无机高分子复合絮凝剂聚合硫酸铁铝的研制

【摘要】：论文以钛白粉副产物七水硫酸亚铁（FeSO_4·7H_2O）和工业含铝材料为主要原料，浓硝酸（HNO_3）作为强氧化剂，采用直接氧化法制备复合混凝剂聚合硫酸铁铝(PAFS)，采用红外（FTIR）、X-衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）对产品的结构进行表征之后以生活污水为研究对象，在单因素试验设计的基础上，研究了自制PAFS对生活污水的降解效果、试验优化条件及降解机理。同时将其应用于城镇生活污水处理，印染废水的处理，为研制出高效新型混凝剂提供一定的数据和基础。 论文的主要研究内容和结论如下： (1)以FeSO_4·7H_2O和工业含铝材料为主要原料，浓硫酸（H_2SO_4）为酸化剂，浓HNO_3为氧化剂，磷酸为稳定剂，氢氧化钠为碱化剂，在不同的SO_4~(2-)/Fe摩尔比、NO_3~-/Fe摩尔比、Al/Fe摩尔比和碱化度（OH/Fe）下合成聚合硫酸铁铝，通过单因素试验，研制出适用于生活污水除磷、去浊且高效低廉的PAFS。结果表明：PAFS的最佳制备工艺条件是反应温度、时间、SO_4~(2-)/Fe、NO_3~-/Fe、Al/Fe和碱化度（OH/Fe）摩尔比分别为80.0℃、60.0min、0.38、0.45、0.11、0.10。在此条件下制备的PAFS对生活污水TP去除率为98.6%，COD去除率达到79.1%，浊度去除率达到98.1%。 (2)通过FTIR分析可知，PAFS中含有含有Fe-O-Fe，Al-O-Al聚合物。通过XRD分析可知，与PAFC相比，在Al/Fe摩尔比为0.11条件下合成合成的产品出现了一些新的强度较强的衍射峰，这是因为在PFS的基础上中加入了其它铝等其它的离子，形成了好多新的物相，这也间接说明PAFS是羟基聚合物和铝铁交叉共聚物。通过SEM表征可知，PAFS是以PFS的结构作为骨架，在其表面结合了大量的铝铁聚合物支链，由于Al3+加入使得PAFS的表面变的蓬松，呈褶皱状花瓣状结构，呈现很强的凝聚态，与实际显示的外观粘稠性相符，这种结构形状具有较大的比表面积和较强的吸附架桥能力，这样处理污染物时，通过网捕和吸附中的小颗粒，将胶体和悬浮物颗粒卷扫下来，形成絮状沉淀。 (3)将自制的PAFS用于处理生活污水，通过单因素实验，确定快搅速度为350rpm，快搅时间为60s，慢搅速度为60rpm，慢搅时间为15.0min，PAFS的最佳投加量为25.0mg/L，生活污水的最佳pH值为8.5。PAFS对生活污水中TP、COD和浊度的去除率达到最优。在此基础上，以生活污水的COD去除率为考察对象，选取快搅速度、快搅时间和投加量进行三因素三水平的响应面分析，得到了二次响应曲面模型以及优化的水平值。结果表面PAFS混凝去除COD的最适因素条件为：投加量为21.8mg/L，快搅速度为358rpm和快搅时间为0.90min。在此条件下，COD去除率平均值为60.6%。通过回归分析COD模型的拟合性良好。 (4)将自制的PAFS用于处理印染废水，在单因素的基础上，探究了pH和PAFS投加量对印染废水的COD、浊度去除效果和形成污泥体积的影响，以及PAFS与常见絮凝剂（PFS、PAC和CPAM）对印染废水除COD、除浊效果和生成污泥体积的比较研究。试验结果表明：当快搅速度为200rpm，快搅时间为120s，慢搅速度为60rpm，慢搅时间为8.0min，PAFS投加量为0.30g/L， pH为8.5时，印染废水的COD去除率达到80.0%，浊度去除率可达到92.0%，生成污泥体积为52.8mL，PAFS对印染废水的COD和浊度去除效果优于PFS、PAC和CPAM。