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聚合氯化铝铁的相关水处理的实验分析

    我国绝大多数水厂都采用“混凝—沉淀—过滤”工艺处理源水,利用现有工艺流程提高水质十分必要。针对藻细胞的去除,国内外的研究主要集中在氧化剂预氧化、高效混凝剂研制和使用改性滤料强化过滤等。在混凝剂研究方面,聚合铝铁盐类混凝剂受到关注,其中聚合氯化铝铁(PAFC)已进入工业化应用,但对其混凝性能的研究多以浊度去除指标来表征,对藻细胞去除效果很少涉及。特别是关于其混凝性能、残铝浓度等的影响因素还缺乏较深入的认识。因此,笔者针对微污染源水中浊度、藻细胞。聚合氯化铝铁的形态分布对微污染源水混凝效果的影响等去除问题,考察碱化度、铝铁对PAFC溶液形态分布、混凝效果及残铝浓度的影响,并总结其理论机制和数学模型,为微污染源水处理混凝剂的开发提供理论基础。

材料与方法介绍

    1.1 PAFC的制备
根据碱的加入方式,聚合氯化铝铁PAFC制备方法分为共聚法和分步聚合法。分步聚合法是在总碱量一定时,将碱量分两段添加,先加碱聚合铝,再将铁溶液加入聚合铝溶液中,最后再加碱聚合铁,搅拌条件、加碱速度、熟化条件等和共聚法相同。碱化度为OH-的摩尔数与Al3+、Fe3+摩尔数之和的比值,以铁摩尔分数(Fe3+的摩尔数与Al3+、Fe3+摩尔数之和的比值)或铝铁比(摩尔比)来表示PAFC中铁加入量。
    1.2 PAFC的形态分布测定
PAFC的形态分布测定:采用(Al+Fe)-Ferron逐时络合比色法,测定方法见文献[4]。实验中把在1 min内与Ferron发生反应的部分划分为自由离子、单体及低聚羟基物,其质量分数用Ma表示;把在120 min内与Ferron发生反应的部分划分为中等聚合物,其质量分数用Mb表示;把在120 min内不与Ferron发生反应的部分划分为高聚物及溶胶,其质量分数用Mc表示。一般认为Ma、Mb是混凝过程中的活性成分,其中Mb的絮凝能力最强;Mc反映混凝剂的稳定性,Mc高,稳定性差。
    1.3 实验用水
用铜绿微囊藻模拟实际富营养化源水的藻类生物,用高岭土微粒模拟浊度物质,用BG11培养基培养纯铜绿微囊藻。正式配水前,取一定量自来水,曝气24 h,以消除配水时水中余氯对藻细胞活性的影响。取对数期生长的藻液,按一定比例稀释到曝气后的自来水中。将所购的高岭土(<400目)按一定浓度稀释到水中,沉降2 h后,去除沉降物,将稀释液用自来水再进一步稀释,以模拟实际富营养化源水的浊度物质。高岭土配水水样浊度为30 NTU左右,pH为7.7;铜绿微囊藻稀释液的叶绿素a为220~280μg/L,pH为8.6。用上述两种水样进行实验,以考察聚合氯化铝铁PAFC对浊度和藻细胞去除率的影响。
    1.4 混凝实验
混凝实验在JJ-4六联电动搅拌器上进行,取水样于0.5 L烧杯中,投加PAFC,先快速搅拌(200 r/min,1min),再慢速搅拌(60 r/min,10 min),停止搅拌后静置20 min,取上清液测定浊度和叶绿素a。PAFC剂量以每升水样添加的金属离子毫摩尔数计。
    1.5 测定方法
叶绿素a的测定方法见文献[5];浊度测定按IS0.7027—1984中规定进行;混凝沉淀上清液经0.45μm的滤膜过滤后,用铬天青法测定滤液中残铝浓度[6]。
PAFC形态分布的影响因素研究碱化度对形态分布的影响。铝铁比为9∶1和8∶2时,碱化度(B)对PAFC形态分布的影响如图1所示。由图1可知,铝铁比虽然不同,但形态分布随碱化度变化的规律相似。在铝铁比一定时,随着碱化度升高,单体铝结合羟基的机会增加,聚合物形成能力增加,所以Ma降低,Mb和Mc升高。进行线性回归,得到碱化度在0.8~2.0时的回归方程。在Al/Fe=9∶1时:Ma=-46.274110.62,R2=0.983 6;Mb=37.323B-11.094,R2=0.996 5。在Al/Fe=8∶2时:Ma=-38.047B+108.14,R2=0.998 9;Mb=35.305B-23.322,R2=0.9930。表明Ma、Mb与碱化度具有良好的线性相关性。按照Mc=1-Ma-Mb,在铝铁比为9∶1和8∶2时,Mc与碱化度的关系分别为Mc=0.474+8.951B和Mc=15.182+2.742B。因此,碱化度在0.8~2.0内,PAFC的形态分布(Ma、Mb、Mc)与碱化度具有良好的相关性。

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