聚氯化铝铁是由铝盐和铁盐在一定条件下聚合而成的无机高分子混凝剂。它具有极强的电中和能力,形成的絮体大而密实,易于沉降,并且原料来源广泛,成本低,出水中残留铝量低,因此成为复合高效混凝剂研究的热点。因此综述了聚氯化铝铁制备过程中的关键参数如Al/Fe摩尔比、盐基度、聚合剂和pH值等对其混凝性能的影响,并总结了提高聚氯化铝铁混凝去除DOM的方法,包括无机复配和有机复配,以及聚氯化铝铁与吸附剂的联用。
在金属离子的水解过程中,相互之间通过羟基联合形成多核水解产物和链网状大分子结构,所带电荷量增加,电中和能力和架桥能力增强”。制备过程参数主要通过影响金属离子的水解羟化过程,进而对聚氯化铝铁.的结构产生影响,从而影响其混凝性能。这些影响参数包括Al/Fe摩尔比、盐基度、聚合剂、pH值等。
铝和铁的存在增强了聚氯化铝铁的电中和能力以及架桥网捕能力。这是因为,铝和铁使聚氯化铝铁带有大量正电荷,能够有效中和水中的胶体污染物;它们之间通过羟化而形成的网状结构能够提高聚氯化铝铁对污染物的网捕架桥能力。混凝剂中所含离子的摩尔比是混凝剂的混凝动力,对聚合体的聚合程度以及聚合物的种类有很大的影响。Al/Fe摩尔比会影响聚氯化铝铁中水解物的类型分配,从而影响其羟化而成的网状结构的紧密程度及架桥网捕性能。因此为达到良好的混凝性能,铝铁的摩尔比需要保持一定的值。表1中列出了聚氯化铝铁处理的水质不同时Al/Fe摩尔比的最佳值。
最佳铝铁摩尔比n(A) /n(Fe) | 对不同水质的作用效果 |
10:1 | 对高岭土模拟水样的浊度去除率高达97.12% |
9:2 | 对黄河水的浊度去除率达99.3% |
9:1 | 能够在很矩时间内聚合成絮凝能力特别强的络合物种类 |
5:5 | 对西湖水的浊度和COD去除率分别达75%和70% |
溶液中的0H-能够与混凝剂中的金属离子发生羟化聚合作用。盐基度是混凝剂中所含的羟基浓度与金属离子浓度的比值。盐基度决定了混凝剂所带正电荷的多少以及羟化聚合程度的大小呵。在一定的盐基度范围内,盐基度越高,混凝剂的电中和能力越强,羟化程度越高,聚合成的链网结构越完全,聚氯化铝铁的架桥和网捕能力明显增强,混凝效率也随之提高咖。随着混凝剂盐基度的继续增大,易出现凝胶、沉淀等现象。因此,盐基度对良好混凝性能的发挥有着很重要的作用。表2中列举了聚氯化铝铁在处理不同水质时的最合适盐基度。
水样类型 | 最佳盐基度 | 处理效果 |
黄河水 | 2.0 | 浊度去除率达99.39% |
商岭土水样和钢绿微囊藻水样 | 1.8 | 对商岭土水样的浊度去除率商达99% 对铜绿微囊藻水样中叶绿素a的去除率约75% |
染料废水 | 65% | 脱色率为98% |
某印染厂不同阶段的印染废水 | 54.2% | 对碱减量车间、卷染车间和生化出水的化学需氧量(C0D)去除率分别达90% .80% .78% |
金属离子的水解程度受聚合剂的影响,因为聚合剂能够影响水溶液中的H-或0H-的浓度,促进或抑制金属离子的水解,从而影响聚氯化铝铁的羟化程度、盐基度及网状结构的形成。因此,选择合适的聚合剂及适当的剂量对保证聚氯化铝铁的盐基度、结构特征、混凝能力及稳定性有着至关重要的作用。
孔爱平等以氢氧化钠为聚合剂,氢氧化钠可以提供混凝剂聚合时需要的羟基通过控制氢氧化钠的加入量,使混凝剂达到预期的盐基度,然后比较混凝剂在不同盐基度时的混凝性能。结果表明:盐基度为2.0时,混凝剂的混凝性能最佳,此时的浊度去除率高达99.3%。邹京伦等在制备聚氯化铝铁的过程中选择铝酸钙为聚合剂,并考察了铝酸钙的投加量对聚氯化铝铁中氧化铝和氧化铁等有效成分含量的影响规律。实验表明,随着铝酸钙剂量的增多,有效成分的含量呈先增加后减小的趋势,在投加量为0.2g/mL时,有效成分的含量达最高。孙国华等利用氧化钙作聚合剂,用于控制聚氯化铝铁中金属离子的水解程度,使聚氯化铝铁达到一定的盐基度,尔后用于碱减量车间废水的处理,C0D的去除率高达90%。
混凝剂制备过程中的pH值会影响混凝剂的羟化程度,从而影响金属离子在水中的水解类型,使混凝剂的结构也受到影响四。pH值过高或过低时,铝铁的羟化程度降低,电中和能力减弱;链网结构不完全,稳定性下降;高聚物的浓度降低,对污染物的网捕能力不足。因而在维持聚氯化铝铁的羟化度和良好的混凝性能方面,pH值有着极其重要的作用。
通过对聚氯化铝铁制备过程中pH值的控制能够使聚氯化铝铁达到一定的羟化程度并保值一定的稳定性。因此,聚氯化铝铁聚合过程中的pH值对聚氯化铝铁最佳性能的发挥有很重要的作用。孙丽丽在聚氯化铝铁的制备过程中,将pH值控制在3~3.5之间时,聚氯化铝铁能够充分聚合,且此条件下制得的混凝剂对模拟水样的浊度去除率高达97.12%。孙国华等8调节铝铁混合液的pH值为--定值,制备出的聚氯化铝铁对某种车间废水C0D的去除率高达80%。
聚氯化铝铁对水中的污染物有极强的电中和能力以及吸附架桥网捕能力,能够有效除去水中的悬浮物和胶体等污染物,但是聚氯化铝铁不能高效地去除水中的D0M.完全去除废水中的DOM需要深度处理技术。目前的深度处理技术有臭氧颗粒活性炭工艺、芬顿法、膜分离技术等,但是这些技术的成本高,操作条件要求严格。由于混凝处理的操作简便,因此通过混凝药剂的复配或将其与吸附剂联合使用来增强混凝剂对DOM的去除能力能够有效地简化污水处理工艺。
聚氯化铝铁的复配,即在聚氯化铝铁中引入大分子以提高聚氯化铝铁对DOM的吸附及架桥网捕能力。根据引入的大分子种类的不同,聚氯化铝铁的复配方法通常可分为无机复配和有机复配两种。
无机复配即在聚氯化铝铁中引入无机大分子,增大聚氯化铝铁对水体中DOM的吸附容量,从而增强聚氯化铝铁对DOM的去除能力。
目前应用较多的是在聚氯化铝铁中引入硅胶,制成聚硅酸氯化铝铁(PSAFC)四。这是因为金属离子能够与聚硅酸相互作用形成比表面积巨大的大分子结构,这种结构有助于提高混凝剂对DOM的吸附能力,明显增强吸附卷扫的效果及架桥网捕作用38。孙丽丽将聚硅酸与聚氯化铝铁在一定条件下聚合制得的PSAFC,对印染废水的C0D。去除率达85%以上。Sun等以油页岩灰为原料制备的PSAFC对渤海大学下水道污水的C0D去除率达54%左右。Niu等利用高纯石墨生产过程中所产生的废水制取PSAFC,并将其用于处.理郑州区段的黄河水,C0D去除率高达94%。王圆广田将聚氯化铝铁与聚硅酸复配用于模拟印染废水的处理,COD的去除率达88.89%,水体吸光度下降约81.59%。
有机高分子混凝剂对污染物有很强的吸附架桥能力,对原水pH值的敏感性低,再生能力强,同时由于相似相溶原理,其对藻类、油类等水体污染物有很强的去除能力。与有机高分子混凝剂相比,聚氯化铝铁存在着使用量大、效率低、对人体有害等缺点。根据协同增效原理,将两者进行结合可以显著提高混凝剂的混凝Thera性。赵莉等将PikAFC与具有多孔结构的凹凸棒、改性沸石复配用于工业aa的处理,对废水中的全氟辛酸(PF0A)的去除.率达70.25%。杜华琴等将粘土与聚氯化铝铁复配用于去除水中叶绿素,去除率达93.75%。李志敏等51将聚氯化铝铁与CTS、红粘土按一定配比共同用于处理胶乳废水,C0D去除率达80%以上。
聚氯化铝铁中由于铝铁的存在,增强了电中和去除水中污染物的能力。聚氯化铝铁在水处理中的混凝效率明显高于聚合铝(铁)盐,且对多种水体都有很好的去污能力。然而,处理的水质变化时,制备过程参数都要重新调整,应当加强制备过程参数与混凝性能之间影响规律的研究,以增大该混凝剂的适用水体范围。无机和有机大分子的引入,以及聚氯化铝铁与吸附剂的联用,提高了聚氯化铝铁的吸附和架桥网捕的能力使聚氯化铝铁混凝去除DOM的能力明显提高,但是聚氯化铝铁对水体中低分子量DOM的去除效果不是很理想,应当对聚氯化铝铁的无机、有机复配及其与吸附剂联用的作用机理进行深入研究以提高它对低分子量DOM的吸附和混凝去除能力。另外,目前关于聚氯化铝铁作用机理微观方面的研究少有文献报道,应当加强这些方面的研究。