k 大学硕士学位论文 a b s tr a c t t h em e t h o d su s e df o rd y e i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n th a v ef l o c c u l a t i o n ，o x i d a t i o n , a d s o r p t i o na n db i o l o g i c a lt r e a t m e n t , e t c b e c a u s eo ff l o c c u l a t i o nh a sl e s sl a n do c c u p i e d ，l o w c o s t ，e a s ym a n a g e m e n t , a n do t h e ra d v a n t a g e s ，w h i c hh a sb e c o m eac o m m o nm e t h o dt od e a l w i t l lt h e p r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e r t r a d i t i o n a li n o r g a n i cf l o c c u l a n t sh a v eh i g h e r d e c o l o r i z a t i o ne f f i c i e n c yf o rt h eh y d r o p h o b i cd y e s ，b u tl e s sd e c o l o r i z a t i o ne f f i c i e n c yf o r s o m eg o o dw a t e r - s o l u b l ed y e s s oi ti sc r u c i a lt of i n da n dd e v e l o pan e wc o a g u l a n tw h i c h h a sam 曲d e c o l o r i z i n gr a t e i nt h i sp a p e r , p o l y s i l i c a t ea l u m i n i u mf e r r i cl af l o c c u l a n t ( l a - p f a s s ) i san e w t y p eo f r a r ee a r t hc o m p o s i t ei n o r g a n i cp o l y m e rc o a g u l a n t t h e r ea r es o d i u ms i l i c a t e ，a l u m i n u m s u l f a t e ，f e r r i cs u l f a t ea n dl a n t h a n u ma sr a wm a t e r i a l ，a n dp r e p a r e db yac o m p o s i t ec o p o l y m e r p r e p a r a t i o nm e t h o d ：a tr o o mt e m p e r a t u r e ，f i r s t l yp r e p a r ep o l y s i l i c a t eb yu s i n gs o d i u m s i l i c a t eu n d e ra c i d i cc o n d i t i o n s ，t h e na d dt h es o l u t i o no fa l u m i n i u m f e r r o 1 a n t h a n u m ，s o l a - p f a s si sp r e p a r e da f t e rr e a c t i o nb e t w e e np o l y s i l i c a t ea n da l u m i n i u m f e r r o l a n t h a n u m b yc o a g u l a t i o ne x p e r i m e n t sr e s p e c t i v e l yt r e a tt h es i m u l a t e dd y ew a s t e w a t e ro fr e a c t i v eb l u e k n 一心v a ts c a r l e t 凡d i s p e r s er e de - 4 ba n dd i r e c tb l a c kf f , s t u d ye f f c to ft h em o l a rr a t i oo f ( a l + f e ) s i ，t h em o l a rr a t i oo fa l f e ，l a n t h a n u md o s a g ea n dd o s a g eo fl a - p f a s sa n dp h v a l u eo fw a s t e w a t e ro nt h ef l o c c u l a t i o n ，o p t i m i z ep r e p a r a t i o nc o n d i t i o n s ，d e t e r m i n et h eb e s t w o r k i n gp a r a m e t e r sf o rav a r i e t yo fw a s t e w a t e rt r e a t m e n t a n dt h ef l o c c u l a t i o nm e c h a n i s m o fl a - p f a s sw a s p r e l i m i n a r yd i s c u s s e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h el a - p f a s sf l o c c u l a t i o nh a sg o o df l o c c u l a t i o na n db l e a c h i n g p e r f o r m a n c et ot r e a td y e sw a s t c w a t e r t h ef l o c c u l a n th a sh i g h e rd e c o l o r i z a t i o ne f f i c i e n c yt o d e a lw i t l ln o n - i o n i ch y d r o p h o b i cd y e s ( v a ts c a r l e tr ，d i s p e r s er e de 一4 b ) ，w h e nt h ed o s a g eo f c o a g u l a n tw a s14 m g l ，t u r b i d i t yr e m o v a lr a t ea n dt h ed e c o l o r a t i o nr a t ec o u l dr e a c h e do v e r 9 0 b u tf o rs o m ew a t e r - s o l u b l ed y e s ( r e a c t i v eb l u ek n - 凡d i r e c tb l a c kf f ) h a v el e s s d e c o l o r i z a t i o ne f f i c i e n c y , w h e nt h ed o s a g eo fc o a g u l a n tw a s14 m g l ，d e c o l o r i z a t i o nr a t ew a s o n l ya b o u t8 0 t h ep r a c t i c a lp r i n t i n ga n dd y e i n gw a s t e w a t e rw a st r e a t e db yl a - p f a s sh a s g o o df l o c c u l a t i o ne f f e c t ，w h e nt h ed o s a g ew a s3 5 m g l ，t u r b i d i t yr e m o v a lr a t ea n dt h e d c c o l o r a t i o nr a t ec o u l dr e a c h e d8 1 0 ，7 6 5 i n s h o r t , b e c a u s eo fi t se l e c t r o s t a t i c n e u t r a l i z a t i o n ， c o h e r e a d s o r p t i o n a n d n e t w o r k c a p t u r i n ge f f e c t ，t h ep r e p a r e dl a - p f a s sf l o c c u l a n ti sah i g he f f i c i e n ta n dal a r g e m o l e c u l a r w e i g h ti n o r g a n i cp o l y m e rc o m p o s i t ef t o c c u l a n t ， w h i c hh a se x c e l l e n t a b s t r a c t d e e o l o r i z a t i o np e r f o r m a n c ef o rm o r ed i f f i c u l tn o n i o n i cd y ew a s t e w a t e ro fh y d r o p h o b i c , s o l a p f a s si sap r o m i s i n gf l o c c u l a n t k e y w o r d s ：p o l y s i l i c a t ea l u m i n i u mf e r r i cl a n t h a n u ms u l f a t e ；f l o c c u l a t i o n ；p r i n t i n ga n d d y e i n gw a s t e w a t e r ；d e e o l o r i z a t i o n i i i c o n t e n ts a b s t r a c tinc hin e s e - i a b s t r a c tine n g lis h i i c e n t e n t sinc hin e s e i v c e n t e n t si ne n g lis h v l i c h a p t e r l p r e f a c e ：1 1 1b a c h g r o u do f t h es t u d y 1 1 2t h et y p eo ff l o c c u l a n ta n dd e v e l o p m e n ts t a t u s l 1 2 1t h et y p eo ff l o c c u l a n t ”2 1 2 2d e v e l o p m e n to f i n o r g a n i cf l o c o u l a n t s 2 1 3t h er e s e a r c hp r o g r e s so f p o l y s i l i c a t e - m e t a l ss a l t s 4 1 3 1 p o l y s i l i e i ca c i d 5 1 3 2 s i n g l em e t a li o n so f p o l y s i l i c a t e 5 1 3 3 t w om e t a li o n so f p o l y s i l i c a t e 6 1 3 4m e t a li o n so f p o l y s i l i c a t e ”7 1 4t h er e s e a r c hs t a t u so f r a c ee a r t hc o m p o u n do f f l o c c u l a n t 8 1 4 1 o v e r v i e wo f r a r ee a r t h 8 1 4 2 a p p l i c a t i o no f r a c ee a r t hc o m p o u n do ff l o c c u l a n t 8 1 5r e s e a r c hm e a n i n g r e s e a r c ho b j e c t i v e sa n d r e s e a r c hc o n t e n t ”9 1 5 1r e s e a r c hm e a n i n ga n dr e s e a r c ho b j e c t i v e s “9 1 5 2r e s e a r c hc o n t e n t 1 0 1 6t h ei n n o v a t i o nf o rt h i sa r t i c l e 1 0 c h a p t e r 2e x p e r i m e n tc o n t e n ta n da n a l y s i sm e t h o d i 1 1 2 1e x p e r i m e n t a lr e a g e n t sa n de q u i p m e n t s 1 1 2 1 1e x p e r i m e n t a lr e a g e n t 1 1 2 1 2e x p e r i m e n ti n s t r u m e n t 11 2 2t e s tm e t h o d 1 2 2 2 1p r e p a r a t i o no f p o l y s i l i c i ca c i d 1 2 2 2 2p r e p a r a t i o no f l a - p f a s sf l o c c u l a n t 1 2 2 2 3p r e p a r a t i o no f w a s t e w a t e ri nc o a g u l a n t i o nt e s t 1 2 v i l 广东工业大学硕士学位论文 2 2 4f l o e e u l a t i o nt e s t 13 c h a p t e r 3p r e p a r a tio no fl a p f a s s 1 4 3 1p r e p a r a t i o no f p o l y s i l i c a t e 1 4 3 1 1p o l y m e r i z a t i o nm e c h a n i s mo f p o l y s i l i c a t 1 4 3 1 2e f f e c to f t h er e a c t i o nc o n d i t i o n so f s i l i c i ca c i dp o l y m e r i z a t i o n 1 5 3 2p r e p a r a t i o nc o n d i t i o n so f l a - p f a s s 1 7 3 2 1p r e p a r a t i o np r i n c i p l e 1 7 ：；2 2p r e p a r a t i o nc o n d i t i o n s 1 7 3 2 3s t a b i l i t yo fl a - p f a s s 。1 7 c h a p t e r 4s t u d yt h ee f f e c to fd y ew a s t e w a t e rt r e a t m e n tw it hl a p f a s s 19 4 11 r e a t m e n to f i m u l a t e ad y e sw a s t e w a t e ro f r e a c t i v eb l u el ( n rw i ml a - p f a s s 1 9 4 1 1e f r c c to f t h e m o l a rr a t i oo f ( a i + f e ) s io nt h ed e c o l o r i z a t i o n 1 9 4 1 2e f r e c to f t h e m o l a rr a t i oo f 卅eo i lt h ed e c o l o r i z a t i o n 2 0 4 1 3e f f e c to f t h e m o l a rr a t i oo f l a s io nt h ed e c o l o r i z a t i o n 。2 1 4 1 4e f r e c to fl a - p f a s sd o s a g eo nt h ed e c o l o r i z a t i o n 2 2 4 1 5e 丘- e c to f p ho nt h ed e e o l o r i z a t i o n 2 3 4 2t r e a t m e n to f t h ei m u l a t e dd y e sw a s t e w a t e ro f v a ts c a r l e trw i t hl a - p f a s s 。2 4 4 2 1e f f e c to ft h em o l a rr a t i oo f ( a l + f e ) s io nt u r b i d i t yr e m o v a la n dd e c o l o r i z a t i o n 2 5 4 2 2e 丘- e c to ft h em o l a rr a t i oo f a l f eo nt u r b i d i t yr e m o v a la n dd e c o l o r i z a t i o n 。2 6 4 2 3e f f e c to f t h e m o l a rr a t i oo f l a s io ntt u r b i d i t yr e m o v a la n dd e c o l o r i z a t i o n 2 8 4 2 4e f f e c to fl a p f a s s d o s a g eo n tt u r b i d i t yr e m o v a la n dd e c o l o r i z a t i o n 。2 9 4 2 5e f i e c to f p ho ntt u r b i d i t yr e m o v a la n dd e c o l o r i z a t i o n 3 0 4 3t r e a t m e n to f t h ei m u l a t e dd y e sw a s t e w a t e ro fd i s p e r s er e de 4 bw i ml a p f a s s 3 0 4 3 1e f f e c to ft h em o l a rr a t i oo f ( a i + f e ) s io nt u r b i d i t yr e m o v a la n dd e c o l o r i z a t i o n 31 4 3 2e f r e c to f t h em o l a rr a t i oo f a l f eo nt u r b i d i t yr e m o v a la n dd e c o l o r i z a t i o n 3 2 4 3 3e 虢c to f t h em o l a rr a t i oo fl a s io ntt u r b i d i t yr e m o v a la n dd e c o l o r i z a t i o n 3 4 4 3 4e f f e c to fl a p f a s sd o s a g eo ntt u r b i d i t yr e m o v a la n dd e c o l o r i z a t i o n 3 5 4 3 5e 虢c to f p ho ntt u r b i d i t yr e m o v a la n dd e c o l o r i z a t i o n 3 6 4 4t i e a t m e n to f t h ei m u l a t e dd y e sw a s t e w a t e ro f d i r e c tb l a c kf fw i ll a p f a s s 3 6 4 4 1e 虢c to f t h em o l a rr a t i oo f ( a i + f e ) s io nt h ed e c o l o r i z a t i o n 3 7 4 4 2e f i e c to f t h em o l a rr a t i oo f a l f eo nt h ed e c o l o r i z a t i o n 3 7 4 4 3e f i e c to f t h em o l a rr a t i oo f l a s io nt h ed e c o l o r i z a t i o n 3 8 4 4 4e f r e c to fl a - p f a s sd o s a g eo nt h ed e c o l o r i z a t i o n 3 9 v i i i c o n t e n t s 4 4 5e f f e c to f p h0 1 1t h ed e c o l o r i z a t i o n 4 0 4 5t r e a t m e n to fi n d u s t r i a lw a s t e w a t c rw i t hl a - p f a s s 4 1 4 6n o d u l e 4 2 c h a p t e r 5s t u d yt h ef i o c c u l a t i o nm e c h a n i s mo fl a p f a s s 4 4 5 1i n t r o d u c et h ef l o c c u l a t i o nm e c h a n i s m 4 4 5 1 1c o m p r e s s i n gt w i ne l e c t r i c a ll a y e r 4 4 5 1 2a d s o r p t i o na n dc h a r g en e u t r a l i z a t i o n 4 4 5 1 3a d s o r p t i o nb r i d g i n ga c t i o n 4 4 5 1 4t h er o l eo f v o l u m es w e e pn e t t i n g 4 5 5 2a n a l y s i st h ef l o c c u l a t i o nm e c h a n i s mo fl a p f a s s 4 5 c o n c iu sio n sa n dr e c o m m a n d a ti o n 4 7 6 1c o n c l u s i o n s 4 7 6 2r e c o m m e n d a t i o n 4 7 r e f e r e n c e s 4 9 p u bi ic a tio n sd u rin $ m a s t e rp e rio d 5 2 a n n o u n c e m e n to ft h eo r i g i n a io r e a t i o na n dc o p y r i g h tli c e n s e 5 3 a c k n o w l e d g e m e n t s 5 4 第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 我国是水资源短缺和污染比较严重的国家之一。因为水资源严重匾乏，且水环境 又遭受到越来越严重的污染。水源污染主要是由于大量的生活污水和工业废水的排放。 据估计，全国约有1 3 的工业废水和4 5 的生活污水未经处理就直接排入江、河、湖、 海，导致水中的有机物质、氨氮、铜、铁、磷等含量升高，远远地超过了水体的自净 负荷，使水环境遭到十分严重的污染，破坏了生态环境，同时，影响了人类的生活和 健康，也制约了社会经济的发展。 随着人类生活质量的不断提高和经济的发展，再加上可持续发展战略和环境保护 政策的实施，人们对水质的要求越来越高，因此就要不断地寻找水质处理的方法，这 就显得水处理技术及应用的作用越来越重要。 在生活污水和工业废水的处理工艺中，水处理的技术方法很多，主要有混凝沉淀 法、化学氧化法、生物技术法、离子交换法和电渗析法等方法，其中混凝沉淀法是应 用最广、成本最低、最常用的处理方法【l 】。混凝过程是应用最普遍的关键环节之一，它 几乎可以用于生活污水和各种工业废水的前处理、中间处理和最终处理以及污泥处理 当中。它决定着后续流程的运行工况、最终出水质量和成本费用，因而成为水处理工 程中最重要的研究和应用领域之一【2 4 1 。絮凝剂是絮凝法水处理技术的核心，研制和开 发新型、高效、无毒、廉价的新型高分子絮凝剂在饮用水、工业硬水软化、工业废水 处理中越来越受到重视。 1 2 絮凝剂种类及发展现状 凡是能使水溶液中的溶质、胶体或者悬浮物颗粒产生絮状物沉淀的物质都叫做絮 凝剂( 或统称混凝剂) 。絮凝剂是我国废水处理过程中必需的化学试剂，在废水处理中 具有非常重要的作用。絮凝剂是目前应用范围最广、使用量最大的水处理化学试剂， 其技术研究是国家“8 6 3 ”和“九五科技攻关重点项目，絮凝剂处理效果的好坏，在 很大程度上决定着后续处理流程的运行状况、最终的出水质量和成本费用。因此，新 广东工业大学硕士学位论文 型、高效絮凝剂始终是水处理产业领域中重点发展的项目。 1 2 1 絮凝剂种类 按照药剂使用化合物类型，絮凝剂可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂、微生物絮凝剂 三大类，其中有机絮凝剂又可分为天然高分子化合物和合成有机高分子絮凝剂两种。 根据药剂的分子量大小、官能团的类型和在水中离解或所带的电荷的性质，可分为低 分子、高分子、阳离子型、阴离子型和非离子型的絮凝剂【5 】。絮凝剂分类如表1 1 。 表i - i 絮凝剂分类 t a b 1 1c l a s s i f i c a t i o no f f l o e c u l a n t 分类絮凝剂 无机絮凝剂( 传统絮凝剂) 无机高分子絮凝剂 合成有机高分子絮凝剂 天然高分子化合物 微生物絮凝剂 硫酸铝、硫酸铁、三氯化铁、三氯化铝，氢氧化钙等 聚合硫酸铝( p a s ) 、聚合硫酸铁( p f s ) 、聚合氯化铝( p a c ) 、聚 合氯化铁( p f c ) 、聚硅酸( p s ) 、聚硅酸硫酸铝( p f s s ) 、聚合硅 酸硫酸铝铁( p a f s s ) 、聚硅酸硫酸铁( p a f s ) 等 聚丙烯酰胺( p a m ) 、聚丙烯酸钠、聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯醇、 聚乙烯吡咯烷酮等 纤维素、氧化淀粉、壳聚糖、果胶、木质素的衍生物等 酱油曲霉、红色诺卡氏菌、n o c 1 、寄生曲霉等 1 2 2 无机絮凝剂的发展现状 无机絮凝剂的研究与发展时间比较长，现在已经广泛应用于饮用水、工业用水的 净化处理、废水处理以及污泥的脱水处理等。目前以铁盐和铝盐及其水解聚合物为主， 包括传统低分子混凝剂和无机高分子混凝剂( 又称第二代无机混凝剂) 。低分子絮凝剂 主要为铁盐、铝盐，如硫酸铁、硫酸亚铁水合物f e s 0 4 7 h 2 0 、三氯化铁f e c l 3 、硫酸 铝a 1 2 ( s 0 4 ) 3 1 8 h 2 0 和明矾a 1 2 ( s 0 4 ) 3 k 2 s 0 4 2 4 h 2 0 掣6 1 ，由于其价格低，货源充足， 运输储存方便，目前在工业水处理中仍占有很大比例，但它存在用量大，残渣多的缺 点，正逐渐被无机高分子絮凝剂取代。 无机高分子絮凝剂( i n o r g a n i cp o l y m e r i cf l o c c u l a n t s ，简称p f ) 如：聚铝、聚铁等， 是2 0 世纪6 0 年后期发展起来的新型絮凝剂。它不仅具有低分子絮凝剂的特征，而且比 传统药剂分子量大、具有多核络离子结构、电中和能力好、吸附架桥作用明显、沉降 快、用量少，能成倍地提高净水效能的特性，且价格较低，因而在近年得到了迅速发 展和广泛的应用，并已逐步发展成为水处理絮凝过程的主流药剂【_ 7 1 。目前，在西欧、美 2 第一章绪论 国、日本、中国等国家都已有相当规模的无机高分子絮凝剂生产和应用。 无机高分子絮凝剂的发展主要归纳为两个方面：一是依据协同增效原理将铁盐、 铝盐与一种或多种化合物复合共聚，制备出新型复合絮凝剂；二是在铁盐、铝盐的制 备过程中引入一种或多种阴、阳离子，在一定程度上改变聚合物的组成和结构，研制 出新型复合絮凝剂。在我国已逐步形成铁系、铝系、铝铁复合型无机高分子絮凝剂【s 】， 并得到了广泛的应用。 常用的无机高分子絮凝剂主要有铝盐和铁盐两种。 在铝盐类无机高分子絮凝剂重要的是聚合氯化铝( p a c ) ，自从6 0 年代聚合氯化铝 ( p a c ) 问世以来，由于它比传统无机絮凝剂硫酸铝、氯化铁的性能优越得多，它具有絮 凝性能好、絮体大、投药量少、沉降速度快、适用范围广等优点。p a c 作为水处理絮凝 剂，主要用于净化饮用水和给水的特殊水质处理，如除浮油、除铁、除氟、除镉、除 放射性污染等，还用于生活污水、工业废水以及污泥处理中。其用量比传统絮凝剂减 少1 肚1 2 ，成本可节省4 0 9 6 以上，己成为国内外公认的一种优良絮凝剂【9 】。有试验证明 【l o 】，用p a c 处理焦化废水时，调节废水p h 值中性和碱化度b 为1 5 ，c o d 和浊度的去除效 果最佳，减少水中总残余铝的含量。 随着时代的发展和科技的进步，铝盐无机高分子絮凝剂得到了一定的发展和改性， 如聚合硫酸铝( p a s ) 、聚合磷酸铝( p a p ) 、聚硫氯化铝( p a c s ) 等。其中p a c s 作为p a c 的改 性产品 1 1 1 ，由于高分子结构式中s 0 4 2 代替部分羟基- o h ，可通过控制碱化度来提高聚合 度，增强p a c 的稳定性，从而使除去油和c o d 、脱色等各种性能都优于p a c 。李俊梅【1 2 】 以煤矸石为主要原料制备聚硫氯化铝( p a c s ) ，将煤矸石中的氧化铝转变成活性高的氧 化铝后，用盐酸浸取铝，得到浸取液。再以一定趾”s 0 4 2 ( 摩尔比) ，控制适当条件把 s 0 4 2 。引入，再经适当调配即得p a c s 。用其进行了模拟废水试验，其絮凝效果优于p a s 和p a c 。当p a c s 絮凝剂中舢3 + s 0 4 2 一( 摩尔比) 为1 4 - - - - 1 6 ，碱化度为6 5 - 7 0 ，p h 为6 - - 9 ， 投加量为2 4 m g l 时絮凝剂效果最佳。 目前铁盐类无机高分子絮凝剂的主要发展和应用是聚合硫酸铁( p f s ) 、聚合氯化铁 ( p f c ) 、聚合磷酸铁( p f p ) 等【1 3 1 。其中，p f s 除具有铝盐类无机高分子絮凝剂的特点外， 还具有价格低、p h 适用范围宽等特点，得到了广泛的应用。 我国聚合铁研制始于8 0 年代初，首先研制出聚合硫酸铁( p f s ) 。p f s 是在硫酸铁分 子族的网状结构中插入羟基后所形成的一种无机高分子絮凝剂，可有效去处水中的悬 浮物、有机物、硫化物、亚硝酸盐、胶体及金属离子，具有除臭、破乳及污泥脱水等 3 广东工业大学硕士学位论文 功能，对浮游微生物也有较好的去处效果。p f s 处理含油污水效果远比硫酸亚铁显著， 且对金属设备的腐蚀性也大大降低其不足之处是产生的污泥量较多、出水带色。 王丹【1 4 】研究利用酸洗废液制备出一种新型高效的无机高分子絮凝剂一聚合氯化铁， 不仅解决了酸洗废液资源化问题，而且降低了聚合氯化铁的生产成本。以生活废水和 垃圾渗透液为处理对象研究絮凝效果，通过絮凝试验证明p f c s 絮凝剂的絮凝凝性能和 除浊效果优于聚合硫酸铁( 1 0 ) 。其具有强烈的吸附与于水中胶体微粒表面的性能， 加强了吸附架桥连接作用，因而絮凝效果更好。 由于p 0 4 3 是阴离子，与f e 3 + 有较强的亲和力，一定程度上对f e 3 + 的水解有抑制作用， 使溶液体系稳定化。1 0 4 弘能参与f e 3 + 的络合反应，并与铁原子之间形成架桥( f e p 0 4 一f e ) ， 形成多核络合物，也增强了其吸附架桥作用【15 1 。卢素焕等【1 6 】将一定的配比的f e c l 3 6 h 2 0 和n a 2 h p 0 4 - 1 2 h 2 0 带u 备出聚磷氯化铁( p p f c ) 。用p p f c 处理造纸脱墨水、打浆水和印染 废水实验中发现，c o d 和浊度去除率都高于p f c ，p p f c 于水中产生的矾花大，沉降迅 速，出水水质更好，c o d 去除率明显高于p f c 。 1 3 聚硅酸金属盐类的研究进展 聚合氯化铝和聚合硫酸铁是6 0 年代和7 0 年代研制出的无机高分子絮凝剂( t p f ) 。由 于口f 比传统混凝剂效能高，而比有机高分子絮凝剂( o p f ) 价格低，故在给水、工业废 水及城市污水的处理中得到了广泛应用和发展。但由于i p f 的分子量和粒度大小以及絮 凝架桥能力仍较o p f 差很多，且还存在对进一步水解反应的不稳定问题，促使人们研 究和开发聚硅酸金属盐类的高分子絮凝剂。 聚硅酸盐是一种新型无机高分子絮凝剂，在聚硅酸( 即活化硅酸) 及传统的铝盐、 铁盐等絮凝剂基础上发展起来的聚硅酸与金属盐的复合产物。经研究发现，适量的多 价金属离子可延长硅酸的胶凝时间，进而提高产品的稳定性，另一方面又增加了产品 的电中和能力，使其成为同时具有电中和能力和吸附架桥能力的一类新型水处理药剂， 既提高了絮凝性能，又可降低水中的残余铝含量，减少铝盐的生物毒性。目前，该类 絮凝剂的研究引起了国内外水处理界的极大关注，现已成为国内外无机高分絮凝剂研 究的一个热点。 聚硅酸盐类絮凝剂的发展大概经历了四个阶段：1 ) 活化硅酸；2 ) 聚硅酸中引入单种 金属离子( a 1 或f e ) ；3 ) 聚硅酸中引入两种金属离子( a 1 和f e ) ；4 ) 聚硅酸中引入多种金属 4 第一章绪论 离子( a l 、f e 、m g 或c a ) 。 1 3 1 活化硅酸 自上世纪3 0 年代末，b a y l i s 1 。7 】首先提出水玻璃经过酸中和之后形成的活化硅酸( 聚 硅酸) 聚有絮凝作用以来，人们一直不断对聚硅酸进行研究。传统使用的聚硅酸，一 般都是把水玻璃稀释到一定浓度，加酸调p h 至中性左右，聚合一定时间后得到产品。 杨修造等【1 8 】借助显微镜录像和透射电镜技术，研究了聚硅酸的胶凝特性，证明了聚硅 酸表面带负电荷、属阴离子型。由于聚硅酸比重大，所形成的絮体沉降速度快，在低 温、低浊水的处理中有良好的效果。但因硅酸溶液胶体的电中和作用较弱，不稳定性 和阴离子特性，并具有强烈的缩聚作用，随着缩聚反应的进行，分子量不断的增大， 最终转化为高分子胶凝，失去其絮凝功能。因此，活性硅酸容易凝胶，不能长期存放， 需在使用时临时配置，大大限制了它的应用范围和使用方便性【l 9 1 。 1 3 2 含单种金属离子的聚硅酸盐 向硅酸溶液中引入某些金属离子，可以阻止或减缓硅酸溶胶的电位，增强其电 中和及压缩胶粒双电层而产生混凝作用，进而改善其稳定性和絮凝性能。 ( 1 ) 聚硅酸铝盐 聚硅酸铝盐指含铝离子的聚合硅酸盐，它是在聚硅酸的基础上适当引入a 1 3 + 而形 成的一种复合型的无机阳离子高分子絮凝剂。当该类絮凝剂在对胶体的混凝过程中可 同时发生静电中和、吸附及网捕等三种作用，产