聚硅酸鋁鐵絮凝劑對高濃度腐植酸水樣的絮凝效果分析

顧宏新 史峰山 王振新

(1，2，3.昌吉學院 新疆 昌吉 831100)

聚硅酸鋁鐵絮凝劑是在聚硅酸及傳統的鋁鹽、鐵鹽等絮凝劑的基礎上發展起來的聚硅酸與金屬鹽的復合產物。近年來研究人員發現在處理廢水等復雜、穩定的分散體系時，復合絮凝劑表現出優于單一絮凝劑的效果[1]。加入一定濃度的高價金屬離子，不僅能夠有效緩解硅酸溶膠的聚合作用，提高活性硅酸的保存時間，也能改變活性硅酸的電動電位，使其轉化為帶正電荷的陽離子高聚物，增強對水中膠體的電中和作用。由于該類絮凝劑同時具有電中和及吸附架橋的作用，絮凝效果好，且易于制備，價格便宜，是目前國內外水處理劑研究領域的熱點[2-3]。

本文以含高濃度腐殖酸的模擬水樣為研究對象，以絮凝實驗前后水樣透光率的變化為指標，通過實驗考察聚硅酸鋁鐵絮凝劑對模擬水樣的絮凝效果和使用條件，以期為該絮凝劑的實際應用提供有價值的參考。為煤電和煤化工企業提高污水處理技術和水資源的循環利用效率、減少污水排放對環境的污染提供幫助。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 實驗材料

腐殖酸鈉(自制)、高嶺土(化學純)；

硅酸鈉、硫酸鋁、氯化鐵、硫酸、氫氧化鈉(均為分析純)。

1.1.2 主要儀器

SH2601型精密酸度計 上海大普儀器有限公司

722型光柵分光光度計 上海第三分析儀器廠制造

HJ-4型多頭磁力攪拌器 江蘇醫療儀器廠

HR-200精密電子天平 A&D limited Company

1.2 實驗方法

1.2.1 模擬水樣的配制

在1L水中加入100mg高嶺土和20mg腐殖酸鈉，在波長為420nm條件下測定水樣的投光率T=13.4%,pH=7.82。

1.2.2 絮凝劑的制備

根據參考文獻[1]的方法，取一定量的硅酸鈉溶液，用20%的H2SO4酸化，調節pH值至5左右控制反應時間進行聚合，依次加入一定量的Al2(SO4)3、FeCl3，快速攪拌5min后，陳化半小時，得到膠體狀聚合硅酸鋁鐵絮凝劑(PSFA)。

1.2.3 絮凝效果實驗

采用燒杯絮凝實驗法：在250ml燒杯中取200ml水樣，加入一定量的絮凝劑，先快速攪拌攪拌3min，再低速攪拌5min，靜置一定時間后，于距液面約2cm處吸取上層澄清液，在420nm波長處測定透光率。

2 結果與討論

2.1 絮凝時間對絮凝效果的影響

確定絮凝時間初步實驗中，絮凝劑配比Al：Fe：Si取2：1：1的比例(摩爾比)，用量為30mg，結果如圖1

圖1 絮凝時間對絮凝效果的影響

由圖1可以看出，絮凝沉降時間20min后體系趨于穩定，水樣透光率隨著沉降時間的延長不再有明顯升高，表明絮凝體已基本沉淀完全。因此絮凝實驗的絮凝時間確定為20min。

2.2 絮凝劑用量對絮凝效果的影響

分別取不同用量的絮凝劑加入水樣中進行絮凝實驗，結果如圖2

圖2 絮凝劑用量對絮凝效果的影響

絮凝劑用量對絮凝效果有較大的影響，對特定的水樣有一個適宜的用量范圍。由圖2可以看出，隨著絮凝劑用量的增加，水樣的透光率逐漸升高，達到一定高度后，繼續增加用量透光度會降低。這是因為，絮凝劑用量太少，水樣中的膠體和懸浮顆粒絮凝沉淀不完全；絮凝劑用量過大時，過量的絮凝劑水解所形成的新的膠體會增加水樣的濁度。對本模擬水樣絮凝劑的適宜用量為40mg/L。

2.3 體系酸度對絮凝效果的影響

分別在水樣中加入硫酸或氫氧化鈉調成不同的pH，再加入相同質量(40mg/L)的絮凝劑進行絮凝實驗，結果如圖3

圖3 體系酸度對絮凝效果的影響

圖3表明體系的酸度不同也會影響絮凝劑的絮凝效果。當水樣的pH值較低或較高時，都會使聚硅酸鋁鐵絮凝劑的絮凝性能降低。這是因為溶液的酸度會直接影響絮凝劑中金屬多羥基聚合物的穩定性，pH值較低時，聚合物易發生水解；pH值較高時，聚合物可能會聚沉；只有當體系pH值接近在中性時，絮凝劑中金屬多羥基聚合物才相對穩定，絮凝效果達到最佳。

2.4 絮凝劑配比對絮凝效果的影響

在絮凝劑用量為40mg/L、絮凝時間為20mim、pH值為7.8的相同條件下，調節絮凝劑配比用不同Al/Fe摩爾比及(Al+Fe)/Si摩爾比，研究絮凝劑不同配比對其絮凝效果的影響，結果見表1。

表1 絮凝劑配比對絮凝效果的影響

可以看出，絮凝劑不同配比對絮凝效果影響較大，硅酸鹽含量過高對絮凝有不利的影響，適當提高絮凝劑中Al/Fe摩爾比可增其強絮凝效果，與參考文獻[2]的結果是一致的。這是由于硅酸聚合物與金屬離子多羥基聚合物表面所帶電荷不同，提高硅酸鹽含量時，聚硅酸表面帶負電荷會與鋁鐵多羥基聚合物表面正電荷中和，降低了絮凝劑整體表面正電荷密度，從而降低了絮凝劑與表面帶負電荷的腐殖酸和粘土顆粒之間的電中和作用，對絮凝沉淀不利；而提高絮凝劑中金屬鹽的比例則會增加絮凝劑的表面正電荷，提高其電中和能力，從而增強其絮凝效果。

3 結論

(1)聚硅酸鋁鐵絮凝劑對高濃度腐殖酸水樣有較好的絮凝效果，沉降速度快且絮體密實。在實驗備件下處理后水樣透光率由13.4%提高到92.8%。

(2)絮凝劑用量、體系酸度和絮凝劑組成對絮凝效果都有一定的影響。在實際應用中應根據處理水樣的特點進行應用條件選擇。

(3)聚硅酸鋁鐵絮凝劑可廣泛用于煤礦和煤化工企業等含高濃度腐殖酸污水的絮凝處理，具有沉降速度快且絮體易分離的特點，可大幅提高水資源的循環利用效率，減少污水排放造成的環境污染，具有很高的應用和推廣價值。

參考文獻：

[1]欒兆坤，宋永會．聚硅酸金屬鹽絮凝劑的制備和絮凝性能[J]．環境化學 ，1997，16(6)：534～540．

[2]欒兆坤，劉振儒，趙春祿.聚鋁鐵硅絮凝劑的合成方法及其混凝效能[J]. 環境化學，1997,16(6):546-551.

[3] 王炳建，高寶玉，岳飲艷．無機高分子絮凝劑聚合硅酸鋁鐵的研究[J]．環境化學，2002，21(6):533-538．