用炼钢污泥制备聚合铝铁及其在焦化废水处理中的应用.doc

辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第I页 用炼钢污泥制备聚合铝铁及其在焦化废水处理中的应用 摘要 本课题是利用炼钢污泥制备硫酸亚铁 再添加辅助成分硫酸铝合成聚合硫 酸铝铁絮凝剂 应用于焦化废水的深度处理 选择最佳混凝条件 本实验所用本钢炼钢污泥含铁量达 52 经酸溶后可制备硫酸亚铁 实验 结果表明 炼钢污泥经硫酸 1 5 酸溶 铁的溶出率达 96 5 每千克炼钢污 泥在现有的实验条件下可制备七水硫酸亚铁 1 85kg 利用制备的七水硫酸亚铁 以氯酸钠为氧化剂 合成聚合硫酸铁和三种铁 铝摩尔比的聚合硫酸铝铁 取本钢焦化厂二沉池出水为水样 以制备的聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁为 絮凝剂 考察色度 挥发酚 总氰化物 CODCr四个指标的去除率 实验结果 表明 聚合硫酸铝铁的去除效果优于聚合硫酸铁 尤其铁铝摩尔比为 9 1 的聚 合硫酸铝铁的处理效果最佳 在 pH 为 5 6 投加量为 0 23mL L 条件下 色度 去除率达到 95 挥发酚去除率达到 46 2 总氰化物去除率达到 73 6 CODCr去除率达到 61 5 分别用聚合硫酸铝铁 9 1 和本钢现用的聚合硫酸铁为絮凝剂处理焦化 废水 实验结果表明 聚合硫酸铝铁 9 1 的处理效果好 色度去除率提高 了 5 3 挥发酚去除率提高了 5 1 总氰化物提高了 12 5 CODCr去除率提 高 16 9 处理后的焦化废水水质满足我国 钢铁工业水污染物排放标准 GB13456 1992 一级标准要求 关键词 炼钢污泥 聚合硫酸铁 聚合硫酸铝铁 焦化废水 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第II页 Study on Preparation of Poly Aluminum Ferric Sulfate from Steelmaking Sludge and Its Application of coke wastewater Treatment Abstract The paper studies a method of synthesizing Poly Aluminum Ferric Sulfate using Steelmaking sludge as main raw material Poly Aluminum Ferric Sulfate is used to treat coke plant wastewater finding the optimum coagulation conditions Fe content in steelmaking sludge of Benxi Steel is 52 The ferrous sulfate was obtained after adding dilute sulfuric acid 1 5 in steelmaking sludge The experiments showed the Fe dissolution rate is 96 5 1 0kg steelmaking sludge by acid dissolution produced 1 85kg solid FeSO4 7H2O Polymeric ferric sulfate and Poly Aluminum Ferric Sulfate were synthesized using FeSO4 7H2O as raw material and NaClO3 as oxidant Adding aluminum sulfate and changing the Fe Al molar ratio prepared three kind of Poly Aluminum Ferric Sulfate In this experiment the water sample was from the secondary sedimentation tank of Benxi iron Steel coking plant The comparison experiments were carried out by using Polymeric ferric sulfate and Poly Aluminum Ferric Sulfate prepared in lab to treat the Coke plant wastewater The experiments showed the coagulation effect of Poly Aluminum Ferric Sulfate is superior to that of Polymeric ferric sulfate and best the Fe Al molar ratio is 9 1 When the Poly Aluminum Ferric Sulfate 9 1 consumption is 0 23mL L PH is 5 6 the best flocculation can be achieved The removal rate of color phenol total cyanide CODcr is 95 46 2 73 6 61 5 The comparison experiments were carried out by using Poly Aluminum Ferric Sulfate 9 1 and the Polymeric ferric sulfate which is used in Benxi iron Steel coking plant now The experiments showed the coagulation effect of Poly Aluminum Ferric Sulfate 9 1 has higher settlement the improvement radio of color phenol total 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第III页 cyanide CODcr is 5 3 5 1 12 5 16 9 The effluent reached the first class discharge standard GB 13456 1992 Key words Steelmaking Sludge Polymeric Ferric Sulfate Poly Aluminum Ferric Sulfate Coke Wastewater 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第IV页 目录 1 绪论 1 1 1 本课题的研究背景 1 1 2 炼钢污泥的来源 1 1 3 焦化废水来源 特点及其处理技术 1 1 3 1 焦化废水来源及特点 2 1 3 2 焦化废水处理现状 2 1 3 3 焦化废水深度处理方法 2 1 4 絮凝剂的研究现状 3 1 4 1 絮凝剂的定义 3 1 4 2 絮凝剂的种类 3 1 5 聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁的制备 4 1 5 1 聚合硫酸铁的制备方法 4 1 5 2 聚合硫酸铝铁的制备方法 5 1 6 本课题研究内容及意义 5 1 7 实验方案的确定 5 2 实验原材料 设备及实验方法 7 2 1 实验原材料 7 2 2 实验设备 7 2 3 实验方法 7 2 3 1 炼钢污泥的预处理 7 2 3 2 炼钢污泥成分测定 7 2 3 3 利用炼钢污泥制备硫酸亚铁 8 2 3 4 聚合硫酸铁 PFS 的制备 8 2 3 5 聚合硫酸铝铁 PAFS 的制备 8 2 3 6 聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁技术指标的测定 8 2 3 7 焦化废水水质测定 9 3 利用炼钢污泥制备硫酸亚铁 10 3 1 实验材料及药品 10 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第V页 3 2 炼钢污泥中全铁和亚铁的测定 10 3 2 1 炼钢污泥的预处理 10 3 2 2 全铁和亚铁的测定 11 3 3 实验原理 11 3 4 炼钢污泥的酸溶 11 3 4 1 酸溶时间的确定 11 3 4 2 酸溶过程最佳硫酸 1 5 加入量的确定 12 3 5 从炼钢污泥中制备硫酸亚铁 14 3 6 小结 14 4 聚合硫酸铝铁的制备 15 4 1 实验药品 15 4 2 聚合硫酸铁的技术指标 15 4 3 聚合硫酸铁的制备 16 4 3 1 原理 16 4 3 2 制备方法 16 4 4 聚合硫酸铝铁的制备 17 4 5 聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁技术指标的测定 17 4 5 1 盐基度的测定 17 4 5 2 pH 值的测定 19 4 5 3 全铁含量的测定 19 4 6 小结 19 5 聚合硫酸铝铁应用于焦化废水处理 21 5 1 实验药品 21 5 2 焦化废水的水质的测定 21 5 2 1 焦化废水 CODCr的测定 21 5 2 2 焦化废水总氰化物的测定 22 5 2 3 焦化废水挥发酚的测定 23 5 3 混凝机理 24 5 4 最佳絮凝剂的确定 25 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第VI页 5 4 1 聚合硫酸铁用量的确定 25 5 4 2 最佳絮凝剂的选择 25 5 5 聚合硫酸铝铁 9 1 和本钢现用聚合硫酸铁最佳混凝条件的确定 26 5 5 1 最佳 pH 值的确定 26 5 5 2 最佳加入量的确定 28 5 5 3 最佳助凝剂 PAM 加入量的确定 29 5 6 小结 29 6 效益分析 31 6 1 经济分析 31 6 2 环境效益 31 结论 32 致谢 33 参考文献 34 附录 36 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第1页 1 绪论 1 1 本课题的研究背景 化学混凝法广泛应用于给水和污水的处理中 水中的胶体和细微悬浮物在 混凝剂作用下 凝聚为絮凝体 然后予以分离除去 该种方法既可以降低水的 浊度 色度等感官指标 又可以去除多种有毒有害污染物 目前常用的混凝剂 有无机金属盐类和有机高分子聚合物两大类 前者主要有铁系和铝系等高价金 属盐 可分为普通铁 铝盐和聚合盐 1 铁和铝的聚合盐是具有一定碱化度的 无几高分子聚合物 与普通铁 铝盐相比具有投加剂量小 絮体生成快 对水 质的适应范围广以及水解时消耗水中碱度少等一系列优点 因而应用广泛 2 本实验是以炼钢污泥为原材料制备无机高分子絮凝剂聚合硫酸铝铁 并应 用于本钢焦化废水处理 1 2 炼钢污泥的来源 转炉炼钢污泥是炼钢过程中产生的烟尘经湿法除尘 除尘污水固液分离得 到的污泥 本钢转炉炼钢污泥成分如表 1 1 所示 表表 1 1 本钢转炉炼钢污泥成分本钢转炉炼钢污泥成分 成分TFeFeFeOFe2O3SiO2CaOMnOC 平均含量 51 013 021 46 81 63 82 10 6 炼钢污泥中铁主要以 Fe FeO Fe3O4形式存在 易与稀硫酸反应生成铁盐 炼钢污泥是钢厂产生的固体废物 污染环境 但它含铁高 又是钢厂宝贵的二次 资源 其综合回收利用越来越为人们所关注 目前 钢厂对炼钢污泥的利用主要 是将其作为烧结球团的原料 1 3 焦化废水来源 特点及其处理技术 焦化厂以生产焦炭和煤气为主 还回收苯 焦油 氨 酚 氰等化工产品 在煤的高温及中温干馏 煤气净化以及化工产品精制过程中所产生的污水是一 股污染物组成极复杂 浓度高 毒性大且难处理的工业污水 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第2页 1 3 1 焦化废水来源及特点 1 焦化废水来源 煤干馏及煤气冷却过程产生的污水 煤气净化过程产生的污水以及焦油 粗苯等精制过程及其它场合产生的污水 3 2 焦化废水特点 1 废水中有机物质多 多环芳烃多大分子物质多 废水中含有有机物 酚 苯类 有机氮类 吡啶 苯胺 喹啉 咔唑 吲哚等 萘 蒽类等 废水中含 有的无机物 NH3 N SCN Cl S2 CN S2O32 等 3 2 废水中 CODCr较高 可生化性差 其 BOD5与 CODCr之比 一般为 28 32 属于可生化但难降解废水 1 3 2 焦化废水处理现状 我国在焦化废水处理中应用 A O A A O SBR 生物脱氮技术 各个焦化 厂纷纷对旧生物处理系统进行改造 增加反硝化脱氮工艺 处理后出水中 CODCr 200 300mg L NH3 N 25 mg L 色度 总氰化物都没有达到国 家 污水综合排放标准 GB8978 1996 规定的 CODCr 100 mg L 的要求 所 以生化处理后的出水需深度处理 1 1 3 3 焦化废水深度处理方法 目前焦化废水深度处理主要采用物理处理化学法和生物处理法两大类 1 1 物理化学法 1 絮凝沉淀法 絮凝沉淀法 是指向被处理水体中加入一定量的絮凝剂 使水中的微小胶 体 悬浮颗粒和其它污染物发生脱稳并凝聚成大颗粒从水中分离沉降下来 从 而达到水质净化的一种水处理方法 目前焦化废水的深度处理采用药剂混凝沉 淀法的厂家较多 根据二级出水水质选用的絮凝剂有聚合氯化铝 聚合硫酸铁 PFS 但通常需与其它方法联合处理 才能保证最终出水达标 很多学者致 力于高效专用混凝剂的研制 2 絮凝沉淀 吸附法 白玉兴 4 等人在普通活性污泥法脱酚系统的二沉池中加入聚合硫酸铁混凝 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第3页 剂和 PAM 助凝剂 再使出水经过焦炭和活性炭吸附塔 运行结果表明 PFS 和 PAM 使 CODCr去除率达 30 50 焦炭吸附后去除率提高到 30 60 活 性炭吸附使去除率达到 80 90 生物脱酚水经深度综合治理后 CODCr可从 300mg L 降至 60mg L 以下 但对氨氮的监测结果表明 该方法去除氨氮去除率 只达到 40 80 从 260mg L 降至 100mg L 以下 3 Fenton 氧化法 Fenton 试剂法是一种以过氧化氢为氧化剂 以亚铁盐为催化剂的均相催化 氧化法 Fenton 试剂作为一种强氧化剂用于去除废水中的有机污染物具有明显 的优点 反应中产生的 OH 是一种氧化能力很强的自由基 能氧化废水中有机物 从而降低废水的色度和 CODCr值 焦化废水在 Fenton 反应的催化氧化下产生了 易被混凝沉降或吸附的中间产物 再加入混凝剂或吸附剂 来去除有机物 2 生物处理法 1 氧化塘深度处理法 利用氧化塘内的藻类和其它微生物来降解氨氮等污染物 CODCr 氨氮均 可达标排放 2 接触氧化深度处理法 生物处理技术的关键是以细菌为主体的微生物 该技术在南方较适宜 北 方冬季气温低 微生物活性受到抑制 处理效果不明显 1 4 絮凝剂的研究现状 1 4 1 絮凝剂的定义 凡是用来将水溶液中的溶质 胶体或者悬浮颗粒产生絮状沉淀的物质都叫 絮凝剂 在一个水溶液中 使用两种或两种以上的物质使其产生絮状沉淀时 可把这些物质称做复合絮凝剂 1 4 2 絮凝剂的种类 根据絮凝剂的组成 絮凝剂可分为无机絮凝剂 有机絮凝剂 复合絮凝剂 和生物絮凝剂 根据分子量的大小 絮凝剂可分为高分子型和低分子型絮凝剂 根据官能团的性质及官能团离解后所带电荷的性质 絮凝剂可分为阳离子型 阴离子型和非离子型絮凝剂等 2 1 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第4页 絮凝技术是目前国内外普遍用来提高水质处理效率的一种既经济又简便的 水处理技术 其关键问题是絮凝剂的选择 其研究及应用现状如下 1 简单的无机聚合物絮凝剂 主要是铝盐和铁盐的聚合物 如聚合氯化铝 PAC 聚合硫酸铝 PAS 聚合氯化铁 PFC 聚合硫酸铁 PFS 这些絮凝剂中存在多羟基络离子 以 OH 作为架桥形成多核络离子 从而形成了无机高分子化合物 相对分子量高 达 1 105 聚合氯化铝和聚丙烯酰胺联用处理有机氯农药废水 CODCr去除率达 到 38 色度去除率为 98 除常用的聚铝 聚铁外 还有聚活性硅胶及其改 性品 如聚硅铝 铁 聚磷铝 铁 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 磷酸根等以增加配位络合能力 1 2 复合絮凝剂 20 世纪 70 年代中期 聚合硫酸铁 简称聚铁 代号 PFS 问世后 新型无机高分 子絮凝剂的研制主要向引入其他离子制备复合型絮凝剂的方向发展 80 年代末 研制出碱式硅酸硫酸铝 PASS 一种碱式多核羟基硫酸铝复合物 有较多的活性 铝 因此能生成高密度的絮状物 沉降迅速 近年来 研制和应用聚合铝 铁 硅 及各种复合型无机絮凝剂成为热点 1 1 5 聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁的制备 1 5 1 聚合硫酸铁的制备方法 1 用工业硫酸废液为原料制备聚合硫酸铁 5 用工业硫酸废液为原料 亚硝酸钠为催化剂 按硫酸 硫酸亚铁质量比为 0 3 0 5 1 的原料配比 在密闭的容器中 通入纯氧 氧压 0 15 0 3MPa 于 55 90 条件下反应 1 5 2 0h 即制得了聚合硫酸铁 该过程采用纯氧 大 大降低了亚硝酸钠的用量 缩短了反应时间 其反应式为 2FeSO4 H2SO4 O2 Fe2 SO4 3 2OH mFe2 SO4 3 mn OH Fe2 OH 2 SO4 3 n 2 m 其中 n 2 m 10 2 用磁铁矿 菱铁矿为原料制备聚合硫酸铁 5 将磁铁矿粉碎成一定粒度的粉末 按磁铁矿粉 硫酸为 1 4 的比例 加水 搅拌反应 24h 在 100 103 聚合 1 5 2 5h 制得液体的聚合硫酸铁 在此液 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第5页 体聚合硫酸铁中 加入 0 5 0 8 的氯酸钾作为氧化剂进行反应 0 5 1h 然后在 120 浓缩 可得到固体的聚合硫酸铁产品 以菱铁矿生产聚合硫酸铁时 首先将菱铁矿粉碎成 3 7cm 的块状 然后 加入水 硫酸 硝酸配比为 100 15 3 的混酸 反应温度为 18 40 反应 48h 就可得到聚合硫酸铁 3 直接以硫酸亚铁为原料制备聚合硫酸铁 5 用 FeSO4为原料 亚硝酸钠为催化剂 在反应温度为 20 70 压力为 490 3MPa 的条件下 直接合成聚合硫酸铁 但此法的亚硝酸钠消耗量大 反应 中有 NO2毒气放出 并且氧化时间长达 17h 后来有人对催化剂进行了改进 以 H2O2为氧化剂 按 FeSO4 H2O2为 18 20 1 配成氧化液 使氧化时间缩 短为 6 12h 1 5 2 聚合硫酸铝铁的制备方法 在反应器中 一次加入硫酸亚铁 硫酸铝 水 硫酸及硝酸铝 通入空气 并进行搅拌 氧化 水解 聚合反应约 0 5h 得到红棕色透明液体 6 制备 PAFS 时 以硫酸亚铁 硫酸 铝盐为原料 在 H2SO4介质中以 MnO2为催化剂 经空气氧化 水解 聚合 即可得聚合度为 35 以上聚合硫 酸铝铁 PAFS 6 1 6 本课题研究内容及意义 本课题研究的主要内容包括 利用本钢的炼钢污泥制备硫酸亚铁 再添加 辅助成分制备聚合硫酸铝铁絮凝剂 以合成的絮凝剂对本钢的焦化废水进行处 理 并研究其在焦化废水深度处理当中的最佳混凝条件 本课题以炼钢污泥为主要原料合成聚合硫酸铝铁 并研究其在焦化废水的 深度处理中的最佳混凝条件及去除效果 既治理了环境污染 又充分利用了炼 钢污泥 为钢铁企业的工业固体废弃物的再利用提供一条新途径 1 7 实验方案的确定 根据课题任务 综合分析文献资料 确定本课题的实验方案 本实验方案 按以下三大步骤进行 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第6页 1 酸溶出炼钢污泥中铁 制备出硫酸亚铁 2 利用硫酸亚铁 添加硫酸铝 制备聚合硫酸铝铁 3 将聚合硫酸铝铁应用于焦化废水的深度处理 考察其对 CODCr 色度 挥发 酚 氰化物的去除率 并找出其最佳混凝条件 实验方案如图 1 1 所示 炼钢污泥 稀硫酸 硫酸亚铁溶液硫酸亚铁晶体 硫 酸 铝 氯 酸 钠 聚合硫酸铝铁 性能研究 应用于焦化废水处理 抽 滤加热 图 1 1 制备聚合硫酸铝铁的实验方案 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第7页 2 实验原材料 设备及实验方法 2 1 实验原材料 制备聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁的主要原材料有 炼钢污泥 硫酸 H2SO4 十八水硫酸铝 Al SO4 18H O 氯酸钠 NaClO 氟化钠 2323 NaF 重铬酸钾 K2Cr2O7 氢氧化钠 NaOH 氯胺T 铁氰化钾 4 氨 基安替比林 二氯化锡 二苯胺磺酸钠指示剂 磷酸等 7 2 2 实验设备 表表 2 1 实验设备实验设备 序号设备名称用途 1可调电炉加热 2pHS 2F 数字酸度计测 pH 值 3托盘天平称样品 4电子天平称样品 5CTL 12 型CODCr消解装置测CODCr 6721 分光光度计测吸光度 7真空泵抽滤 8六联搅拌器搅拌 9水浴锅水浴加热 10实验搅拌器搅拌 11烘箱烘干 2 3 实验方法 2 3 1 炼钢污泥的预处理 炼钢污泥经研磨 选择比较小的颗粒 在 110 120 温度下在烘箱里烘 干 4 5 个小时 并保存于密闭塑料袋中 2 3 2 炼钢污泥成分测定 1 全铁含量的测定 炼钢污泥全铁含量采用三氯化钛 重铬酸钾滴定法进行测定 具体操作步骤见 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第8页 参考文献 8 2 亚铁含量的测定 炼钢污泥亚铁含量采用重铬酸钾滴定法进行测定 具体操作步骤见参考文献 8 2 3 3 利用炼钢污泥制备硫酸亚铁 1 酸溶 1 酸溶时间的确定 酸溶时间的测定方法见 3 3 1 2 酸溶过程硫酸 1 5 加入量的确定 酸溶过程硫酸 1 5 加入量的测定方法见 3 3 2 2 酸溶之后对澄清液成分的测定 1 全铁溶出含量的测定 全铁溶出含量采用三氯化钛 重铬酸钾滴定法进行测定 具体操作步骤见参考 文献 8 2 亚铁溶出含量的测定 亚铁溶出含量采用重铬酸钾滴定法进行测定 具体操作步骤见参考文献 8 2 3 4 聚合硫酸铁 PFS 的制备 将硫酸亚铁和氯酸钠分成相同的若干份 分批次的加入到配好的稀硫酸中 在 60 65 温度的水浴锅中搅拌 最后得到聚合硫酸铁红棕色粘稠液体 具体制备方法见 4 1 2 3 5 聚合硫酸铝铁 PAFS 的制备 先将硫酸铝加入到稀硫酸中 放在 60 65 温度的水浴锅中搅拌 搅拌 数分钟 再将配好的若干份硫酸亚铁和氯酸钠分批加入 继续搅拌 最后得到 聚合硫酸铝铁红棕色粘稠液体 具体制备方法见 4 2 2 3 6 聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁技术指标的测定 1 盐基度 聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁盐基度的测定方法见我国处理剂 聚合硫酸铁 GB 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第9页 14591 2006 2 pH 值 pH 值采用 pHS 2F 数字酸度计进行测定 3 全铁含量的测定 全铁含量采用重铬酸钾滴定法进行测定 具体操作步骤见参考文献 8 2 3 7 焦化废水水质测定 焦化废水水质测定主要以 CODCr 色度 挥发酚 总氰化物为主 1 CODCr的测定 CODCr采用快速测定法进行测定 具体操作步骤参考文献 7 2 色度的测定 色度采用稀释倍数法进行测定 3 挥发酚的测定 挥发酚采用 4 氨基安替比林分光光度法进行测定 具体操作步骤参考文献 7 4 总氰化物的测定 总氰化物采用异烟酸 吡唑啉酮光度法进行测定 具体操作步骤参考文献 7 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第10页 3 利用炼钢污泥制备硫酸亚铁 这一部分的实验主要是以炼钢污泥为原材料 经硫酸 1 5 酸溶后 生成 硫酸亚铁 具体实验方案如图 3 1 所示 炼钢污泥 研磨 烘干 加 热 加入硫酸溶液 硫酸亚铁液粗品 硫酸亚铁溶液 抽 滤 加入废铁屑搅拌 结 晶 抽 滤 硫酸亚铁晶体 废杂 滤液回收 图 3 1 利用炼钢污泥制备硫酸亚铁实验方案 3 1 实验材料及药品 本实验原材料是本钢炼钢污泥 其它药品有硫酸 1 5 重铬酸钾 二氯 化锡 二苯胺磺酸钠指示剂 磷酸等 3 2 炼钢污泥中全铁和亚铁的测定 3 2 1 炼钢污泥的预处理 炼钢污泥经研磨 选择比较小的颗粒 在 110 120 温度下在烘箱里烘 干 4 5 个小时 并保存于密闭塑料袋中 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第11页 3 2 2 全铁和亚铁的测定 炼钢污泥中全铁的测定方法采用三氯化钛 重铬酸钾滴定法 7 亚铁的测 定方法采用重铬酸钾滴定法 7 测定结果见表 3 1 表表 3 1 炼钢污泥中全铁和亚铁含量炼钢污泥中全铁和亚铁含量 成分全铁亚铁 平均含量 52 0140 3 3 3 实验原理 在酸性溶液中炼钢污泥中的铁能被溶出 生成硫酸铁和硫酸亚铁 其反应方程式为 2Fe 3SO Fe SO 3 4 2 243 Fe SO Fe SO 2 4 2 4 3 4 炼钢污泥的酸溶 3 4 1 酸溶时间的确定 酸溶浸出有效成分 取 7 个 800mL 的烧杯 分别往每个烧杯中加入 50g 经 烘干的炼钢污泥 再分别加入 270mL 硫酸 1 5 然后加热至沸腾时开始计时 加热时间分别为 0min 10min 30min 50min 70min 90min 110min 溶出 有效成分 然后立即进行抽滤 得到硫酸亚铁液粗品 硫酸亚铁液粗品定容至 500mL 再对其中全铁和亚铁含量进行测定 硫酸亚铁液粗品中全铁含量采用三氯化钛 重铬酸钾滴定法 7 亚铁的测 定方法采用重铬酸钾滴定法 7 测定结果见表 3 2 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第12页 表表 3 2 酸溶时间对全铁和亚铁溶出情况酸溶时间对全铁和亚铁溶出情况 序号1234567 加热时间 min01030507090110 待测液体积 mL500500500500500500500 全铁质量 g10 515 923 422 324 925 125 3 全铁溶出率 40 261 378 485 695 696 597 2 亚铁质量 g7 812 215 716 819 219 419 6 亚铁溶出率 38 560 277 583 295 196 397 1 020406080100120 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 min 图 3 2 酸溶时间对全铁和亚铁溶出情况 如图 3 2 可知 当加热时间为 70min 90min 110min 时 全铁和亚铁的溶 出率无明显变化 所以从经济角度考虑 酸溶加热时间最佳为 70min 3 4 2 酸溶过程最佳硫酸 1 5 加入量的确定 酸溶浸出有效成分 取 7 个 800mL 的烧杯 分别往每个烧杯中加入 50g 经 过烘干的炼钢污泥 再分别加入 190mL 210mL 230mL 250mL 270mL 290mL 310mL 硫酸 1 5 然后 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第13页 加热至沸腾 加热时间为 70min 从开始沸腾起计时 溶出有效成分 然后立 即进行抽滤 得到硫酸亚铁液粗品 硫酸亚铁液粗品定容至 500mL 再对其进 行全铁和亚铁含量的测定 硫酸亚铁液粗品中全铁含量采用三氯化钛 重铬酸钾滴定法 7 亚铁的测 定方法采用重铬酸钾滴定法 7 测定结果见表 3 3 表表 3 3 硫酸 硫酸 1 5 加入量对炼钢污泥中全铁和亚铁的溶出率情况 加入量对炼钢污泥中全铁和亚铁的溶出率情况 序号1234567 硫酸 1 5 加入量 mL 190210230250270290310 待测液体积 mL500500500500500500500 全铁质量 g17 2918 9220 7324 2524 9025 3825 2 全铁溶出率 66 4972 7679 7293 2595 7597 6098 90 亚铁质量 g11 7314 6817 0218 9519 3219 6919 95 亚铁溶出率 58 1472 7684 3693 9395 7697 6098 88 200250300350 0 20 40 60 80 100 1 5 mL 图 3 3 硫酸 1 5 加入量对炼钢污泥中全铁和亚铁的溶出率情况 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第14页 如图 3 3 可知 当加热时间为 70min 硫酸 1 5 加入量为 250mL 270mL 290mL 310mL 时 炼钢污泥中全铁和亚铁的溶出率无明显 变化 所以从经济角度考虑 最佳硫酸 1 5 加入量为 250mL 3 5 从炼钢污泥中制备硫酸亚铁 以 50g 本钢炼钢污泥为例 加热时间为 70min 硫酸 1 5 加入量为 250mL 炼钢污泥经硫酸 1 5 酸溶 铁的溶出率为 96 5 将其中三价铁还 原为二价铁后 每千克炼钢污泥在现有的实验条件下可制备七水硫酸亚铁 1 85kg 3 6 小结 本实验所采用的炼钢污泥全铁含量为 52 亚铁含量为 40 3 利用 50g 炼钢污泥制备硫酸亚铁最佳酸溶时间为 70min 最佳硫酸 1 5 加入量为 250mL 铁的溶出率达 96 5 每千克炼钢污泥在现有的实验条件下可制备七 水硫酸亚铁 1 85kg 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第15页 4 聚合硫酸铝铁的制备 这一部分实验是以炼钢污泥制备的硫酸亚铁 再添加硫酸铝制备聚合硫酸 铝铁絮凝剂 具体实验方案如图 4 1 所示 浓硫酸 水 稀硫酸溶液 分批加入硫酸亚铁 硫酸铝 聚合硫酸铝铁 分批加入氯酸钠 氧 化 聚 合 图 4 1 利用硫酸亚铁制备聚合硫酸铝铁实验方案 4 1 实验药品 实验主要原料为从炼钢污泥中制备的硫酸亚铁 其它药品有硫酸 H2SO4 十八水硫酸铝 Al SO4 18H O 氯酸钠 NaClO 氟化钠 NaF 2323 氢氧化钠 NaOH 氯胺 T 铁氰化钾 4 氨基安替比林 二氯化锡 二苯胺 磺酸钠指示剂 磷酸等 4 2 聚合硫酸铁的技术指标 聚合硫酸铁的技术指标参照中我国水处理剂 聚合硫酸铁 GB 14591 2006 所列 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第16页 表表 4 1 聚合硫酸铁技术指标聚合硫酸铁技术指标 指标 类 类项目 液体固体液体固体 全铁的质量分数 11 019 011 019 0 盐基度 8 0 16 08 0 16 08 0 16 08 0 16 0 pH 值2 0 3 02 0 3 02 0 3 02 0 3 0 4 3 聚合硫酸铁的制备 4 3 1 原理 七水硫酸亚铁在酸性条件下 被氯酸钠氧化成硫酸铁 经水解 聚合反应 制得红棕色聚合硫酸铁 PFS 主要反应如下 5 1 氧化反应 2 水解反应 3 聚合反应 氧化 6FeSO4 NaClO3 3H2SO4 3Fe2 SO4 3 3H2O NaCl 水解 Fe2 SO4 3 nH20 Fe2 OH n SO4 3 n 2 n 2H2SO4 聚合 mFe2 OH n SO4 3 n 2 Fe2 OH n SO4 3 n 2 m 4 3 2 制备方法 本实验是利用炼钢污泥制备的七水硫酸亚铁 再经过氧化聚合制备聚合硫 酸铁 PFS 具体实验方法如下 反应温度为 60 65 水浴锅中进行 分批搅拌时间为 5min 来制备 200mL 聚合硫酸铁 各药品加入量如表 4 2 表表 4 2 各药品加入量各药品加入量 药品名称加入量 七水硫酸亚铁 g160 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第17页 氯酸钠 g15 浓硫酸 mL8 水 mL90 将 FeSO4 7H O 和 NaClO 各分成 10 份 开启搅拌器 再搅拌下分别加将 23 一份 FeSO4 7H O 和一份 NaClO 加入到稀硫酸溶液中 搅拌 10min 后 继续 23 加入一份 FeSO4 7H O 和一份 NaClO 以后每隔 5min 加入一次直至加完为止 23 投料全部结束后继续搅拌 10min 冷却至室温 得到聚合硫酸铁红棕色粘稠液 体 4 4 聚合硫酸铝铁的制备 聚合硫酸铝铁的制备原理与制备聚合硫酸铁的原理基本相同 首先加入硫 酸铝到稀硫酸中搅拌数分钟 之后再加入七水硫酸亚铁和氯酸钠 分别制备 200mL 铁和铝的摩尔比为 9 1 8 2 7 3 的聚合硫酸铝铁 各药品加入量 如表 4 3 表表 4 3 各药品加入量各药品加入量 药品名称加入量 9 1 加入量 8 2 加入量 7 3 七水硫酸亚铁 g144128112 十八水硫酸铝 g19 238 457 6 氯酸钠 g14 212 611 03 浓硫酸 mL7 26 45 6 水 mL909090 将各组的 FeSO4 7H O 和 NaClO 分成 10 份 开启搅拌器 在搅拌下分别 23 将各组的 Al SO4 18H O 加入到各自的稀硫酸中 搅拌 10min 后 继续 232 加入各组份的 FeSO4 7H O 和 NaClO 各一份 以后每隔 5min 加入一次直至加 23 完为止 投料全部结束后继续搅拌 10min 冷却至室温 得到聚合硫酸铝铁红 棕色粘稠液体 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第18页 4 5 聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁技术指标的测定 4 5 1 盐基度的测定 1 盐基度的定义 引起聚氯化铝形态多变的基本成分是 OH 离子 衡量聚氯化铝中 OH 离子的 指标叫盐基度 通常将盐基度定义为聚氯化铝分子中 OH 于 Al 的当量百分比 OH Al 2 盐基度的测定方法 9 称取 1 2 1 3 g 试样 精确至 0 0002g 置于 400mL 聚乙烯烧杯中 用 移液管加入 25mL 盐酸标准溶液 加入 20mL 煮沸后的蒸馏水 摇匀 盖上表 面皿 在室温下放置 10min 再加入氟化钾溶液 10mL 摇匀 加 5 滴酚酞指示 剂 立即用氢氧化钠标准滴定溶液滴定至淡红色 30s 不退色 为终点 同时 用煮沸后冷却的蒸馏水代替试样做空白试验 结果的表述 盐基度的含量以质量分数 W 计 数值以 表示 如下 4 1 3 0 1000 17 0 100 18 64 Fe VV cM W mw 4 2 33 0 1000 17 0 100 18 649 FeAL VV cM W mwmw 公式 4 1 和 4 2 分别为聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁的盐基度公式 式中 V 空白消耗氢氧化钠标准滴定溶液体积的数值 单位毫升 mL 0 V 试样消耗氢氧化钠标准滴定溶液体积的数值 单位毫升 mL C 氢氧化钠标准滴定溶液浓度的准确数值 单位为摩尔每升 mol L M 氢氧根摩尔质量的数值 单位为克每摩尔 g mol M OH 17 0 W 试样中三价铁的质量分数 3 Fe 18 64 铁摩尔质量 M 1 3Fe g mol 9 铝的摩尔质量 M 1 3Al g mol 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第19页 m 试料质量的数值 单位为克 g 3 盐基度测定结果 盐基度测定结果如表 4 4 表表 4 4 聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁的盐基度聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁的盐基度 聚合硫酸铁聚合硫酸铝铁 9 1 聚合硫酸铝铁 8 2 聚合硫酸铝铁 7 3 盐基度 14 1513 5812 6310 87 表 4 4 可知 聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁的盐基度都满足我国水处理剂 聚合硫酸铁 GB14591 2006 11 所要求的盐基度范围 但是随着铝量的增加 盐基度逐渐减少 4 5 2 pH 值的测定 将聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁分别稀释 100 倍之后 用 pHS 2F 数字酸度 计进行酸度测定 测定结果见表 4 5 表表 4 5 聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁的聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁的 pH 值值 聚合硫酸铁聚合硫酸铝铁 9 1 聚合硫酸铝铁 8 2 聚合硫酸铝铁 7 3 pH 值2 842 702 622 53 表 4 5 可知 聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁的 pH 值满足我国水处理剂 聚合 硫酸铁 GB 14591 2006 中规定的 pH 值要求 4 5 3 全铁含量的测定 聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁中全铁含量采用重铬酸钾法进行测定 测定结 果见见表 4 6 表表 4 6 聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁中全铁含量聚合硫酸铁和聚合硫酸铝铁中全铁含量 聚合硫酸铁聚合硫酸铝铁 9 1 聚合硫酸铝铁 8 2 聚合硫酸铝铁 7 3 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第20页 全铁含量 11 310 299 598 47 由表 4 6 可知 聚合硫酸铁中全铁含量符合我国水处理剂 聚合硫酸铁 GB 14591 2006 中规定全铁含量要求 4 6 小结 以炼钢污泥制备的七水硫酸亚铁来合成聚合硫酸铁 其盐基度 pH 值 全 铁含量指标均符合我国水处理剂 聚合硫酸铁 GB14591 2006 中规定要求 制备聚合硫酸铝铁时由于一部分的铁被铝所代替 从而降低了其中全铁的含量 但盐基度和 pH 值符合我国水处理剂 聚合硫酸铁 GB14591 2006 中规定要 求 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第21页 5 聚合硫酸铝铁应用于焦化废水处理 这一部分实验是把制备的聚合硫酸铝铁应用于本钢的焦化废水处理 对其 性能进行研究 并选择其最佳混凝条件 具体实验方案见图 5 1 聚合硫酸铝铁 性能研究 应用于焦化废水处理 选择最佳混凝条件 COD 的去除效果 总氰化物的去除效果 色度的去除效果 挥发酚的去除效果 图 5 1 聚合硫酸铝铁应用于焦化废水处理方案 5 1 实验药品 药品有七水硫酸亚铁 FeSO4 7H O 硫酸 H2SO4 十八水硫酸铝 2 Al SO4 18H O 氯酸钠 NaClO 氢氧化钠 NaOH 氯胺 T 铁 2323 氰化钾 4 氨基安替比林等 5 2 焦化废水的水质的测定 5 2 1 焦化废水 CODCr的测定 CODCr标准曲线的绘制 实验方法见参考文献 7 CODCr标准曲线见图 5 2 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第22页 020040060080010001200 0 0 0 2 0 4 0 6 0 8 1 0 A COD mg L 图 5 2 CODCr标准曲线 移取 3 00mL 焦化废水 加入 3 滴掩蔽剂 1 00mL 氧化剂 再加入 5 00mL 催化剂 摇匀 用 CODCr速测仪加热 10min 165 冷却 用去离子水定容 至 12 0mL 然后在分光光度计上 在 610nm 波长下 用 20nm 比色皿 测定其 吸光度值 平行做两份 同时做空白试验 焦化废水吸光度值为 0 065 由标准曲线查得其 CODCr值为 130mg L 5 2 2 焦化废水总氰化物的测定 总氰化物标准曲线的绘制 实验方法见参考文献 7 总氰化物标准曲线见图 5 3 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第23页 0 00 51 01 52 02 53 03 54 04 55 05 5 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 A CN mg L 图 5 3 氰化物标准曲线 取一支 25mL 比色管 加入焦化废水 5 00mL 加 0 1 氢氧化钠溶液至 10mL 向管中加入 5mL 磷酸盐缓冲溶液 混匀 迅速加入 0 2mL 氯胺 T 溶液 立即盖上塞子 混匀 放置 3 5min 向管中加入 5mL 异烟酸 吡唑啉酮溶液 混匀 加水稀释至标线 摇匀 在 25 35 的水浴锅中放置 40min 用分光光 度计 在 638nm 波长下 用 10nm 比色皿 以试剂空白 零浓度 作参比 测 量吸光度 12 由于原水当中总氰化物的浓度过高 所以先将原水稀释 2 5 倍之后测其吸 光度 则其吸光度为 0 56 由标准曲线查得对应的总氰化物值为 0 56mg L 则焦化废水的吸光度为 1 4 由标准曲线查得其总氰化物值为 1 4mg L 5 2 3 焦化废水挥发酚的测定 挥发酚标准曲线的绘制 实验方法见参考文献 7 挥发酚标准曲线见图 5 4 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第24页 0 00 51 01 52 02 5 0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 A mg L 图 5 4 挥发酚标准曲线 取一支 50mL 比色管 加入 12 50mL 焦化废水 加水至 50mL 标线 加 0 5mL 缓冲溶液 混匀 此时 pH 值为 10 0 0 2 加 4 氨基安替比林溶液 1 0mL 混匀 加 1 0mL 铁氰化钾溶液 充分混匀 放置 10min 后立即于 510nm 波长处 用 20mm 比色皿 以水为参比 测量吸光度 焦化废水吸光度为 0 13 由标准曲线查得其挥发酚值为 0 46mg L 我国 钢铁工业水污染物排放标准 中规定 CODCr的排放标准 100mg L 氰化物排放标准 0 5mg L 挥发酚的排放标准 0 5 mg L 而本 钢焦化废水 CODCr值为 130 mg L 氰化物值为 1 4mg L 挥发酚的值为 0 46mg L 其中 CODCr和氰化物的值均超标 所以本钢的焦化废水需要经过深度 处理才能达到我国 钢铁工业水污染物排放标准 中所规定的污水排放标准 13 5 3 混凝机理 絮凝作用机理根据絮凝剂种类的不同以及处理对象水质的不同而有所差异 当前 看法比较一致的对水中胶体粒子的絮凝作用主要有以卜四种 压缩双电层 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第25页 吸附电中和 吸附架桥和网捕卷扣絮凝理论 61 66 聚合铝铁投入水样后 发生水解 中和废水中的胶体表面电荷 铁和铝的 多核羟基络离子在一定时间内具有稳定性而保持其原有形态 并很快吸附在胶 体颗粒物表面 降低其表面电荷 同时以较高的分子量发挥吸附架桥作用 铝 铁高聚物在沉淀过程中包夹一些胶体粒子 以较大的表面积发挥卷扫作用 从 而使胶体颗粒脱稳从水中沉淀下来 5 4 最佳絮凝剂的确定 5 4 1 聚合硫酸铁用量的确定 1 取 10mL 聚合硫酸铁稀释 10 倍 备用 2 分别取 300mL 焦化废水于 6 个 500mL 烧杯中 调节 pH 值控制在 6 左右 分别加入稀释 10 倍后的聚合硫酸铁 0 7mL 0 8mL 0 9mL 1 0mL 1 1mL 1 2mL 然后放在六联搅拌器上 搅拌 快搅 0 5min 转速 260r min 中速搅拌 3min 转速 120r min 慢 搅 3min 转速 60r min 中速搅拌的时候加入 2 滴 PAM 0 3 静止 10min 分别取上清液 3 00mL 加入 3 滴掩蔽剂 1 00mL 氧化剂 再加入 5 00mL 催化剂 摇匀 用 CODCr速测仪加热 10min 165 冷却 用去 离子水定容至 12 0mL 然后在分光光度计上 在 610nm 波长下 用 20nm 比色皿 测定其吸光度值 3 测定结果过如表 5 1 表表 5 1 聚合硫酸铁加入不同体积对聚合硫酸铁加入不同体积对 CODCr去除率的影响去除率的影响 加入体积 mL0 70 80 91 01 11 2 CODCr值 mg L727068707272 CODCr去除率 44 646 247 746 244 644 6 通过对比试验可知 聚合硫酸铁用量在 0 9mL 的时候对焦化废水 CODCr去 除率最高 所以本实验选择聚合硫酸铁的最佳用量是每 100mL 焦化废水 0 3mL 聚合硫酸铁 5 4 2 最佳絮凝剂的选择 分别取 10mL 聚合硫酸铁 聚合硫酸铝铁 9 1 8 2 7 3 溶液 稀 辽宁科技学院本科毕业生设计 论文 第26页 释 10 倍 备用 分别取 300mL 焦化废水于 4 个 500mL 烧杯中 调节 pH 值控制在 6 左右 分别加入稀释 10 倍的聚合硫酸铁溶液和聚合硫酸铝铁溶液 n Fe n Al 为 9 1 8 2 7 3 0 9mL 然后放在六联搅拌器上搅拌 快搅 0 5min 转速