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饮用水用聚氯化铝铁
是一种新型高效的无机高分子混凝剂。它是在聚合氯化铝(PAC)研究的基础上,引入铁Fe(I)离子,与铝离子水解共聚反应形成的共聚物。聚氯化铝铁研制的成功极大地拓宽了无机混凝剂的应用领域。聚氯化铝铁兼具有铝、铁盐的共性。其混凝机理为:铝离子水解生成一种高聚体Al2AlO,(OH)24,高聚体表面络合铁离子,进而使絮体呈正电性的。而一-般废水中悬浮物及胶体呈电负性的。混凝剂通过压缩双电层及电中和作用,使废水中悬浮物质粘联,架桥形成网状,在下降过程中,达到对颗粒的网捕作用。
所属分类 聚氯化铝铁
产品描述
 

聚氯化铝铁(PAFC)是一种新型高效的无机高分子混凝剂。它是在聚合氯化铝(PAC)研究的基础上,引入铁Fe(I)离子,与铝离子水解共聚反应形成的共聚物。聚氯化铝铁研制的成功极大地拓宽了无机混凝剂的应用领域。聚氯化铝铁兼具有铝、铁盐的共性。其混凝机理为:铝离子水解生成一种高聚体Al2AlO,(OH)24,高聚体表面络合铁离子,进而使絮体呈正电性的。而一-般废水中悬浮物及胶体呈电负性的。混凝剂通过压缩双电层及电中和作用,使废水中悬浮物质粘联,架桥形成网状,在下降过程中,达到对颗粒的网捕作用。

聚氯化铝铁的性质

铝铁共存体系是个极为复杂的体系,对铝铁共聚物性质和形态分布的研究成为近年来研究的热点。赵春禄、胡勇有、章兴华等的研究从不同的角度论述了铝铁共聚物的基本形态和概貌。聚氯化铝铁是铝铁羟基共聚物,且为均相结构,不同于聚铁盐和聚铝盐的混合物。通过对聚氯化铝铁的红外光谱测试、晶形貌象分析和点能谱分析得出:聚氯化铝铁为铝和铁离子通过羟基互相结合而形成的新的共聚分子。在铝铁共存体系中,铝、铁离子发生水解反应,由水解平衡常数可知,铁离子比铝离子的水解反应速度大得多,铁离子与羟基的络合能力强于铝离子。因此在铝-铁共聚体系中,铁离子预先水解,而铝离子后水解为了缓解这种水解差距,一些学者曾提出,先聚合铝,稳定后再加入铁.共聚制备聚氯化铝铁的方法。关于两种方法合成的聚氯化铝铁性能的差异,到目前为止,还没有系统的研究。

铝铁共聚聚氯化铝铁的水解聚合过程:根据溶液的pH值变化,聚氯化铝铁的水解-聚合过程基本.上可分为5个阶段:水解初始阶段、铁水解聚合阶段、过渡反应阶段、铝的水解聚合阶段和溶胶沉淀阶段。在铝、铁共存体系中,铝离子一方面促进铁离子水解,使溶液的pH值升高,另-方面又限制铁的进一步水解,防止生成聚合度过大的铁的水解产物或氢氧化铁溶胶。在聚氯化铝铁溶液的酸反滴定曲线上,出现了一些不连续的剧齿状凸起,这些凸起说明溶液中的铝铁形态发生了突变。

聚氯化铝铁溶液的pH驰豫:pH驰豫是指溶液的pH值随熟化时间的增加而出现的上升或下降的趋势。铝、铁离子混合体系的pH驰豫呈上升趋势:而共聚聚氯化铝铁溶液的pH驰豫呈下降趋势。

聚氯化铝铁的红外光谱特征:聚氯化铝铁的红外光谱图与PAC和PFC相似,在1610-1630π1-'处,吸收峰强度随铝铁摩尔比的变化而变化,这表明铝铁共聚物中的配位水量随铝铁比的变化而变化,这同聚氯化铝铁热重分析的结果一致:当铝铁比小于3:7时,共聚物中的配位水量随铝的增加而上升:在铝铁比大于6:4,配位水量达到最高,且不随铝的增加而变化。同时在825-1180π1-'之间的3个吸收峰强度存在的差异,可能是由于铝铁之间的羟桥键中的氧受到不同电负性铁与铝的不对称吸引,产生弯曲震动耦合而分行所致。

聚氯化铝铁的可见光谱特征:铁的水解产物的颜色是由于电荷转移吸收拖尾进入了可见光区造成的。研究发现,在460nm处的吸光度与聚氯化铝铁溶液的盐基度B线性相关,同时发现用吸光度A代表了不同B值下溶液中配位体0H在Fe(II)与Al(II)羟基配合物间的平衡配比。吸光度值越大,羟基与铁配合的比例越大。”

聚氯化铝铁的晶形貌象:将聚氯化铝铁溶液低温真空浓缩,得到固体样品,进行SEM扫描,可以得到聚氯化铝铁的晶形貌象。聚氯化铝铁的晶形貌象如图。由图1.11可知,PAC主要是四棱棒状和圆形碎片状晶体;PFC主要是条片状,多个不整齐端面的晶粒聚集在-起沿水平方向延伸形成了枝杈状:铝铁比7:3时,其形貌是大片状晶粒聚集在一起,中心核形成的分形枝杈密度低,铝铁比降低,枝杈密度升高。在铝铁比3:7时,达到最大。

聚氯化铝铁的点能谱分析:通过点能谱分析得出的铝铁摩尔比与原配比基本相同,进一步证实了聚氯化铝铁是铝铁共聚物。聚氯化铝铁是铝、铁离子在水解聚合中发生重新组合,规则排列,由连接重复有序排列形成的高分子。由于铁的水解聚合反应先于铝,因此共聚物中铝、铁并非均匀排列,而是通过羟基桥联作用将铝铁以不规则到相对规则的排列次序键联在一起,排列次序的好坏取决于铝铁比。碱滴定聚氯化铝铁溶液生成的沉淀为无定型结构,是多种晶体矿的混合物,也说明了铝铁共聚物中的铝和铁非均匀结构排列。

聚氯化铝铁的稳定性:铝铁共存体系的稳定性趋于高浓度,而铝铁共聚体系的稳定性趋于低浓度(大于0.5mol/L时,溶液易出现沉淀)。随着铝铁比的增加,铝铁共聚物配位络合的水分子数目增加,羟基中心电荷逐渐偏离铁核,共聚物的铝~铁核容易形成均势,从而是共聚物的稳定性大大提高。

聚氯化铝铁的混凝性能:铝铁比对聚氯化铝铁的混凝性能影响很大。文献采用L16(4)正交试验和烧杯混凝对比试验,获得聚氯化铝铁的最佳参数:铝铁摩尔比和盐基度,一组为9:1和2.0,另一组为5:5和1.5.混凝采用人工合成悬浊水。正交试验的方差分析表明,聚氯化铝铁的碱化度从0.5到2.0,对混凝效果的影响不大。铝铁比为9:1时,投加少量药剂就能达到较好的混凝效果;而铝铁比为S:5时,在投加量较高时,才表现出良好的混凝效果。

聚氯化铝铁的形态分布特征:混凝剂的混凝性能与混凝剂分子的形态结构密切相关。在水处理混凝过程中发挥优异混凝效果的是那些金属多核羟基络合物,这些络合物分子量大、呈链状、具有良好的吸附架桥能力。Al-Feron逐时络合比色法和27Al-NMR核磁共振法则是考察聚氯化铝铁的形态结构特征常用的两种方法。研究表明,两种方法测定的链状金属多核羟基络合物(铝的中、高等水解产物)的含量Alb和Al3具有一定的相关性。

聚氯化铝铁的应用

聚氯化铝铁的适用范围广泛,对自制浊度水、印染废水、屠宰废水、含菌废水、炼油废水煤矿矿井水和作为饮水水源的湖泊水的混凝处理,效果明显优于PAC和氯化铁且初凝时间短,沉降速度快,残留铝含量低,易于过滤,混凝效果不受温度影响,药剂本身具有较高的稳定性。.

1、造纸废水的处理

戴捷等人采用聚氯化铝铁、PAC、PFS处理造纸工业废水,采用烧杯试验法。取200mL的废水样于烧杯中,控制温度在20~30C,再加入絮凝剂,调节pH值;开始快速搅拌,再以30r/min搅拌10分钟,静置沉降20分钟后,取2~3cm处上清液,测其浊度、COD值。结果表明,聚氯化铝铁在用量和浊度去除率方面并没有明显的优势,但其COD去除率(90.58%)明显高于PAC和PFS,经聚氯化铝铁处理后的印染废水达到国家一级标准,造纸中段废水也接近了国家二级标准。试验结果表明,高分子铝盐和铁盐分别适用于不同的废水体系,而铝铁共聚物的适应范围相对较宽,可根据废水的水质特点相应调节共聚物的AI/Fe摩尔比,因而铝铁共聚物是--类很有发展前途的无机高分子絮凝剂。

2、印染废水的处理

龙一飞等人通过絮凝试验,确定了聚氯化铝铁处理印染废水的最佳反应条件:投加量80mg/L,pH值8-10,搅拌时间3-4分钟。他们认为,以聚氯化铝铁作为絮凝剂处理印染废水在较少投加量的情况下,可以取得较好的处理效果。聚氯化铝铁具有铝盐絮凝剂矾花大,水处理面宽,除浊效果好,对设备管路腐蚀小等优点;还具有铁盐絮凝剂絮体沉降快,易于分离,低温水处理性能好,水处理pH值范围大等特点。其形成絮凝体后沉降所需时间很短,沉淀较快。同时他们也指出了聚氯化铝铁的一些不足之处,比如絮凝剂本身有颜色,一旦反应不完全或者投加过量都会影响处理后水的色度;絮凝剂中的铝、铁等金属离子在接受水体中长期富集也会对环境造成一定的污染,而且从试验结果中他们发现该絮凝剂在酸性环境下不能发挥絮凝作用。

骆丽俊等人利用正交试验的方法对印染废水的混凝处理最佳试验条件进行了研究。她们在500ml的烧杯中加入500ml印染废水,边搅拌边加入混凝剂,控制转速为100/min,调节pH值,混凝10分钟后,加入PAM,继续搅拌1分钟,再慢速搅拌2分钟,静止20分钟后取其上清液,测定COD值及其透光率。

通过聚氯化铝铁(聚氯化铝铁)和助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)对印染废水处理效果的研究,证实表明;经研究发现,①使用聚氯化铝铁和PAM复合处理高浓度印染废水能使COD从1700mg/L降到250mg/L,可见这种混凝处理高浓度印染废水是切实可行的。②用聚氯化铝铁和PAM复合处理高浓度印染废水的最优化条件为常温下,pH值为5,聚氯化铝铁的投加量为700mg/L,PAM的加入量为4mg/L.③投加少量PAM起到桥联絮凝和网络絮凝的作用,不仅可以提高COD除去率,还可以使絮体颗粒增大,沉降速度加快,且产生污泥量较少。.

3、电镀废水的处理

李金辉等人采用絮凝的方法处理电镀废水,操作简单,经济适用。聚氯化铝铁处理电镀废水,可降低处理成本,提高絮凝效果。李金辉等人探讨了,pH值以及投药量对絮凝效果的影响,并与聚铁、聚铝的絮凝效果作了比较研究。结果表明,聚氯化铝铁兼有聚合铝和聚合铁的优点,形成的絮凝体大而重,并且沉降速度快,适用的pH值范围也更广,絮凝效果较聚铁、聚铝更为优异。聚氯化铝铁可以显著地提高去除电镀废液的色度(主要是Crt的颜色)的絮凝效果,提高Cr*的去除率,且用量少。控制投入量在10~35mg/L,不会带来二次污染。此外,制备聚氯化铝铁的原料来源便宜,市场价亚铁盐约为1300元/吨,铝盐约为1500元/吨。其成本远低于PAC的成本,也低于PFC。而且,有些原料甚至是废弃的矿渣,生产成本可以显著降低,在电镀废水处理中有广泛的应用价值。

4、聚氯化铝铁污水除磷的研究

郑怀礼等人叫用聚氯化铝铁(聚氯化铝铁)絮凝剂对城镇生活污水除磷处理效果进行研究,研究内容包括:聚氯化铝铁用量对模拟污水和实际生活污水除磷效果的影响,污水经聚氯化铝铁处理后pH值的变化情况,污水酸度对除磷效果的影响,聚氯化铝铁用量对模拟污水和实际生活污水除浊效果的影响。结果表明:(1)对于pH值为7.82,浊度为200NTU(标准硅藻土)的模拟污水,聚氯化铝铁复合絮凝剂有良好的除磷效果,除浊效果也较好、除浊率可达到95%以上,出水水质pH值较稳定。(2)对于实际污水,聚氯化铝铁复合絮凝剂有良好的除磷效果,处理后磷含量低于0.5mg/L,可达到生活污水处理国家-级排放标准;除浊效果也很好,除浊率可达到98%以上;污水处理后pH值也较稳定。

5、除藻的应用研究

孟红旗、周勤等人对聚氯化铝铁的基础性质进行了研究,并以马沧湖、墨水湖或四美塘等富营养化水体进行混凝试验,对聚氯化铝铁的混凝除藻机理进行了分析和总结。研究成果表明:投加率,碱化度,铝铁比是影响聚氯化铝铁混凝效果的三个显著主要因素:

①铝铁比对聚氯化铝铁混凝效果的影响:

随着铁含量的增加,共聚物分子的分枝明显增多,且中心结构密实,链状结构减少。这造成铝铁共聚物的电荷密度下降,不利于混凝剂的桥联和吸附电中和作用的发挥,这是随着铁含量的增加,混凝除藻性能下降的主要原因。

②碱化度对聚氯化铝铁混凝效果的影响:

碱化度的升高,铝铁共聚物的聚合度升高,混凝剂的分子链长度增加和链状的铝铁羟基络合物Mb的含量增加,因此,聚氯化铝铁的吸附架桥能力增强,混凝性能提高。.

试验表明,铝铁比对聚氯化铝铁除藻性能的影响比碱化度的影响强。以叶绿素a的去除率来表征,其变化幅度分别为40%和11%。通常情况下,浊度的去除率比叶绿素a的去除率高10%,比胶球藻的去除率高20。这表明,对富营养化水体的混凝处理中,浊度物质比叶绿素a容易去除,而形态偏小的胶球藻细胞比普通藻细胞难去除。

聚氯化铝铁制备简单,原料易得。聚氯化铝铁在溶液中最终生成氢氧化物疏水聚合体沉淀出来,形成的絮体具有吸附量大、结构紧凑致密,强度大,沉淀物容积小的特点。其絮凝沉降物沉降速度快。在应用中具有投量少,混凝效果佳的优势。目前主要应用于工业废水的处理,对浊度的去除具有良好的效果,其脱色性能优异。因此具有进一步推广的价值。

选择聚氯化铝铁的优势

1、聚氯化铝铁的投加量明显低于PAC,并且无需投加助凝剂,尤其是在低温期(4℃)。生产性试验中我们发现,进入二月份随着水温的进一步降低,聚氯化铝铁的投加量从17mg[L降低到了13mg/L,PAC加药量在23mg/L。在满足水厂生产要求的情况下,聚氯化铝铁的投加量较之PAC平均节省24.4%,加药成本削减了24.3%。给水厂带来了巨大的经济效益。

2、投加聚氯化铝铁净水剂,不存在对水厂设备、输水管道的酸性腐蚀。

3、浊度的去除聚氯化铝铁要优于PAC。生产性试验研究表明,在等投加量下,工业水车间澄清池出水平均浊度聚氯化铝铁比PAC低0.14NTU,生活水车间低0.19NTU;聚氯化铝铁与PAC滤后水平均浊度为0.23NTU,但聚氯化铝铁出水浊度稳定,PAC浊度波动比较大,峰值在0.39NTU.其它各项水质指标均优于国家饮用水水质标准。这符合国家饮用水水质标准逐步提高的发展趋势,对提高人民生活品质以及保障金山区人民饮水安全及身体健康具有长远的意义。

4、低温期的出水水质聚氯化铝铁比PAC稳定,聚氯化铝铁基本可以保证滤前水浊度在1.5NTU以下,在同等加药量下,PAC出水浊度在2NTU。解决了水厂低温期出水水质变差的难题,保障了金山人民的饮水安全。

5、对影响混凝效果的因素做了初步的探讨,对出水浊度与混凝剂投加量的关系做了相关性分析,对提高水厂的运行效益和指导今后的技术改造具有参考价值。