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公司新闻

聚合氯化铝铁(PAFC)絮凝剂性能研究

  2005年城市生活污水处理率已达到38.5%,但这还不能满足控制生活污水中污染物质排放总量的要求,因此,还须加快城市污水处理厂的建设。选取常用的铝盐、铁盐系列混凝剂,以pH、浊度、碱度、COD、总氮、总磷等为检测指标,试验不同混凝剂投加量、原水不同pH值等变化对处理效率的影响,进行研究具有迫切性。
 在水处理中,絮凝是一种重要而被广泛采用的工艺方法。它是通过化学机理把胶体物质和小的悬浮粒聚集成大的集合体,以提高这些集合体对溶解的各种杂质的吸收,从而有利于在随后的沉积/浮选过滤过程中排除这些物质。Kuo和Wamser首先合成了复合型混凝剂——聚碱式氯化铝铁(简写PAFC),发现该聚合物具有较好的混凝效果。聚合氯化铝铁(PAFC)是一种新型,高效无机阳离子复合絮凝剂,PAFC既具有铝盐絮凝剂矾花大、水处理面宽、除浊效果好、对设备管路腐蚀性小等优点;还具有铁盐絮凝剂絮题沉降快、易于分离、低温水处理性能好、水处理PH值范围大等特点。目前,PAFC已成功用于饮用水、工业 用水及多种工业废水的处理。

絮凝剂的作用机理
胶体颗粒失去稳定性的过程称为脱稳过程。脱稳即意味着液体中原来均匀分散的固体微粒结合成了较大的颗粒,从液体中沉淀下来。这种现象即称为凝聚。在凝聚的程度上可分为凝结和絮凝;聚集程度不大,甚至通过简单的搅拌可以使固体微粒重新分散的这种可逆性聚集被称为絮凝,而凝结则是在固体微粒间距离相对较小时发生的聚集,这种聚集是不可逆的,仅用简单的搅拌是不可能使固体微粒重新分散的。投加絮凝剂可以加速水中胶体颗粒凝聚成大颗粒,其作用机理的解释有以下几种:
    a. 压缩双电层与电荷中和作用
    b. 高分子絮凝剂的吸附架桥作用
    c. 絮体的卷扫沉淀作用

PAFC 的作用机理:
聚合氯化铝铁
由廉价的氯化铝的和氯化铁共聚合而成。因此它兼具铝盐和铁盐的絮凝特性。铝盐和铁盐在水处理过程中发生水解和聚合反应过程,水中的胶体颗粒能强烈吸附水解和聚合反应过程中出现的各种产物:各种Al 3+和Fe 3+ 的化合物和多种多核羟基络离子。被吸附的带正电的多核羟基络离子能够压缩双电层,降低动电位(ζ电位),同时进行着架桥作用。多核聚合物为两个以上的胶体颗粒所共同吸附,将两个或多个胶体颗粒架桥连接等。这些属于胶体颗粒的聚集作用,从而逐步形成絮凝体,絮凝剂最终形成的聚合度很大的Al(OH) 3 或Fe(OH) 3 将使絮凝过程加速,絮凝体由小变大。

影响絮凝剂作用效果的工艺条件:
无论是天然的絮凝剂,还是人工合成的絮凝剂,除了非离子型的絮凝剂以外,都是电解质。所有的电解质都具有絮凝作用,只是絮凝作用的大小各有不同而已。絮凝作用是复杂的物理和化学过程。因此,影响絮凝剂作用的因素也是复杂的和多方面的。例如,溶液的pH值、温度、搅拌速度、搅拌时间以及絮凝剂本身的性质、结构特点、分子量大小和用量多少,所采用的分离方法、工艺设计条件等,另外被絮凝的固体粒子的性质和直径大小及ζ电位大小等等,这些因素都会对絮凝效果产生直接的影响,有时甚至是决定性的影响。

复合无机高分子絮凝剂
    无机高分子絮凝剂(Inorganic Polymer Flocculent)作为第二代无机絮凝剂,比传统凝聚剂(如硫酸铝、氯化铁等)效能更优异,比有机高分子絮凝剂(OPF)(PAM)价格低廉等优点,成功地应用在给水、工业废水以及城市污水的各种流程(包括前处理、中间处理和深度处理)中,现已成为主流絮凝剂。
    复合型无机高分子絮凝剂是指含有铝盐、铁盐和硅酸盐等多种具有絮凝或助凝作用的物质,它们预先分别经羟基化聚合后再加以混合,或先混合再加以羟基化聚合,形成羟基化的更高聚合度的无机高分子形态,具有较单一无机高分子絮凝剂更为优异的絮凝性能和对胶体颗粒的混凝沉降效果的产品。目前国内主要有以下品种。
    经多次试验结果表明,当聚合氯化铝铁PAFC投加量小时,COD去除率随PAFC的投加量变化没有显著的变化,而当PAFC投加量增加到0.75g/L时,再增加PAFC的量,COD去除率开始下降,且随着PAFC的量的增加,形成矾花越来越小,下沉越来越慢;当PAFC量为1.25g/L时,矾花非常细小,甚至出现上浮,无法分层等现象。综合COD、浊度去除率、矾花沉降速度、处理后效果及 经济 等方面的因素,确定PAFC的最佳投药量为0.75g/L,此时的絮凝效果最好;如果在最佳投药量时再继续投加絮凝剂,则COD增加,COD去除率反而有所波动,浊度有所增加,絮凝效果越来越差。这主要是因为分散在水中的胶体颗粒带有一定的电荷,它们之间的电斥是胶体稳定的主要因素。胶粒表面的电荷值常用电动电位ξ来表示,又称为Zeta电位。Zeta电位的高低决定了胶体颗粒之间的斥力的大小和影响范围。一般在天然水中胶体颗粒的Zeta电位在-30mv以上,投加絮凝剂后,只要电位降到-15mv左右即可得到较好的絮凝结果。相反,当Zeta电位降到零时,反而不是最佳絮凝状态。
   水体的pH值对絮凝效果影响非常显著,在pH=5和pH=6时,处理效果极差,其去浊、去色效果极不明显,其上层清颜色和原水样差不多,且难以分层;在pH=6—8范围内,处理效果较好,絮体生成快,矾花大,浊度、色度、COD去除率也较高;且当pH=8时去除效果最好,上清液最清澈,此时达到最佳状态;而pH=9时,其去除效果不是很好,其上清液还有原水样的颜色;故确定最佳pH值为8左右。因此,在实际应用当中,可以通过调节水样的PH值来提高处理效果,可以投加碱或酸将水体PH值调到适宜范围,以增强絮凝效果。
PAFC(聚合氯化铝铁) 与 PAC(聚合氯化铝) 、 PFS(聚合硫酸铁) 絮凝效果的对比PAFC的COD、浊度去除率都要略高于PAC、PFS,但是PAC和PFS的COD去除率没有PAFC的大,且PFS的浊度去除率也差些,生产成本也高于PAFC,PAFC的性能明显要优于其它两种絮凝剂,因此PAFC是处理生活污水较好的一种絮凝剂。

PAFC 在不同废水中的絮凝效果的研究与探讨:
用PAFC分别处理不同的废水,得出PAFC处理废水的应用范围。用PAFC处理生活污水、印染废水和造纸废水的效果都很好,这就说明PAFC处理废水的范围很广。
结论 :在相同的实验条件下,分别用PAFC、PAC、PFS处理同种生活污水 。通过以上实验可知,PAFC具有絮凝速度快,结实粗大,沉降性能好等絮凝特性,并且具有优越的除浊、脱色和去除COD的良好性能 ; PAFC可以用多种工业废渣来制备,原料来源广泛、成本低廉、且可达到以废治废的目的,因而非常适合我国的国情,因此研究聚合氯化铝铁复合絮凝剂有很好的科学价值和重大的实践生产意义。

 


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