三氯化鐵和硫酸鋁水處理絮凝劑的絮凝效果解析

　　隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展,大量生產(chǎn)性和生活性污水排放量劇增,如不加以處理直接排放,將引發(fā)一系列的環(huán)境問(wèn)題，污水處理領(lǐng)域中的治理方法很多,主要有生化法、絮凝沉降法、吸附法、電滲析法、離子交換法和化學(xué)氧化法等,其中絮凝沉降法是應(yīng)用廣、成本低的常用處理方法,而高效能的絮凝劑沉降處理過(guò)程關(guān)鍵在于恰當(dāng)?shù)剡x擇和投加性能優(yōu)良的水處理絮凝劑,因此,了解和比較各類凈水絮凝劑的絮凝特征、相適應(yīng)的水質(zhì)條件以及絮凝過(guò)程中攪拌強(qiáng)度是非常重要的.結(jié)合一系列試驗(yàn),綜合分析聚合氯化鋁、三氯化鐵和硫酸鋁3種常用的絮凝劑的絮凝特性,并對(duì)水中TOC去除效果進(jìn)行對(duì)比.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑 

1.1.1 儀器

　　濁度儀;pH值測(cè)定儀;3型N電位儀(包括電泳槽、顯微測(cè)速裝置、時(shí)間跟蹤器和中央數(shù)據(jù)處理顯示器);COD測(cè)定儀;DC-506型六聯(lián)漿拌式攪拌機(jī).

1.1.2 試劑

　　三氯化鐵;聚合氯化鋁;硫酸鋁;鹽酸(AR級(jí)):;氫氧化鈉(AR級(jí)):

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

(1)、濁度水配制:配濁試驗(yàn)用水取自當(dāng)?shù)厮畮?kù),配濁粘土取自水庫(kù)上游,取回的粘土和水充分混合,靜置2h后,取上層懸浮液,濁度為10NTU.

(2)、在DC-506型六聯(lián)漿拌式攪拌機(jī)上進(jìn)行攪拌(該機(jī)能夠一次設(shè)定9種不同轉(zhuǎn)速,絮凝過(guò)程自動(dòng)完成,具有參數(shù)記憶、計(jì)算、顯示功能,如水溫、轉(zhuǎn)速及相應(yīng)的水力梯度G值的計(jì)算),每次可同時(shí)做6個(gè)水樣,每個(gè)水樣水量1000mL,并用1mol/L的HCl溶液和1mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)溶液pH值至預(yù)定值.在快速攪拌狀態(tài)下(120~180r/min)投加絮凝劑,攪拌1min后立即取樣,在電泳儀上測(cè)定N電位和電泳遷移率EM值,然后繼續(xù)慢速(40~90r/min)攪拌20min后停止,沉淀20min,用濁度儀測(cè)上清液的剩余濁度RT.

2、 結(jié)果與討論

2.1 、絮凝劑的投加量對(duì)絮凝效果的影響

　　從圖1、圖2中可知,對(duì)一定濁度的水質(zhì),PAC、三氯化鐵和硫酸鋁3種絮凝劑都存在最佳投加量.在配水濁度為10NTU、pH值為8.16、水溫為19.5e條件下,聚合氯化鋁(PAC)、三氯化鐵和硫酸鋁最佳投加量(剩余濁度為0.5NTU以下)分別為2mg/L(以Al2O3計(jì))、8mg/L(以FeCl3計(jì))和2mg/L(以Al2O3計(jì)).

2.2、 pH值對(duì)絮凝效果的影響

　　同一種絮凝劑在不同pH條件下,絮凝效果不一樣.這主要取決于絮凝劑水解生成物在不同pH條件下的形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律.硫酸鋁最佳絮凝區(qū)原水pH范圍為6~8,PAC最佳絮凝區(qū)原水pH范圍為4~10,三氯化鐵最佳絮凝區(qū)原水pH范圍為5~10.PAC和三氯化鐵適應(yīng)pH范圍基本相同,都比硫酸鋁適應(yīng)pH范圍寬.從絮凝效果可見(jiàn),pH>7時(shí)PAC優(yōu)于三氯化鐵.

絮凝劑投加量:三氯化鐵8mg/L(以FeCl₃計(jì));PAC 2mg/L(以Al₂O₃計(jì));硫酸鋁2mg/L(以Al₂O₃計(jì))

2.3 絮凝劑絮凝除濁作用及電泳特征

絮凝劑投放在不同的pH原水中所表現(xiàn)的形態(tài)多種多樣,通過(guò)控制絮凝反應(yīng)條件,可以控制絮凝劑在水中的形態(tài),進(jìn)而探討絮凝劑形態(tài)對(duì)絮凝效果的影響.

2.3.1 三氯化鐵絮凝除濁作用及電泳特征

圖4為向濁度10NTU的原水中投加8mg/L的三氯化鐵后凝聚微粒的F值和上清液剩余濁度在不同pH的條件下的變化情況.在pH值為3時(shí),F值為-16mV,上清液剩余濁度為5.7NTU,沒(méi)有良好的絮凝效果;在pH接近5時(shí),F值變?yōu)檎?/span>;當(dāng)pH值為6左右時(shí),F值為正值最大;隨著pH的繼續(xù)增大F值由正值變?yōu)樨?fù)值,并且越來(lái)越大,但仍具有較好的絮凝效果.

配水濁度為10NTU,水溫為20.5e,

三氯化鐵投加量為8mg/L

從上清液剩余濁度來(lái)看,pH為5~10時(shí)剩余濁度小于1NTU,受pH影響不大.當(dāng)pH<4時(shí)凝聚決定于雙電層壓縮,主要是Fe3+和少量高電荷低聚合度物質(zhì)對(duì)膠體顆粒的吸附脫穩(wěn).當(dāng)pH=4~6時(shí)主要是正電荷聚合體對(duì)膠體顆粒吸附脫穩(wěn)作用,此時(shí)的水解產(chǎn)物對(duì)膠體顆粒的吸附脫穩(wěn)比Fe3+陽(yáng)離子更有效,發(fā)揮作用的化合物是高電荷低聚合體和低電荷高聚合體.當(dāng)pH>6時(shí)主要是鐵鹽水解生成Fe(OH)3沉淀物對(duì)膠體顆粒卷掃絮凝.

2.3.2 PAC絮凝除濁作用及電泳特征

圖5為向濁度為10NTU的原水中投加2mg/L的PAC后凝聚微粒的F值和上清液剩余濁度在不同pH的條件下的變化情況.當(dāng)pH為4~6時(shí)F值比較穩(wěn)定,平均F值為-9.5mV,上清液剩余濁度為0.7~1NTU.pH上升到7時(shí)F值繼續(xù)減小,pH為7~10時(shí)F值又出現(xiàn)穩(wěn)定,平均F值為-6.25mV,上清液剩余濁度為0.5NTU以下.pH為10以上時(shí)F值開(kāi)始升高.當(dāng)pH在4~10范圍,上清液剩余濁度小于1NTU,F值變化不大,產(chǎn)生良好絮凝的F值范圍為?6mV.PAC不論是在pH高區(qū)、pH低區(qū)或pH中區(qū)都能較好地發(fā)揮壓縮雙電層、電中和吸附脫穩(wěn)、凝聚絮凝的效能,這表明了PAC穩(wěn)定性好,形態(tài)較為穩(wěn)定,可以適應(yīng)于更廣pH范圍內(nèi)的水質(zhì)凈化.

還可發(fā)現(xiàn),F值在pH=4~10范圍內(nèi)并沒(méi)有出現(xiàn)等電態(tài),這主要由于投藥量少,沒(méi)有完全降低F電位.絮凝效果很好,是由于絮凝劑在水中發(fā)揮電性中和和壓縮雙電層的作用,并且由于粒子數(shù)目增多,碰撞次數(shù)增多,相對(duì)降低了對(duì)脫穩(wěn)的要求.

2.3.3 硫酸鋁絮凝除濁作用及電泳特征

　　向濁度為10NTU的原水中投加2mg/L硫酸鋁后,凝聚微粒的F值和上清液剩余濁度在不同pH條件下的變化情況.可見(jiàn)凝聚微粒的F值隨pH的增大而減小,當(dāng)pH<5時(shí)F值均為較高負(fù)值,所以不能產(chǎn)生凝聚.當(dāng)pH=5.5時(shí)F值為-10mV,開(kāi)始凝聚,pH為6左右時(shí)F值為-5.12mV,具有良好凝聚效果,此時(shí)發(fā)揮絮凝作用主要為高電荷低聚合度的電中和脫穩(wěn)作用.在pH值7附近,F值上升為-10mV,發(fā)揮絮凝作用的鋁幾乎全是中性不溶解性的[Al(OH)3]]大型聚合體或低電荷高聚合度的物質(zhì),這時(shí)粘土粒子和鋁聚合體之間幾乎失去電排斥力,主要依靠OH-

離子的架橋,使粘土粒子和[Al(OH)3]]粘結(jié)生成大的絮凝體,產(chǎn)生良好的絮凝沉淀效果.隨pH的繼續(xù)增大,F值增大,當(dāng)pH值超過(guò)8.5以后,絮凝效果降低,此時(shí)發(fā)揮絮凝效果的主要成分為負(fù)電荷鋁離子,這些陰離子成為Al(ó)的主要形態(tài),架橋聚合態(tài)鋁離子也不足,濁度去除率也顯著降低.

從剩余濁度來(lái)看,當(dāng)pH為6時(shí)上清液剩余濁度最低為0.5NTU以下.當(dāng)pH<5.5或pH>8.5時(shí)基本上無(wú)絮凝效果,在5.5或pH>8.5時(shí)基本上無(wú)絮凝效果,在5.5<pH<8.5時(shí)為最佳除濁區(qū)段,這主要是由于鋁礬水解生成的帶電荷的聚合物質(zhì)或氫氧化鋁凝膠物對(duì)脫穩(wěn)微粒產(chǎn)生粘結(jié)架橋絮凝和卷掃沉淀作用所致.配水濁度為10NTU,水溫為20.5e　硫酸鋁投加量2mg/L

2.3.4 幾種絮凝劑對(duì)水中TOC去除效果的對(duì)比影響

　　TOC去除率絮凝效果的因素有絮凝劑品種、絮凝劑投加量、混合水力條件、原水水質(zhì)變化以及藥劑投加方式等.圖7示出3種絮凝劑對(duì)水中TOC去除效果的對(duì)比.從圖7中可知:同一種原水,不同絮凝劑對(duì)水中的TOC去除效果不同,在同樣加藥量的情況下聚合,氯化鋁好于硫酸鋁和三氯化鐵,同時(shí)也發(fā)現(xiàn)過(guò)量加入同等劑量的混凝劑,聚合氯化鋁對(duì)水中TOC的去除效果也明顯好于其他兩種混凝劑,并且隨著混凝劑投加量的增加,TOC去除率明顯增大,當(dāng)聚合氯化鋁投加量為42mg/L(Al2O35mg/L)時(shí),TOC去除率達(dá)到99%以上.

3 、結(jié) 論

(1)、對(duì)一定濁度的水質(zhì),PAC、三氯化鐵和硫酸鋁3種絮凝劑都存在最佳投加量,分別為2mg/L(以Al2O3計(jì))、8mg/L(以FeCl3計(jì))和2mg/L(以Al2O3計(jì)).

(2)、同一種絮凝劑在不同pH條件下,絮凝效果不一樣.PAC和三氯化鐵適應(yīng)pH范圍基本相同,都比硫酸鋁范圍寬.從絮凝效果可見(jiàn),pH>7時(shí)，三氯化鐵優(yōu)于PAC.

(3)、絮凝劑投放在不同的pH水中所表現(xiàn)的形態(tài)對(duì)絮凝效果會(huì)產(chǎn)生影響.

(4)、總體來(lái)看,三氯化鐵對(duì)濁度去除率最好,PAC次之,硫酸鋁最差.