納米復(fù)合絮凝劑的制備及其在污水處理中的應(yīng)用

文/高 波

絮凝法是水處理中最簡(jiǎn)單、最常用的一種方法，在水處理中占據(jù)著非常重要的地位，此方法比較關(guān)鍵的問(wèn)題就是如何選擇和使用絮凝劑。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使絮凝劑逐漸從單一化轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄻踊拈_(kāi)發(fā)和研究也從有毒、難生物降解型逐漸發(fā)展到高效、低毒、對(duì)環(huán)境友好等復(fù)合型高效絮凝劑和微生物絮凝劑。

納米材料和納米技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了復(fù)合絮凝劑的發(fā)展，同時(shí)，也給絮凝沉淀技術(shù)注入了新鮮的血液。納米粒子因?yàn)榫哂斜砻嬖訑?shù)量多、粒子比表面積大、比表面能高等優(yōu)點(diǎn)，所以制備時(shí)投入量小，絮凝效果顯著且處理成本低的納米粒子絮凝劑成為人們的研究熱點(diǎn)，并且具有廣泛的應(yīng)用前景。用納米絮凝劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)絮凝劑，增強(qiáng)了混凝效果，并通過(guò)吸附架橋和卷掃網(wǎng)捕等絮凝機(jī)理除去雜質(zhì)。其特點(diǎn)是形成的磯花緊密，也提高了絮凝沉降性能，相比于某些傳統(tǒng)的絮凝方法，此絮凝劑能更有效地把污染物去除。這些摻入了納米材料的多元復(fù)合型污水處理劑，成本低，而且大大縮短了工藝流程，更重要的是治污效果好。

復(fù)合絮凝劑的合成

實(shí)驗(yàn)水樣來(lái)源：長(zhǎng)春某公園人工湖污水（生活污水）：理化指標(biāo)會(huì)因?yàn)槿∷畷r(shí)間不同而處于一定變化區(qū)間。長(zhǎng)春客車(chē)廠某污水處理廠水樣（工業(yè)污水）：懸浮物SS為220-340為mgL-1。COD為260-300mgL-1，濁度160-240NTU，pH值為7.2。

（1）無(wú)機(jī)絮凝劑的合成試驗(yàn)。取一定量的酸洗廢水（其中H2SO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%～8%，F(xiàn)e2SO4的質(zhì)量濃度為200－240gL-1），將Fe2SO4溶液加入廢水中，調(diào)整溶液中的SO42-濃度，使?jié)舛缺萚SO42-]/[Fe3+]＜1.5。然后控制適當(dāng)?shù)臏囟龋诓粩鄶嚢柘拢尤胙趸瘎〩2O2，即刻發(fā)生劇烈反應(yīng)，溶液變?yōu)榧t棕色，并放出熱量。經(jīng)過(guò)氧化、水解和聚合過(guò)程，溶液顏色漸漸變深。整個(gè)反應(yīng)過(guò)程不斷監(jiān)測(cè)溶液中Fe2+含量，直至反應(yīng)達(dá)到要求（Fe2+含量小于0.2%）。

（2）復(fù)合絮凝劑的復(fù)配試驗(yàn)。按照聚合硫酸鐵（PFS）：納米氧化鋁=n：1配比，用粉碎機(jī)將其粉碎攪拌均勻，即得復(fù)配固體絮凝劑。然后，將此復(fù)合絮凝劑配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的溶液。

（3）燒杯絮凝試驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)方法經(jīng)過(guò)多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)得出如下結(jié)論：量取200mL水樣，加入1L燒杯中，劇烈攪拌（轉(zhuǎn)速為300r/min）下加入絮凝劑。待反應(yīng)2min后，調(diào)整攪拌速度約為50r/min，繼續(xù)攪拌15min，再靜置20min，于上層澄清液面以下大約2cm處吸取一定量清液進(jìn)行測(cè)定。

圖1 復(fù)合絮凝劑加入量對(duì)去除率的影響

圖2 pH值對(duì)去除率的影響

復(fù)合絮凝劑在酸性污水處理中的應(yīng)用條件

（1）絮凝劑加入量對(duì)工業(yè)廢水的影響。在pH值和溫度相同的條件下，向廢水中加入不同量的復(fù)合絮凝劑攪拌靜止后，測(cè)定其COD和濁度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，當(dāng)廢水的pH值相同時(shí)，聚合硫酸鐵（PFS）：納米氧化鋁=n∶1，復(fù)合絮凝劑用量超過(guò)80mgL-1時(shí)，濁度去除率高達(dá)90.16%。繼續(xù)增大用量，濁度去除率雖然也隨之上升，但增加緩慢。當(dāng)絮凝劑的加入量為80mgL-1時(shí)，COD去除率最高（64.15%）。繼續(xù)增加絮凝劑用量，COD的去除率反下降。通過(guò)以上數(shù)據(jù)，可以得出，復(fù)合絮凝劑最適宜的投加量為80mgL-1。

（2）pH值的影響。在六只燒杯中分別加入相同量的工業(yè)廢水，并依次將廢水的pH值調(diào)整為4、5、6、7、8、9，其它實(shí)驗(yàn)條件都相同。加入絮凝劑攪拌靜止后，吸取一定量的上層清液測(cè)定COD和SS，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，我們可以看出，此復(fù)合絮凝劑適用于pH值為6-8之間的水體，COD的去除率范圍在61.9%～62.5%之間；SS去除率在88.8～90.8%之間。所以，可以得出結(jié)論，此復(fù)配絮凝劑可適用于較寬pH范圍的水體，出水的COD和濁度SS均可達(dá)到國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)果與討論

（1）將合成的聚合硫酸鐵與納米氧化鋁進(jìn)行復(fù)配，復(fù)配比例（以質(zhì)量比）為聚合硫酸鐵（PFS）：納米氧化鋁= n ：1，制備出新型納米復(fù)合絮凝劑。將此絮凝劑用于處理生活污水及工業(yè)污水，大大提高了COD和濁度SS的去除率，出水的COD值也達(dá)到國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)。

（2）室溫條件下，以客車(chē)廠酸洗廢水中的副產(chǎn)物Fe2SO4為原料，通過(guò)強(qiáng)氧化劑H2O2的氧化、水解與聚合，成功制備出聚合硫酸鐵（PFS），使廢物得到有效利用，這對(duì)增加經(jīng)濟(jì)效益有著非常重要的意義。