一種基于廢酸處理的聚硫氯化鋁凈水劑
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作者：張毅
目前常用的凈水劑有聚合氯化鋁、聚合氯化鋁鐵、聚硫氯化鋁、聚丙烯酰胺、辣木天然凈水劑、微生物絮凝劑、高分子絮凝劑等。聚硫氯化鋁（簡稱PACS）凈水劑是一種具有廣闊發(fā)展前景的無機(jī)高分子高效水處理劑，在自來水和廢水處理中已得到了廣泛的應(yīng)用。因其凈水混凝性能好，絮凝體大，用量少，效率高，沉降快，適用范圍廣，成為國際上公認(rèn)的優(yōu)良凈水劑。筆者對(duì)賀州某公司需要處理的廢酸成分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其中含有制備聚硫氯化鋁所需的Al3+、Cl-、SO42-等成分，因此，通過工藝設(shè)計(jì)，以廢酸液為主要原料，采用凝膠酸溶法合成PACS凈水劑，考察了PACS凈水劑合成的影響因素，并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行形貌分析和性能檢測。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1試劑與儀器
主要試劑：廢酸，由賀州桂東電子責(zé)任有限公司提供；氨水、鹽酸、硝酸銀、氟化鉀、EDTA、氫氧化鈉均為分析純。
主要儀器：Hitachi S-4800掃描電鏡；WGZ -1B濁度計(jì)；JB -3A恒溫定時(shí)磁力攪拌器；AR224CN電子天平。
1.2 實(shí)驗(yàn)過程
取廢酸100 m L于燒杯中，加入4 mol/L氨水調(diào)節(jié)pH，形成氫氧化鋁凝膠，抽濾，轉(zhuǎn)入三頸瓶中，加入50 m L廢酸，磁力攪拌，在一定的溫度反應(yīng)一段時(shí)間，進(jìn)行熟化，冷卻重結(jié)晶，抽濾，烘干，得PACS凈水劑。
將一定量的PACS凈水劑加入到實(shí)驗(yàn)室用硅藻土配制的廢水中，磁力攪拌，靜置一段時(shí)間，測定原廢水濁度和余濁度，計(jì)算去除率。
1.3分析方法
利用PACS凈水劑將廢水中的膠體、懸浮微粒通過凈水劑的電荷中和作用使其脫穩(wěn)形成細(xì)小的絮體沉降，使廢水外觀呈現(xiàn)清澈透明狀。通過去除率對(duì)廢水凈化指標(biāo)進(jìn)行表征，去除率越高，廢水凈化效果越好，越能達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。去除率的計(jì)算公式：
去除率=[（原廢水濁度-余濁度）／原廢水濁度]×100%
2結(jié)果與討論
2.1廢酸成分分析
利用化學(xué)分析方法對(duì)實(shí)驗(yàn)用廢酸進(jìn)行成分濃度測定，結(jié)果如表1所示。
由表1可知，廢酸中含有合成聚硫氯化鋁的Al3、Cl-、SO42-，因此，可以廢酸為原料，通過工藝設(shè)計(jì)探究合成聚硫氯化鋁凈水劑的最優(yōu)工藝條件。
2.2凝膠pH對(duì)凈水效果的影響
在反應(yīng)溫度為900C，反應(yīng)時(shí)間為4h，熟化溫度為60℃，熟化時(shí)間為6h，PACS投入量為40 mg/L，靜置時(shí)間為0.5 h時(shí)，凝膠pH對(duì)凈水效果的影響如圖1所示。
由圖1可以看出，隨著pH的升高，聚硫氯化鋁對(duì)廢水的去除率先呈逐漸增大的趨勢，當(dāng)凝膠pH=7時(shí)達(dá)到最大值，pH繼續(xù)升高，而凈水能力反而降低。通過控制凝膠pH控制PACS中Al3+和OH的濃度，Al3+和OH -的濃度直接影響著凈水效果。OH -在聚合反應(yīng)過程中通過架橋作用與Al3+進(jìn)行聚合形成高聚合度的氫氧化鋁，在凈水過程中，Al3+通過水解作用生成具有吸附能力的Al( OH)3膠體，膠體具有絮凝特性，對(duì)廢水中的雜質(zhì)起到吸附絮凝作用，使絮凝體長大并在重力作用下迅速沉降下來，從而達(dá)到水體的凈化。因此，選擇最適宜pH為7。
2.3反應(yīng)溫度對(duì)凈水效果的影響
在反應(yīng)時(shí)間為4h，熟化溫度為60℃，熟化時(shí)間為6h，PACS投入量為40 mg/L，靜置時(shí)間為0.5 h時(shí)，反應(yīng)溫度對(duì)凈水效果的影響如圖2所示。
由圖2可以看出，隨著反應(yīng)溫度的升高，PACS對(duì)廢水濁度去除率逐漸增大，當(dāng)反應(yīng)溫度達(dá)到900C時(shí)達(dá)到最大值，溫度繼續(xù)升高去除率反而下降。反應(yīng)溫度會(huì)對(duì)聚合過程產(chǎn)生影響，從而對(duì)凈水劑的濁度去除率產(chǎn)生影響，反應(yīng)溫度過低，化學(xué)反應(yīng)速率較慢，PACS的形成過程中配位鍵形成受阻，聚合度不高則廢水去除率不高。反應(yīng)溫度過高，化學(xué)反應(yīng)速率過快，聚合反應(yīng)過程所形成的配位鍵會(huì)迅速斷裂而導(dǎo)致凈水劑的凈水效果有所下降。所以最佳反應(yīng)溫度為90℃。
2.4反應(yīng)時(shí)間對(duì)凈水效果的影響
在反應(yīng)溫度為90C，熟化溫度為60℃，熟化時(shí)間為6h，PACS投入量為40 mg/L，靜置時(shí)間為0.5 h時(shí)，反應(yīng)時(shí)間對(duì)凈水效果的影響如圖3所示。
由圖3可以看出，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為2h時(shí)，PACS的凈水去除率最高，反應(yīng)時(shí)間大于2h后，PACS的凈水去除率反而有所下降，此反應(yīng)可以在較短時(shí)間內(nèi)完成。這是因?yàn)闀r(shí)間過長，反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一系列各種形態(tài)不一的聚合物，有些形態(tài)的聚合物凈水效果不佳。因此，選擇最佳反應(yīng)時(shí)間為2h。
2.5熟化時(shí)間對(duì)凈水效果的影響
在反應(yīng)溫度為90℃，反應(yīng)時(shí)間為4h，熟化溫度為60℃，PACS投入量為40 mg/L，靜置時(shí)間為0.5 h時(shí)，熟化時(shí)間對(duì)凈水效果的影響如圖4所示。
由圖4可以看出，熟化時(shí)間對(duì)PACS凈水效果的影響是：熟化時(shí)間從3h到6h，去除率急劇提高，熟化時(shí)間大于6h后，去除率有緩慢下降的趨勢。這是因?yàn)镻ACS在6h內(nèi)可完成熟化聚合反應(yīng)，此時(shí)，PACS中的Al3+、OH -、C l-、SO42 -能形成一定聚合度的高聚物并表現(xiàn)出優(yōu)異的凈水性能。因此，最佳的熟化時(shí)間選擇為6h。
2.6熟化溫度對(duì)凈水效果的影響
在反應(yīng)溫度為900C，反應(yīng)時(shí)間為4h，熟化時(shí)間為6h，PACS投入量為40 mg/L，靜置時(shí)間為0.5 h時(shí)，熟化溫度對(duì)凈水效果的影響如圖5所示。
由圖5可以看出，隨著熟化溫度的升高，PACS凈水去除率先升高后降低，當(dāng)熟化溫度為60℃時(shí)，去除率達(dá)到最大值。這是因?yàn)槭旎且粋�(gè)緩慢且溫和的聚合過程，溫度不宜過高，應(yīng)在一定的溫度下維持反應(yīng)的持續(xù)進(jìn)行。因此，PACS的最佳熟化溫度選擇為60℃。
2.7形貌分析
最優(yōu)條件下合成的PACS的SEM圖如圖6所示。從圖6可看出，PACS呈五面體形，粒徑大約在10 μm內(nèi)，每面晶形發(fā)育比較完全，表面仍有少量末發(fā)育的球形小顆粒，粒徑大約為1μm。由此可知，PACS的長大經(jīng)歷從球形到五面體形的過程。
2.8性能檢測
將40 mg用廢酸合成的PACS凈水劑加入到實(shí)驗(yàn)室用硅藻土配制的1L廢水中，磁力攪拌5 min，靜置0.5 h，添加PACS凈化劑后，廢水中的廢棄物基本上全部沉降下來，濁度去除率可達(dá)96. 85%，并且PACS凈水具有絮凝迅速，礬花體積大，易沉降的特點(diǎn)。
3結(jié)論
(1)以廢酸為原料合成PACS凈水劑的最優(yōu)工藝條件：凝膠pH為7，反應(yīng)時(shí)間為2h，反應(yīng)溫度為900C，熟化時(shí)間為6h，熟化溫度為60℃。
(2)在PACS凈水劑投藥量為40 mg/L，靜置時(shí)間為0.5 h，對(duì)模擬廢水的濁度去除率可達(dá)
96. 85%。PACS呈五面體形，凈水劑具有絮凝迅速，礬花體積大，易沉降的特點(diǎn)。
4摘要：以工業(yè)廢酸為主要原料，采用凝膠酸溶法合成聚硫氯化鋁凈水劑，并對(duì)實(shí)驗(yàn)室配制的模擬廢水進(jìn)行凈水效果試驗(yàn)。結(jié)果表明，當(dāng)凝膠pH為7，反應(yīng)時(shí)間為2h，反應(yīng)溫度為900C，熟化時(shí)間為6h，熟化溫度為600C時(shí)，凈水效果最優(yōu)。在此工藝條件下，合成的聚硫氯化鋁呈五面體形，對(duì)廢水濁度去除率可達(dá)到96. 85%，凈水具有絮凝迅速，礬花體積大，易沉降的特點(diǎn)。聚硫氯化鋁凈水劑的合成可解決企業(yè)廢酸處理的問題。
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