工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑處理景觀中水的研究★

楊 凱 譚 娟

* 王雪峰

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·水·暖·電·

工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑處理景觀中水的研究★

楊 凱 譚 娟

* 王雪峰

(濟南大學(xué)土木建筑學(xué)院，山東 濟南 250022)

以工業(yè)廢渣浸取液和硫酸鋅為原料，制備了工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑,研究了工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑處理景觀中水混凝實驗的影響因素，結(jié)果表明:工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑處理景觀中水效果顯著,濁度及COD去除率均達到85%以上，總磷去除率達到80%以上。

混凝劑，工業(yè)廢渣，景觀中水，混凝實驗

隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，住宅小區(qū)的人工水景、公園湖、城市小型河道等景觀水越來越多的出現(xiàn)在人們的生活中。但是景觀水自凈能力低，極易受到污染，而景觀水的處理問題很少被重視，目前大部分是應(yīng)用于假山、噴泉等人造景觀。但其弊端顯而易見。比如容易造成藻類瘋長、景觀水體發(fā)綠甚至發(fā)臭等現(xiàn)象。當(dāng)前景觀水的處理方法有循環(huán)過濾法、混凝沉淀法、氣浮生化法、生態(tài)修復(fù)法等方法[1]。其中混凝沉淀法由于其投資少，效果好，是目前較為經(jīng)濟有效的處理方法。因此選擇高效，無二次污染的混凝藥劑，是應(yīng)用混凝沉淀法處理景觀水的關(guān)鍵問題，也是研究的熱點[2-7]。例如，用混凝沉淀法處理泰晤士河水時，平均除藻率為59%，可用于含大量懸浮物、藻類中水的處理[8]，對此類水體可取得顯著的凈化效果。因此，研究混凝劑處理景觀中水具有很好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益應(yīng)用前景。

以工業(yè)廢渣浸取液和硫酸鋅為原料，制備工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑,并對其微觀形貌結(jié)構(gòu)進行表征。以處理景觀中水為例，研究工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑對處理效果的影響因素。

1 實驗

1.1 儀器與試劑

實驗儀器如下：PB610臺式酸度計(新加坡生產(chǎn)),SU3500掃描電子顯微鏡(日本日立生產(chǎn))，JJ-4A數(shù)顯測速六聯(lián)電動攪拌器(江蘇金壇友聯(lián)儀器研究所生產(chǎn)),LB-BZ-1型水質(zhì)濁度儀(青島路博環(huán)保偉業(yè)科技有限公司生產(chǎn))，Tensor 27型紅外光譜儀(德國Bruker公司生產(chǎn)),AL-32 COD快速測定儀(德國夸克公司生產(chǎn))，722N型分光光度計(上海光學(xué)儀器一廠生產(chǎn))。

實驗試劑包括硫酸鋅(ZnSO4，分析純),NaOH溶液(1.6 mol/L),(1+1)硫酸溶液，10%抗壞血酸溶液，2 mg/L磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，實驗用水(重蒸水),粉煤灰(濟南發(fā)電廠)。

1.2 工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑的制備及表征

1)液體工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑的制備。將粉煤灰浸泡在硫酸溶液中水浴加熱18 h,冷卻后得到粉煤灰浸取液，然后在高速攪拌條件下將20%的ZnSO4溶液滴加到浸取液中獲得混合液。將NaOH溶液在40 ℃下與混合液聚合反應(yīng)一定時間,加入穩(wěn)定劑,制得工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑樣品,得到紅棕色液體(密度=1.10 g/cm3～1.15 g/cm3)。

2)工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑的表征。將自制工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑在120 ℃下干燥4 h制成固體粉末，進行紅外光譜分析，用溴化鉀作母質(zhì)壓片進行定性測定。將工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑固體樣品置于掃描電鏡下拍照，觀察混凝劑表面形貌結(jié)構(gòu)(擴大8 000倍)。

1.3 實驗水質(zhì)條件

實驗水樣取自山東建筑大學(xué)人工湖。其水質(zhì)如下:pH=7.01～7.13,水溫為20 ℃～25 ℃，濁度為7.5 NTU～8.0 NTU,TP為2.0～2.5,COD為130 mg/L～135 mg/L。

1.4 混凝實驗與分析方法

工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑的投藥量以單位體積中含有鐵的摩爾數(shù)標(biāo)定。分別取水樣置于六聯(lián)攪拌機的6個燒杯中,固定自制混凝劑投加量,進行混凝實驗。攪拌順序為：快速攪拌速度260 r/min,攪拌時間1.5 min；慢速攪拌速度為50 r/min,攪拌時間8 min；沉降15 min后于液面下2 cm處取上清液，測定濁度、TP及COD濃度。

濁度采用濁度儀測定，COD采用COD快速測定儀測定，TP濃度采用鉬銻抗分光光度法測定。

2 結(jié)果分析

2.1 工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑的形貌結(jié)構(gòu)

試樣的SEM圖呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。自制工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑的結(jié)構(gòu)密實，分子之間能形成較長的鏈狀結(jié)構(gòu)，同時彼此之間交錯形成聚合度高的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的大分子物質(zhì)。其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)周圍基本上沒有散落的小聚合物質(zhì)，因此自制混凝劑的吸附及網(wǎng)捕卷掃能力強，沉降速度快，絮凝效果好。

2.2 工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑的混凝效能

圖1為工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑處理景觀中水實驗中，投藥量、pH對濁度、COD及總磷去除率的影響。從圖1可以看出，在初始階段，隨著混凝劑投加量的增大，濁度、COD、總磷的去除率均呈上升趨勢。但隨著投加量繼續(xù)加大，混凝劑出現(xiàn)過飽和情況，顆粒表面存在過多的聚合物分子，其表面已無吸附空位而使混凝劑失去吸附架橋功能。同時由于高分子吸附膜的空間位阻效應(yīng)使顆粒之間互相排斥，從而使顆粒又重新穩(wěn)定在分散狀態(tài)。在圖1中去除率曲線呈下降趨勢。當(dāng)混凝劑投加量達到210 mg/L時，三者的去除率均達到最大值。所以，綜合考慮濁度、COD、總磷的去除率，實驗中形成礬花的大小和沉降速度等因素，選取自制混凝劑的最佳投加量為210 mg/L為宜。

從圖1中看出，在酸性條件下，濁度、總磷和COD的去除率不高，而在中性或略堿性條件下，這三者的去除效果好。其主要原因為工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑的鐵鋅水解后，產(chǎn)生多核多羥基帶正電荷的絡(luò)合物。酸性過大時，鐵和鋅不易發(fā)生水解，所以混凝效果差；在中性或略堿性條件下，由于鐵、鋅發(fā)生水解生成多核多羥基絡(luò)合物，這些絡(luò)合物的電性中和、吸附架橋以及長鏈大分子的卷掃網(wǎng)捕作用，使分散的顆粒聚集成大且密實的礬花沉降下來，因而混凝效果好。由實驗結(jié)果可以得出，自制混凝劑對景觀水適用的pH值最佳范圍在7～10內(nèi)。

2.3 工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑的紅外光譜圖分析

由圖2可以看出，自制混凝劑存在兩處較強的羥基吸收波數(shù)，分別是3 407 cm-1附近以及1 627 cm-1附近。3 407 cm-1附近的寬頻帶峰是由自制混凝劑樣品中與鋁離子相連的OH-基團和樣品內(nèi)吸附的水分子及配位水分子中的OH-基團伸縮振動所產(chǎn)生的[9]。1 627 cm-1附近的吸收峰是由結(jié)合水的彎曲振動引起的[10]。1 100 cm-1左右的吸收峰則是由于Fe-OH-Fe和Al-OH-Al的伸縮振動引起的，可能是Fe-OH-Fe，Al-OH-Al 位于比Fe-O-Fe，Al-O-Al振動稍高的波數(shù)，且其夾角及相鄰元素的性質(zhì)影響了它在紅外光譜中的位置[11]，此峰的強度和大小可用來判斷混凝劑聚合的程度。975 cm-1左右的吸收峰指示了Al-O-Al中的Al可能被Zn，F(xiàn)e替代，因此，在自制混凝劑中可能存在更多的Zn-O-Al和Fe-O-Al結(jié)構(gòu)[12]。

由圖2可知，自制工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑中鐵離子及水解絡(luò)合鐵離子與共存的酸發(fā)生了反應(yīng)，生成了多羥基鐵復(fù)合聚合物。這說明在工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑中既有以羥基橋聯(lián)結(jié)的鋁的聚合物，又有以羥基橋連的鐵的聚合物。

3 結(jié)語

投藥量和pH值是影響工業(yè)廢渣復(fù)合混凝劑混凝效能的重要因素，在最佳投藥量和最佳pH值范圍內(nèi)能充分發(fā)揮混凝劑中鐵鋁鋅的復(fù)合作用,獲得最佳混凝效果。

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Research on coagulation behavior of industrial waste residue coagulant in treating landscape water★

Yang Kai Tan Juan* Wang Xuefeng

(SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,UniversityofJinan,Jinan250022,China)

Industrial waste residue coagulant was prepared by industrial waste residue and ZnSO4. The influence of factors on coagulation efficiency of landscape water treatment was investigated. The results show that the removal of turbidity and COD for landscape water all have been up to 85%, and the removal of total phosphorus has been up to 80%.

coagulant, industrial waste, landscape water, coagulation experiment

1009-6825(2016)32-0132-03

2016-09-07★:山東省高等學(xué)校科研發(fā)展計劃(項目編號：J12LG52)

楊 凱(1995- )，男，在讀本科生； 王雪峰(1994- )，男，在讀本科生

譚 娟(1980- )，女，碩士，副教授

X703.5

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