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《重庆大学》 2010年
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无机高分子复合混凝剂PPFS的制备、表征及其应用

焦世珺  
【摘要】:混凝工艺是水处理中最重要的处理工艺之一。混凝工艺的核心技术是混凝剂的开发,混凝剂的优劣是决定混凝效果甚至整个水处理效果的关键因素之一。混凝剂可与水溶液中的溶质、胶体和悬浮物颗粒产生混状物沉淀,从而达到去除水体中各种污染物质的目的。开发新型高效优质混凝剂产品以提高水处理效果、降低成本、拓展应用领域,是水处理工作中的一项重要任务。目前,一方面是水资源的不断减少,另一方面是污水和废水的排放规模不断加大种类不断增加,水中污染物的成分日趋复杂,对环境的危害日益加重。因此,水处理的难度进一步加大,特别是传统的混凝剂已不能满足现有混凝技术的需要,新型混凝剂的研究和开发已成为当今世界各国的重要研究课题之一。 聚磷硫酸铁(简称PPFS)是基于磷酸根对聚合硫酸铁(简称PFS)的强增聚作用,在PFS制备过程中引入了适量的磷酸盐,使得PPFS中产生了新一类高电荷的带磷酸根的多核中间络合物。与传统的无机混凝剂相比较,它具有絮体形成快、颗粒密度大、沉降速度快、对TP去除率高等特点,且具有安全无害、无二次污染、高效低耗、成本低廉、附加值高、对水温和pH值适应范围广等优点,可部分取代价格昂贵的有机高分子混凝剂。PPFS是目前有极好的发展和应用前景的铁系物结高分子混凝剂之一,可以用于各种工业废水、生活污水及饮用水的处理工艺中。论文的主要研究内容和结论如下: (1)PPFS制备条件的单因素分析表明,制备温度为80℃、制备时间为60min时有利于PPFS的制备,nPO_4~(3-)/nFe~(3+)、B分别为20%时,产品稳定且混凝效果最好。在此基础上,选择了nPO_4~(3-)/nFe~(3+)、B和制备温度进行了正交试验,结果表明在nPO_4~(3-)/nFe~(3+)为0.3、B为30%、制备温度为80℃条件下制备的PPFS对模拟废水的去除效果最好。两次试验的B值有所不同,这表明制备因素之间有一定的交互作用。 (2)考察了制备的PPFS的稳定性。与PFS相比,由于PPFS中引入了PO_4~(3-),从而改变了Fe的聚合形态,并削弱了Fe的水解能力,使得PPFS更加稳定。 (3)研究了PPFS水解过程中的优势形态,并考察了引入PO_4~(3-)后,PPFS在结构、组成成分及表面微观形貌上的变化。根据逐时络合比色法,在PPFS中铁的主要形态是Fea和Fec,Feb为前两者的过渡平衡态,且含量很少。发挥好的混凝效果主要是以高铁聚合物存在的Fec形态。通过紫外吸收光谱分析,得出聚磷硫酸铁混凝剂中铁的形态主要主要以Fe_5(OH)_9~(6+)、Fe_5(OH)_8~(7+)、Fe_5(OH)_7~(8+)、Fe_6(OH)_(12)~(6+)、Fe_7(OH)_(12)~(9+)和Fe_7(OH)_(11_~(10+)等形式存在。与PFS的紫外光谱吸收相比,PPFS在450nm处产生一新的吸收峰,这说明磷酸根的引入改变了PFS中铁的形态,可能生成了[Fe_x (OH)_y]_2H_2PO_4~((6x-2y-1)+)、[Fe_x (OH)_y]_2HPO_4~((3x-y-1)+)、[Fe_x (OH)_y]_2PO_4~((6x-2y-3)+)等大分子络合物,其具体结构还需进一步研究。并且nPO_4~(3-)/nFe~(3+)为0.3,B为0.2时,PPFS的高聚态浓度较大。通过红外光谱分析可知,PPFS在3400cm-1和1640cm-1处的2个特征吸收峰峰形基本相似,只是峰的面积和波数有所变化,可认为是分子中的-OH的伸缩振动和结合水分子H-O-H的弯曲振动,而在波数为900~1200cm-1峰形的变化比较明显,这些峰可能为Fe-OH-Fe或Fe-PO_4的振动,这说明聚合硫酸铁和磷酸根复合后,PFS中的水解络合铁离子与共存的磷酸根发生了反应生成Fe-PO_4聚合物。通过X-射线衍射分析可知,PPFS中主要Fe4.67(SO_4)6(OH)_2·20H_2O、FeHSO_4·4H_2O、Na_2HPO_4·2H_2O等物质存在。XRD分析表明由于PO_4~(3-)的加入,形成新的磷铁聚合物物相,说明PPFS是在PFS基础上制备的一种新的无机高分子复合混凝剂。SEM表征分析表明,PO_4~(3-)的加入使得在PFS表面形成了大量的聚合物支链,这赋予PPFS优异的架桥作用,增强了其混凝性能。 (4)将PPFS实际应用至城镇生活污水的试验中,发现PPFS对SS、COD和TP,特别是TP,均有良好的去除作用。采用单因素试验方法,针对PPFS处理生活污水的主要影响因素加以分析,包括nPO_4~(3-)/nFe~(3+)、B和投加量。以生活污水中COD、TP的去除率为考察对象,采用Box-Behnken中心组合试验和响应面分析方法对主要影响因素加以优化,得到了二次响应曲面模型以及优化的水平值。结果表明PPFS混凝去除COD的最优因素条件为:nPO_4~(3-)/nFe~(3+)为0.28,B为18.76%,投加量为77.57 mg/L,在此条件下,COD去除率平均值为75.98%。对TP的最适因素条件为:nPO_4~(3-)/nFe~(3+)为0.36,B为18.26%,投加量为71.37 mg/L,在此条件下,TP去除率平均值为93.64%。通过回归分析,COD和TP模型拟合性良好,但COD的相关性低于TP,这主要是由于混凝实验和COD测定,特别是低浓度的COD值测定时产生的误差所致。此外,还与PFS处理城镇生活污水相比的效果进行的对比,结果表明PPFS的除浊、COD、TP效果好于PFS,且污水处理后pH值也较稳定。PPFS的用于生活污水处理时,存在电中和、吸附架桥、网捕等多种的作用,但絮凝效果最好时以吸附架桥作用为主。 (5)选用TOC的去除率和在紫外波长为254nm处的吸光度作为有机物去除的总体指标,选用6种邻苯二甲酸酯类化合物以及15种多环芳烃类化合物为细化指标,考察了PPFS对嘉陵江水的实际去除效果。从TOC和UV254的测定结果看,PPFS对嘉陵江水中的有机物有一定的去除作用。通过对PAEs和PAHs类物质的检测结果来看,PPFS对这两类有机物的去除效果较为显著。通过响应面法对影响混凝效果的因素进行优化,得到了二次响应曲面模型以及优化的水平值。得到的TOC二次响应曲面模型拟合性好, PPFS混凝去除TOC的优化因素条件为: nPO_4~(3-)/nFe~(3+)为0.30,B为28.54%,投加量为16.35mg/L,得到TOC的去除率平均值为21.71%。。PPFS的用于嘉陵江水的处理时,絮凝效果最好时以吸附架桥作用为主。
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7 宁寻安;胡勇有;;聚合氯化铝铁的混凝性能研究[A];中国水污染防治技术装备论文集(第四期)[C];1998年
8 方应森;韩瑞瑞;孙根行;;混凝剂聚合氯化铁的制备及混凝性能研究[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年
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1 萌云;快速混凝剂[N];中国有色金属报;2002年
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5 樊冠球;让居民喝上更干净的自来水[N];人民日报海外版;2003年
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10 ;高效混凝沉淀净水技术简介[N];中国建设报;2004年
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