（无机化学专业论文）铝系絮凝剂的制备及其在处理废水中的应用基础实验研究.pdf

摘要 摘要 絮凝剂是一种重要的水处理药剂，在各类絮凝剂中，无机高分子絮凝剂因其价廉、 低毒的特点始终是絮凝剂的主流。本文在介绍絮凝剂的反应机理、发展历程及研究现状 的基础上，主要研究了铝系无机高分子絮凝剂的制备，并把它们应用于几种模拟废水的 处理实验中，且在磁场的协同作用下，对其处理效果进行了初步研究。具体内容如下： 制备聚合氯化铝( p a c ) 。本文用酸溶一步法制备聚合氯化铝，制备出了纯净的实 验室产品。在制备过程中，结合性能检验对合成产品的各项生产工艺条件：铝灰用量， 盐酸浓度，反应时间，起始加水量，反应温度，熟化时间，熟化温度进行了考察，并找 到了最佳值。通过正交实验，找到了它们对絮凝剂性能影响程度大小的排列顺序。 制备复合型铝系絮凝剂。为了增加絮凝效果，本文主要研究了在原有的简单无机高 分子铝系絮凝剂中，引入某些高电荷离子或有机高分子的絮凝剂的制备，并通过正交实 验，找到了它们最佳的生产条件以及各个生产条件对絮凝剂性能影响程度的大小排序。 在相同的外界条件下，结合性能检验，比较p a c 与其它几种复合型铝系絮凝剂的脱色性 能。结果表明：复合型铝系絮凝剂的脱色性能明显比p a c 的脱色性能大，由此可见复合 型铝系絮凝剂的絮凝效果更佳，是絮凝效果明显的高效絮凝剂，应用前景广阔。 在磁场的协同作用下，用自制的絮凝剂处理模拟染料废水。结合性能检验，研究了 它在上述染料废水处理中的应用规律，与不加磁场时的脱色效果进行比较，结果表明： 在有磁场存在的条件下，一定的时间内比不加磁场时的脱色率大，但随着时间的增加， 脱色率几乎趋于一致。而且，较不加磁场时，矾花明显增大，沉降速度也有显著提高。 絮凝沉淀是重金属废水处理的重要方法之一。本文研究了用磁场与絮凝技术联合使 用处理重金属废水。结果表明，较不加磁场时，重金属去除率有所提高，沉降速度也有 显著增加。 关键词絮凝剂聚合氯化铝改性磁场废水 a b s t a r c t a b s t r a c t t h ec o a g u l a n ti sa nv e r yi m p o r t q n ta g e n ti nt r e a t i n gw a s t e w a t e r w h i l et h ei n o r g a n i c p o l y m o l e c u l a rc o a g u l a n ti st h eb e s tb e c a u s eo fi t sc h e a pa n dl o wt o x i c o nt h eb a s i so f s u r v e y i n gr e a c t i o nm a g n i s i m ，d e v e l o p m e n ta n dn o wr e s e a r c h ，t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e so n p r o d u c i n gf l o c c u l a t i n g a g e n t sc o n t a i n i n ga l u m i n u m ，a n du s e si tt ot r e a tw a s t e w a t e r t h e n 衍n 1 t h em a g n e t i c sh e l p ，s t u d i e so nt h ee f f e c to ft h i st r e a t i n g t h em a i nc o n t e n t so fe x p e r i m e n t 嬲 f o l l o w i n g ： p r o d u c i n gp o l y a l u m i n u mc h l o r i d e ( p a c ) t h i sp a p e rs t u d i e so nt h ew a yo fp r o d u c i n g p a cb yo n e s t e pa c i dd i s s o l v ew a y , a n dg e t st h ep u r ep r o d u c tb ye x p e r i m e n tr e a g e n t i nt h i s e x p e r i m e n t , t h eb e s ta l u m i n u ma s h sq u a n t i t y , h y d r o c h l o r i ca c i d sc o n c e n t r a t i o n , r e a c t i o nt i m e a n dt e m p e r a t u r e ，r i p e n i n gt i m ea n dt e m p e r a t u r eo nq u a l i t yo fp r o d u c ta r es t u d i e d ，a n dt h eb e s t p r o d u c i n gc o n d i t i o n sa r ef o u n do u t w ea l s of i n do u tt h e i ro r d e ro fi n f l u e n te x t e n tb yt h e o r t h o g o n a lt e s t p r o d u c i n gm o d i f i e dc o a g u l a n t sc o n t a i n i n ga l u m i n u m f o ri m p r o v i n gt h ee f f e c to f f l o c c u l a t i n g ，t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e so np r o d u c i n gc o m m o nf l o c c u l a t i n g a g e n tc o n t a i n i n g a l u m i n u m sw h i c hc o n t a i nh i g hc h a r g ei r o n sa n do r g a n i cp o l y m o l e c u l a r , a n df i n d so u tt h eb e s t p r o d u c i n gc o n d i t i o n sa n dt h e i ro r d e ro fi n f l u e n te x t e n tb yt h eo r t h o g o n a lt e s t o nt h es a m e o u t s i d ec o n d i t i o n s ，t h ed e c o l o r i n g p r o p e r t y i s c o m p a r e d b e t w e e nm o d i f i e dc o a g u l a n t s c o n t a i n i n ga l u m i n u ma n dp a c t h er e s u l ts h o w st h a t ：m o d i f i e dc o a g u l a n t sc o n t a i n i n g a l u m i n u ma r eb e t t e rt h a np a c s ot h em o d i f i e dc o a g u l a n t sa r ea l le f f e c t i v ec o a g u l a n t ，a n d t h e yw i l lh a v ea l lb r i g h t e rf o r e g r o u n d u n d e rt h em a g n e t i cf i e l d ，t h es i m u l a t e dw a s t e w a t e ri sd e a l e dw i t hb yt h ec o a g u l a n tm a d e b yo u r s e l v e s 。t h ea p p l i c a t i o nr u l ei ns i m u l a t e dw a z t e w a t e ri ss t u d i e d t h e nt h ed e c o l o r i n g e f f e c ti sc o m p a r e db e t w e e nu n d e rm a g n e t i cf i e l da n dw i t h o u ti t t h er e s u l ts h o w st h a t ：u n d e r t h em a g n e t i ef i e l d ，s o m e t i m e st h ed e c o l o r a t i o nr a t ei sb i g g e r , b u t 、i t l lt h et i m eg o e sb y ，i t a l m o s tt h es a l l l ed c c o l o r a t i o nr a t ew h e nw i t h o u tm a g n e t i cf i e l d i nt h i se x p e r i m e n t , t h e a b a t r a c t i n c r e a s eo ft h ed e c o l o r a t i o nr a t ei sn o tv e r ye v i d e n t l y , b u tt h ef l o e si sb i g g e ra n dt h ef l o e s s p e e di si m p r o v e da p p a r e n t l y t r e a t i n gw a s t e w a t e rc o n t a i n i n gh e a v y - m e t a l ，f l o c c u l a t i n gi s a l li m p o r t a n tw a y t h e r e s u l ts h o w st h a t ：w i t ht h em a g n e t i cf i e l d sh e l p ，n o to n l yt h es e t t l i n gs p e e di si m p r o v e d a p p a r e n t l y , b u ta l s ot h er e m o v a lr a t ei sh i g h e r k e y w o r d s ：p o l y a l u m i n u m - c h l o r i d e ；m o d i f i c a t i o n ；m a g n e t i c - f i e l d ； w a s t e w a t e r ；f l o c c u l a t i n g - a g e n t i i i 河北大学 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所星交的学位论文，是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北大学或其他教育机构的学位或证书 所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了致谢。 作者签名： 健破 学位论文使用授权声明 本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文 本学位论文属于 1 、保密口，在年月日解密后适用本授权声明。 2 、不保密日 ( 请在以上相应方格内打搿_ ，嚣) 作者签名： 导师签名： 色、套 日期：竺= ：z 年! 三月卫日 日期：翟键二：月上日 保护知识产权声明 健痴) ，是河北大学化学与环境科学学院的( 二b 以匕) 届( 了欠- 9 ) 研究生。 本人为获得河北大学( 可宅孝方页书学位证书所提交的题目为： 书辱絮 鹱州倒各多t 瓷越况磅水斗门茇甲吱j 盘妥季芝7 千b 的( 讽寺1 员南学位论文，是我个人在导师( 戛簧图 教授) 指 导并与导师合作下取得的研究成果，研究工作及取得的研究成果是在 河北大学所提供的研究经费及导师的研究经费资助下完成的。本人完 全了解并严格遵守中华人民共和国为保护知识产权所制定的各项法 律、行政法规以及河北大学的相关规定。 本人声明如下：本人以任何形式公开和传播科研成果和科研工作 时，包括发表的学术论文、学术交流、科技咨询和科技成果转让等行 为时，如果涉及到本论文所包含的研究内容和研究成果，本人将征得 指导教师( 冬食国 ，教授) 和河北大学的书面同意和授权：如果 违反本声明，本人承担法律责任。 声明人：签名( 章) 健影 k 日期：厶一7i 上- s 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题的背景及意义 水是生命之源。地球虽然有7 0 8 的面积为水所覆盖，但淡水资源却极其有限。 人类真正能够利用的是江河湖泊以及地下水中的一部分n 1 ，仅占地球总水量的0 2 6 ， 而且分布不均。约6 5 的水资源集中在不到1 0 个国家，而约占世界人口总数4 0 的8 0 个国家和地区却严重缺水口1 。 我国属于缺水国之列，人均淡水资源仅为世界人均量的1 4 ，居世界第1 0 9 位。中 国已被列入全世界人均水资源1 3 个贫水国家之一。而且分布不均，大量淡水资源集中 在南方，北方淡水资源只有南方水资源的1 4 旧。据统计，全国6 0 0 多个城市中有一半 以上城市不同程度缺水，沿海城市也不例外，甚至更为严重。目前我国城市供水以地表 水或地下水为主，或者两种水源混合使用，有些城市因地下水过度开采，造成地下水位 下降，有的城市形成了几百平方公里的大漏斗，使海水倒灌数十公里删。 就农业用水来说，中国农村普遍的水资源利用率只有4 0 左右。在宁夏的一些地方， 每亩水稻一年大约需要浇2 0 0 0 多立方米水，一亩小麦得1 2 0 0 多立方米水。每公斤大米 耗水超过两吨。不但浪费水资源而且还会引起土地盐碱化。 工业用水方面，我国炼钢等生产过程的单位耗水量比国外先进水平高几倍甚至几十 倍。水的重复利用率不到发达国家的1 3 。由于工业废水的肆意排放，导致8 0 以上 的地表水、地下水被污染，在国际上也越来越受到观注。因此，改进现有的水处理技术， 进而改善水的质量，已成为水处理技术的重中之重1 。 絮凝既是最古老的水质净化处理技术，又是当今水处理技术中应用最广泛，最普遍 的单元操作。无论是农业用水处理，还是工业废水处理，都往往将絮凝过程作为众多处 理工艺流程中不可缺少的环节。絮凝效果的好坏往往决定着后续流程的运行状况，因此， 它始终是水处理过程中重要的研究开发领域。 本研究正是应当前水处理絮凝剂正向“高分子化、复合化、系列化方向发展的要求， 制各了“低价、高效、生产工艺相对简单 的无机高分子絮凝剂。这也是当今世界性研 究的热点，将会有更加广泛的应用前景n 1 3 。 、词北大学理学硕士学位论文 1 2 絮凝剂 絮凝剂是高分子量的阴离子、非离子和阳离子型聚合物，可用来提高沉降、澄清、 过滤、离心分离等工艺过程的效率旧。絮凝过程就是悬浮液中许多单独颗粒形成聚集体 的过程。 1 2 1 絮凝的反应机理【3 。7 】 絮凝是絮凝剂在水中发生水解聚合作用，水解生成多核羟基络合物和高分子聚合 物，这种聚合物在单独颗粒间发生架桥的过程( “架桥”就是聚合物链段吸附在不同的 颗粒上，促进颗粒的聚集) 。它破坏了水中被絮凝物的均匀状态，促使水中残余铝水解， 使之与被絮凝物及部分有害物一起被絮凝为较大颗粒而迅速沉降。 1 2 2 絮凝剂的研究现状及分析 1 2 2 1 聚合氯化铝( p a c ) 的制备 聚合铝的制备方法，是决定聚合铝能否工业化生产和大规模应用的重要环节之一。 无机高分子絮凝剂聚合氯化铝( p a c ) 于2 0 世纪6 0 年代在日本率先发展起来。此外，尤其 是近年来，欧洲、前苏联、美国等国家的许多研究者对聚合氯化铝絮凝剂的合成制备工 艺进行了大量的研究开发工作羽。目前国内外已有大量专利和文献，报道了数十种聚合 铝制备工艺及方法，按照原料的不同，有代表性的聚合铝制造方法大致可分为以下三 类： ( 1 ) 氢氧化铝法：所用原料主要是活性氢氧化铝。在生产过程中采用过量的活性氢氧化 铝和盐酸在较高温度( 1 5 0 1 8 0 c ) 和压力( 0 5 m p a ) 下制得液体聚合氯 化铝。这种方法生产工艺简单，但反应条件较苛刻，对设备要求较高， 腐蚀性较强，一般市售的玻璃反应釜都难以适应，生产中确保质量颇 为不易。 ( 2 ) 三氧化铝法：主要原料为三水铝石，铝土矿，煤矸石，高岭土等。以粘土矿( 包括煤 矸石在内) 、铝土矿为原料制造聚合铝，此法较为复杂，由于这些矿物中 的铝一般不能直接在酸中溶出，必须经过一系列加工之后，才能使铝溶 出，然后再将杂质进行分离，杂质主要成分是二氧化硅。此后的工艺过 程同上蜘。 2 第1 章绪论 ( 3 ) 金属铝直接溶解法： 使金属态铝( 铝屑，铝灰和铝渣等铝加工的下脚料) 直接与盐酸反应，参加反应的铝 的摩尔数应大于盐酸或c r 的总摩尔数。根据反应时投料的铝氯摩尔比值，能一次得到所 要求的盐基度的聚合铝n 0 1 。 其中，以铝灰为原料制造聚合氯化铝的方法，由于其原料来源广、价廉，因而实用 价值很大。这一制备在工艺上可分为酸溶一步法、碱溶法、中和法三种。 酸溶一步反应法： 酸溶一步反应法是将铝灰和盐酸反应一次直接生产出液体聚合氯化铝。具有反应速 度快，工艺简单，盐基度高，原材料消耗少，产品氯离子含量也少，设备简单，成本低 等优点。 碱溶法： 碱溶法是将铝灰和烧碱反应生产出液体聚合氯化铝的方法。 中和法： 中和法是将烧碱和盐酸分别与铝灰反应生产出铝酸钠和三氯化铝，然后以合适的配 比合成聚合氯化铝。见下图。生产的关键是铝酸钠和三氯化铝溶液之间的配比偿。中和 法的特点是综合了酸法和碱法两者的优点。 河北大学理学硕士学位论文 i 盐酸 铝灰烧碱铝灰 土 、r1 r l 滤渣 三氯化铝l 一合成k 一 铝酸钠 i 1 浓缩 1r 除盐 1r 聚合氯化铝 但是，碱溶法与中和法制得的产品中氯化铝含量较低，盐基度不高，且碱的腐蚀性 强，设备易损。酸溶一步法则与之相反。因为上述原因，我们以铝灰为主要原料，对酸 溶一步反应法进行了研究，取得了较好的效果。 1 2 。2 2 其它铝系絮凝剂的制备 目前，传统絮凝剂( 如：f e s o 。) 在各个国家和地区都有一定规模的工业化生产，而且 产品质量也较稳定，但其市场占有率却不高。取而代之的则是无机高分子絮凝剂，因其 具有工艺简单，设备简单，原材料消耗少，成本低等优点，近年来成为人们关注的热点， 专利产品也有逐年增加的趋势。 无机高分子絮凝剂的研制与开发大致经历了以下几个阶段： 无机高分子絮凝剂( 聚合铝、聚合铁或聚硅酸) ： 无机高分子絮凝剂即各种类型的羟基多核络合物或无机高分子化合物。聚合铝的缺 4 第1 章绪论 点是在热力学上不稳定，易脱稳而失去活性。为保证其有适宜的储存性能和适度的稳定 性，必须控制适当的碱化度和聚合度或加入稳定增效剂。在各类无机高分子絮凝剂 中，p a c 是当前产量最大、应用范围最为广泛的品种1 。 引入其它离子的无机高分子絮凝剂( 无机复合型高分子絮凝剂) ： 引入其它离子的无机高分子絮凝剂，由于弓l 入其它离子，尤其是高电荷离子，其聚合 度和电荷中和能力大大加强，絮凝性能远优于聚硅酸或单独的聚金属离子。同聚硅酸相 比，稳定性能和电中和能力都增强了；同简单的无机高分子絮凝剂相比，粘结架桥功能增 强了。其缺点是制各过程操作技巧性比较强，产品成本也较高。 无机一有机高分子絮凝剂的复合： 无机一有机高分子絮凝剂的复合与无机高分子絮凝剂相比，有机高分子絮凝剂投加 量少，絮凝速度快，受共存盐类的p h 和温度等周围环境影响小，并且有机高分子絮凝剂 分子所带的柑卜、c 0 0 一、- s 0 广等具有链状、环状等多种结构的亲水基团，有利于 污染物进入絮凝体，脱色性好。 但有机高分子絮凝剂的水解或降解产物多有毒，而且价格较高。无机高分子絮凝剂 虽然毒性较小，但其絮凝效果不如有机高分子絮凝剂。无机一有机高分子絮凝剂连用正 好可以综合二者的优点，因此无机一有机复合型应用前景广阔。 1 3 本文的研究内容及创新点 1 3 1 本文的研究内容 ( 1 ) 不是将符合国家标准的产品做出来。找到最佳生产条件：如各种原料的浓度、加入 顺序、加入速度、反应时间、熟化时间、反应温度，搅拌速度等。 ( 2 ) 制备其它的铝系絮凝剂，找到其最优化生产条件。 ( 3 ) 处理1 - 2 种废水。将第2 和第3 项实验结合起来进行，比较常规和改性后产品在处 理废水中的优缺点，从而比较产品的性能。 ( 4 ) 将絮凝剂联合其它方法如外加磁场协同处理废水，并与不加磁场时进行比较。 1 3 2 创新点 ( 1 ) 针对不同的水质，开展新型多功能、复合型絮凝剂的制备研究。即对已知的聚合氯化 河北大学理学硕士学位论文 _ 詈皇暑毫暑暑暑鲁暑暑量曩昌_ 皇暑暑詈鲁鼍昌昌暑= 一i i i q 罩r i l 铝进行改性，并研究出其最佳的制备条件。 ( 2 ) 用自制改性的絮凝剂处理几种废水。进一步开展无机高分子絮凝剂的应用条件研 究。 ( 3 ) 用自制改性的絮凝剂联合其它方法( 如磁场协同) 处理废水，开发新的水处理技术。 6 第2 章絮凝剂p a c 的制备及脱色实验的研究 第2 章絮凝剂p a c 的制备及脱色实验的研究 随着世界范围内工业生产的飞速发展与人类生活水平的不断提高，“三废”污染日 益严重，特别是水污染，在国际上也越来越受到关注。因此，改进现有的水处理技术， 进而改善水的质量，已成为水处理技术的重中之重1 。 而水处理中有一项是不容忽视的，即絮凝技术。絮凝过程既是最古老的水质净化处 理技术，又是当今水处理技术中应用最广泛，最普遍的单元操作嘲。无论是农业用水处 理，还是工业废水处理，都往往将絮凝过程作为众多流程中不可缺少的环节。絮凝效果 的好坏往往决定着后续流程的运行状况，因此，它始终是水处理工程中重要的研究开发 领域。 在研究开发新型高效絮凝剂方面，无机高分子絮凝剂是当前的研究热点。由于它比 传统的絮凝剂具有适应性强，无毒，可成倍提高效能且相对廉价等优点，因而近年已得 到了广泛重视；正在逐步发展成为絮凝过程的主流药剂m 。 2 1 前言卅伽 絮凝剂是水处理的一种重要药剂，其中聚合氯化铝是最常用的，聚合氯化铝简称 p a c ，是一种无机高分子絮凝剂，其化学通式为 a 1 ：( 0 h ) 。c l h ( 1 n 5 ，m 1 0 ) ，它具有 絮凝能力强、用量少、净水效能高、适应力强等特点嘲。 聚合氯化铝的生产方法按原料的不同而有很多种方法：金属铝直接溶解法、结晶 氯化铝法等。其中以铝灰为原料制造聚合氯化铝的方法最好，其原料来源广、廉价、经 济效益高，具有很大的实用价值，这种方法本身又包括酸溶一步法、碱溶法、中和法。 其中碱溶法和中和法制得的产品氯化铝含量较低，碱化度也不高，而且碱的腐蚀性强等 缺点。酸溶一步法则与之相反，碱化度高，原材料消耗少。成本低等优点h 1 ，因此，本文采 用酸溶一步法开展了生产聚合氯化铝的实验研究，所得到的结论对工业化生产具有一定 的指导意义口1 。 2 2 实验部分 2 2 1 主要仪器与试剂 河北大学理学硕士学位论文 7 2 1 分光光度计( 上海长江科学仪器厂) ，磁力加热搅拌器( 山东甄城新华仪器厂) ， p h s - 3 c 型数显酸度计( 上海伟业仪器厂) ，盐酸( 3 6 ) ，铝灰，酸性黑2 1 0 。( 1 0 0 m g l ) 2 2 2 制备方法 往反应器中加入一定量的铝灰悬浮液，在搅拌和冷凝的条件下，滴加一定体积比的 盐酸溶液在水浴加热下进行反应。影响因素主要有原料配比、反应温度、反应时间、搅 拌速度和熟化时间和熟化温度等。产品各项性能指标的测定采用国家标准方法进行。 2 2 3 絮凝性能测试方法 2 0 m l 5 0 m g l 的酸性黑模拟染料废水中，投加p a c 。先在转速为3 0 0 r m i n 下搅拌i m i n ， 再在转速为3 5 r r a i n 下搅拌l o m i n ，沉降3 0m i n ，在距上层清液液面2 3 c m 处吸取澄 清液，测其透过率t ，并计算出对应的吸光度a 和脱色率。 a - - 一i g t ；脱色率= ( 1 一a a o ) 1 0 0 ( a 一水样处理后的吸光度；船一水样处理前的吸光度) 2 3 结果与讨论 2 3 1 反应原理 聚合氯化铝是一种无机高分子的多价聚合电解质絮凝剂，可视为介于三氯化铝和氢 氧化铝之间的一种水解产物。铝发生水解生成铝的配合物，通过羟基架桥后成为多核配 合物，核大量增加成为无机高分子聚合体乜卅。 利用铝灰制取聚合氯化铝，主要是利用铝灰中的a l ，它与h c l 反应生成a i c i 。其全 部反应包括溶出反应、水解反应、聚合反应三个过程啪。由于铝的溶出，p h 值升高，铝盐 发生水解而产生h c i ，使p h 值下降，这又促使铝的溶出反应继续进行，p h 值随之升高，使 相邻两个羟基间发生架桥聚合作用，由于这种作用减少了水解产物的浓度，从而促使水 解反应继续进行旧。其水解反应生成的聚合体 a i 。( o h ) 。( h 2 0 ) y 阳+ 与作为外配体的c 1 结合，形成聚合氯化铝叫。 2 3 2 制备p a c 在絮凝剂的制备过程中，影响絮凝剂性能的因素有很多。为了合理安排实验，可将 其性能的研究分成两部分：第一部分：p a c 的制备实验，对其反应条件进行正交实验：第二 部分：p a c 的熟化实验，选用第一部分得出的优化条件，对其熟化条件进行正交实验。 8 第2 章絮凝剂p a c 的制备及脱色实验的研究 2 3 2 1 第一部分反应条件的影响评价影响絮凝剂性能的因素有很多，但其中最重要 的有：起始加水量；。：v 啪；铝灰用量；反应时间；反应温度。下面就按此列出五因 素四水平的正交实验表头。 表2 - 1 正交实验表头 t a b 2 一it h eh e a do f o r t h o g o n a lt e s t 2 3 2 2 影响絮凝剂性能的正交实验结果按以上五因素四水平做正交实验，固定熟化 时间为4 8 小时，熟化温度为5 0 。c 。测定结果如表2 - 2 。 表2 - 2 正交实验结果l 。( 4 ) t a b 2 - 2t h eo r t h o g o n a lt e s tr e s u l tl i 。( 4 ) 由表2 - 2 可见，因素的影响程度的排列顺序为：c b d a e ；最优化条件为：a 2 ，b 。， 9 河北大学理学硕士学位论文 c ：，d 。，e 。但实际实验中却与上述结果有所出入，因此，在最优化条件：a 2 ， c ：，d s ， e 4 下，讨论b ( 。：v 脚) 。 0 40 60 8 o1 21 4 1 6 j 图2 1 盐酸浓度对聚合氯化铝性能的影响 f i g 2 1t h ei n f l u e n c eo f h y d r o c h l o r i ca c i d sc o n c e n t r a t i o nt ot h ep r o p e r t yo f p a c 由图2 - 1 可见，随着v 瞄。；v 啪增加，其脱色率先增大后减小，当v 洲v 啪为0 5 ：l 1 0 ：1 时，脱色率 9 9 。当v 哪；v 五为0 7 ：1 时脱色率达到9 9 5 ，为最佳值。 最佳优化条件为：a 。，b 。，c 。，d 。，e 。 2 3 2 3 第二部分反应条件的影响评价p a c 的熟化实验，选用第一部分得出的最佳优 化条件，对其熟化条件进行正交实验。下面就按此列出二因素二水平的正交实验表头。 表2 - 3 正交实验表头 t a b 2 - 3t h eh e mo f o r t h o g o n a lt e s t 2 3 2 4 影响絮凝剂性能的正交实验结果用以上二因素二水平正交实验，测定结果如 表2 - 4 。 表2 - 4正交实验结果k ( 2 0 t a b 2 - 4 t h eo r t h o g o n a lt e s tr e s u l tl ( 2 ) 1 0 6 4 2 d b 启 j 2 d 眦 豫 眠 g g 眠 地 驰 x 龄叩毽 第2 章絮凝剂p a c 的制备及脱色实验的研究 由表2 - 4 可见，影响因素由大到小的排列顺序为：a b ；最优化条件：a 2 ，b z 。 2 3 2 5 搅拌速度对聚合氯化铝性能的影响选用得出的最佳优化条件，探讨不同的搅 拌速度( 耐于实验条件只能定性描述) 对p a c 性能的影响。结果见图2 2 。 1 o1 52 0 反应时问，h 图2 2 搅拌速度对聚合氰化铝性能的影响 f i g 2 - 2 t h e i n f l u e n c e o f s t i r o f s p e e d t o t h e p r o p e r t y o f p a c 由图2 - 2 可看出，搅拌速度越快越好，但从实验过程看，慢速搅拌时铝灰有剩余， 可能是搅拌太慢反应不够充分；快速搅拌时，铝灰也有剩余，可能是搅拌太快还没来 得及反应盐酸就挥发了。综合上述原因，中速搅拌为最佳。 2 3 2 6 产品质量本实验产品与国家标准的比较( 密度，p h ( 1 水溶液) ，a 1 ：o s ， 盐基度测定参见参考文献 5 。) 表2 - 5p a c 质量指标 t a b 2 - 5t h et a b l eo f p a cq u a t 时 8 5 4 3 2 j d 舟舟j 启点吼魄咄蛆魄的的”诣”的的 x 碍田鼙 河北大学理学硕士学位论文 由表2 - 5 可见，通过与国家标准的对照，本方法制得的产品性能达到国家标准。 2 3 3 应用 2 3 3 1絮凝剂的投加量对脱色效果的影响随着絮凝剂的用量的增加，会出现胶体 复稳现象，因此，确定出处理酸性黑模拟染料废水( p h = 5 ) 过程中絮凝剂的最佳用量，至 关重要。其结果见图2 - 3 。 9 9 5 9 9 o x 褥 脚9 8 5 婆 图2 3 脱色率与p a c 最佳投加量的关系 f i g 2 - 3 t h ee f f c c to f p ho nc o l o rr g , 缸l o v cr a t i o 由图2 - 3 可以看出，对于酸性黑2 1 0 这种染料，自制的p a c 的加入量在0 2 o 9 m l l 时的脱色率可以达到9 8 5 以上，当加入量为0 5 m l l 时达到最佳脱色率。 2 3 3 2 溶液p h 值对絮凝脱色效果的影响酸性黑模拟染料废水的p h 值对p a c 的性能 影响很大，应根据废水的特点，确定出p a c 絮凝处理的最佳p h 值的范围。固定其投加 量为0 5 m l l ，调节模拟废水的p h 值为3 1 1 进行絮凝实验。所得结果见图2 4 。 第2 章絮凝剂p a c 的制备及脱色实验的研究 鬟 糌 印 罄 图2 4 酸性黑2 1 0 脱色率与溶液p h 值的关系 f i g 2 - 4t h ee f f e c to f d o s a g eo nd e ；c o l o r a t i o nr a t e 由图2 4 可以看出，对于酸性黑2 1 0 这种染料，自制的p a c 在p h = 3 - 一1 1 时的脱色 率以达到9 8 7 以上，当p h - 1 0 时达到最佳脱色率。 2 4 小结 通过实验确定了以铝灰为原料，采用酸溶一步法制备聚合氯化铝的最佳工艺条件： 起始加水量为1 0 m l ；3 0 m l 的盐酸溶液( 。：v 眩。为0 7 ：1 ) ；铝灰用量为3 4 9 ：最佳反 应时间为2 小时；反应温度为9 0 c ；最佳熟化时间为3 6 小时；熟化温度为6 0 。c ；中速 搅拌。因素的影响程度的排列顺序为：铝灰用量 盐酸浓度 反应时间 起始加水量 反应 温度；熟化时间 熟化温度，以上条件有助于指导工业化生产。 利用铝灰制备聚合铝工艺流程简单、设备少、容易操作、节能、无二次污染。以铝 灰为原料，主要成分是铝，不含重金属和有害成分，所以用它所制备的聚合铝可用于给 水和污水处理。 通过具体的应用实验，验证了自制p a c 的絮凝效果。并确定了自制p a c 的最佳投入 量( o 5 m l l ) ，絮凝染料废水的最佳p h 值( 1 0 0 ) 。 河北大学理学硕士学位论文 第3 章改性复合铝系絮凝剂制备及脱色的实验研究 高效改性复合聚合氯化铝是一种无机高分子絮凝剂，在水中发生水解聚合作用，水 解生成的多核羟基络合物和高分子聚合物，在其改性成分和复合成分共同作用下，破坏 水中被絮凝物的均匀状态，促使水中残余铝水解，使之与被絮凝物及部分有害物一起被 絮凝为较大颗粒而迅速沉降n 。 改性的目的是引入某些高电荷离子以提高电荷的中和能力，引入羟基、磷酸根等以 增强配位络合能力，从而达到改善其絮凝效果的目的。高效改性复合聚合氯化铝对人类 安全，适应范围广，水处理后p h 值变化小，对水处理设备基本无腐蚀，是传统挣水剂 的理想替代品。而改性后的絮凝剂絮凝效果更佳，它较改性前具有混凝能力更强、用量 更少、净水效能更高、适应力更强等特点n 妇。 3 1 p a m c ( 聚合氯化铝镁) p a m 的制备及脱色实验 3 1 1 前言 传统的p a m c 絮凝剂对于一些水溶性的染料废水脱色效果较差n 1 ，影响了其推广与使 用。在p a m c 中掺杂p a m 后，使其相对分子质量和粒度大小以及絮凝：架桥能力等方面 都有所提高n 耵，在染料废水的处理中，具有更为广阔的应用前景。 本文结合性能测试及絮凝实验，得出了制备复合絮凝剂p a m c p a m 的最佳工艺条件， 并将产品应用到酸性红2 1 0 。模拟染料废水的脱色处理中，取得了显著效果。 3 1 2 实验部分 3 1 2 1 主要仪器与试剂 7 2 1 分光光度计( 上海长江科学仪器厂) ，磁力加热搅拌器( 山东甄城新华仪器厂) ， p h s - 3 c 型数显酸度计( 上海伟业仪器厂) ，p a m ( c p ) ，p a m c ( 自制) ，酸性红模拟染料废水 ( 1 0 0 m g l ) 3 1 2 2 制备方法 称取a 克p a m 在水中加热溶解；取bm lp a m c 溶液在一定温度下水浴加热；在转速 为3 5 r m i n 的拌速下，往p a m c 溶液中慢慢滴加cm lp a m 溶液，注意滴加的速度。即得 p a m p a m c 复合絮凝剂。 1 4 第3 章改性复合铝系絮凝剂制备及脱色的实验研究 3 1 2 3 絮凝性能测试方法 2 5 m l 5 0 m g l 酸性红模拟染料废水中，投加p a m p a m c 复合絮凝剂。先在转速为 3 0 0 r m i n 下搅拌l m i n ，再在转速为4 0 r m i n 下搅拌5 m i n ，沉降3 0m i n ，在距上层清液 液面2 - 一3 c m 处吸取澄清液，测其透过率t ，并计算出对应的吸光度a 和脱色率。 a = 一i g t ；脱色率= ( 1 一a ) * 1 0 0 ( a 水样处理后的吸光度；a 。水样处理前的吸光度) 3 1 。3 结果与讨论 3 1 3 1 絮凝剂的制备 3 1 3 1 1 制备条件的选择针对p a m c ：p a l l 、反应温度、反应时间和起始加水量对 p a m p a m c 复合絮凝剂的脱色能力进行研究。表3 - 1 为四因素三水平的正交实验表头。 表3 - 1 正交实验表头 t a b 3 - 1 也eh e a do fo r t h o g o n a it e s t 3 1 3 1 2 影响絮凝剂性能的正交实验结果用以上三因素三水平正交实验，测定结果 如表3 - 2 。 表3 - 2 正交实验结果l ( 3 ) t a b 3 - 2t h eo r & o g o 蹦dt e s tr e s u l tk ( 3 ) 河北大学理学硕士学位论文 由表3 2 可见，因素影响程度的排序为：c d a b ；最优化理论条件为a 2 ，b z ， c ：，d ：。但表2 中的a 。，b ：，c 2 ，d 。的脱色率是9 8 4 6 ，为最大。因此，在b 2 ，c ：，d 。 下，对a ( p a m c ：p a m ) 进行讨论。 9 8 8 0 8 6 9 8 4 更9 8 2 蓦9 s 。 婆9 7 8 9 7 6 9 7 4 0 7 2 1 0 01 5 02 0 02 5 03 0 0 3 5 0 4 0 0 p a m c ：p a m 图3 1p 眦：p a i l 对脱色翠的影响 f i g 3 一ln ei n n u c co f p a m c ：p a mt o 位枷oo f c o l o rr e m o v m 由图3 一l 可以看出，随着p a m c ：p a m 值的增加，脱色率先增加后减小。在3 0 0 ：1 时， 达到最佳值。这是因为：掺杂p a m 以后废水中的胶体由于电中和的作用而脱稳，形成细 小的矾花，阳离子型的p a m 可以进一步中和胶体表面的负电荷，且发挥吸附架桥作用， 使矾花的体积增大，易于快速下沉。脱色率会增加。但过多的阳离子会导致在中和了胶 体中的负电荷后，仍有多余的正电荷。部分胶体颗粒则会因电荷排斥而重新分散稳定。 使脱色效果降低。 综合上述实验结果：最优化条件为a 2 ，b 2 ，c 2 ，d 2 。 第3 章改性复合铝系絮凝剂制备及脱色的实验研究 3 1 3 2p a m p a m c 复合絮凝剂性能的研究 3 1 3 2 1 絮凝剂投入量对絮凝脱色效果的影响随着絮凝剂的用量的增加，会出现胶 体复稳现象，因此，确定出处理酸性红模拟染料废水( p h = 5 ) 过程中絮凝剂的最佳用量， 至关重要。其结果见图3 - 2 。 9 9 5 9 9 o x 9 8 5 褥 皿 番9 8 0 9 7 5 9 7 0 0 81 0 投加量( m i l l ) 图3 - 2 酸性红脱色率与絮凝剂投加置的关系 f i g 3 2 t h ee f f e c to f a d d i t i i i i o o no dd e c o l o r a t i o nr a t e 由图3 2 可以看出，对于酸性红模拟染料废水( p h = 5 ) ，p a m p a m c 复合絮凝剂的投 加量在0 7 1 3 m l l 时的脱色率可以达到9 9 以上，当投加量为0 9 m l l 时，达到最 佳脱色率。 3 1 3 2 2 酸性红模拟染料废水的ph 值对脱色效果的影响酸性红模拟染料废水的p h 值对p a m p a m c 复合絮凝剂性能影响很大，应根据废水的特点，确定出p a m p a m c 复合絮 凝剂絮凝处理的最佳p h 值的范围。固定其投加量为0 9 m l l ，调节模拟废水的p h 值为 2 1 0 进行絮凝实验。所得结果见图3 - 3 0 由图3 3 可以看出，对于酸性红2 1 0 4 这种染料，自制的p a m c 在p h = 2 - - - 8 0 时的脱色 率以达到9 8 以上，当p h = 7 时达到最佳脱色率。 1 7 河北大学理学硕士学位论文 681 0 p h 图3 - 3 酸性红2 1 0 。脱色率与溶液p h 值的关系 f i g 3 - 3t h e e f f e c tc m v eo f a d d i t i i i i o o n ( p a m c ) o nc o l o r i 啦i o v cr a t i o 3 1 4 小结 p a m p a m c 复合絮凝剂的最佳制备工艺条件是p a m c ：p a m 为3 0 0 ：1 ，反应温度为4 0 ，反应时间为1 h ，起始加水量为1 0 m l 。因素的影响程度排序为反应时间 起始加水 量 p a m ：p a m c 反应温度。 随着p a m p a m c 复合絮凝剂投入量的增加，絮凝能力逐渐增大，当投加量为0 9 m l l 时脱色率最佳，但投加量继续增大时，脱色率反而减小，与胶体复稳一致；p a m p a m c 复合絮凝剂的使用p h 值范围较宽，在最佳投入量以及最佳沉降时间( 1 5 m i n ) 下，当 p h = 2 - - ，8 时，脱色率可达到9 8 以上； 3 。2p a f c ( 聚合氯化铝铁) p a m 的制备及脱色实验 3 2 1 前言 无机高分子絮凝剂是最常用的絮凝剂，但其在相对分子质量和粒度大小以及絮凝、 架桥能力方面，仍比有机絮凝剂差得多n 9 1 。而有机高分子絮凝剂的水解或降解产物多有 毒，而且价格较高。无机一有机高分子絮凝剂联用正好可以综合二者的优点，因此无机_ 有机复合型应用前景广阔n 刀。 本文结合性能测试及絮凝实验，得出了制备复合絮凝剂p a m p a f c 的