聚合氯化铁的制备及其混凝性能
化
2010年第30卷第1期
ENVIRONMENTAL
工
环保
CHEMICALINDUSTRY
.89.
PROTECTIONOF
聚合氯化铁的制备及其混凝性能
方应森1,韩瑞瑞2,孙根行3
(1.嘉兴学院生物与化学工程学院,浙江嘉兴314001;2.嘉兴市求是环境工程咨询有限公司,浙江嘉善314100;
3.陕西科技大学资源与环境学院,陕西西安710021)
[摘要]以钢管厂盐酸酸洗废液为原料制备聚合氯化铁(PFC)。实验结果表明,当n(Fe)为2.5moVL、碱化度为1.0、反应温度为35oC、PFC加入量为100mg/L时,对高岭土模拟水样的浊度去除率为93.O%,色度为4倍。采用纳米激光粒度仪测得PFC在稀溶液中的粒径呈正态分布,表明其为非聚集形态。当混凝剂加人量为75mg/L时,与聚合氯化铝、聚合硫酸铁、三氯化铁相比,PFC的处理效果最好,对高岭土模拟水样的浊度去除率为80.2%。皮革涂饰废水实验表明,PFC加入量为500me/L时,废水COD去除率为79.6%,色度去除率为92.4%,SS去除率为
94.5%。
[关键词]聚合氯化铁;混凝剂;混凝性能;废水处理[中图分类号]X757
[文献标识码]A
[文章编号]1006—1878(2010)01—0089—04
PreparationofPolymericFerricChlorideandItsCoagulationCapability
FangYingsen1,HanRuirui2,SunGenxin93
(1.CollegeofBiological
andChemicalEngineering
Engineering,JiaxingUniversity,JiaxingConsultingLimitedCompany,Jiashan
Zhejiang314001,China;
2.QiushiEnvironmental
3.College
ofResource
Zhejiang314100,China;
Shaanxi
andEnvironment,ShaaaxiUniversityofSoenceandTechnology,Xi’an
710021,China)
Abstract:Polymericferricchloride(PFC)waspreparedfromtheHClpicklingeffluentin
a
steelpipe
plant.Theexperimentalresultsshowt11atwhenn(Fe)iS2.5moVL,thebasicityiS1.0。thereactiontemperatureis35℃andthePFCdosageiSl00mg/L.theturbidityremoval
rate
ofthesimulated
watersamplewithkaoliniS93.0%.andthechromaofthetreatedwatersampleiS4.Bymeansoflaserparticle
sizeranalysette.the
size
of
particles
a
inthePFCdilutesolutionshows
a
normal
distribution.whichindicatesthattheparticlesarein
non—aggregatedform.PFCwascomparedwith
polyaluminumcMoride(PAC),polymerizationferricsulfate(PFS)andferricchloride(FC).When
thedosageofcoagulantis75mg/L.PFChasthebesteffectwith80.2%ofturbidityremovalrateofthesimulatedwater
sample
withkaolin.Theresultsof
rates
experiment
on
treatmentoftanningfinishing
94.5%
effluentindicatethattheremovalofCOD,chromaandSSare79.6%,92.4%,and
respectivelywith500me,/LofPF℃dosage.
Keywords:polymericferricchloride;coagulant;coagulationcapability;wastewatertreatment
在我国,无机高分子聚合铁类混凝剂的研究涉及方方面面[1’7J。目前普遍认为无机高分子聚合铁类混凝剂中的Fe“的水解聚合能力很强。采用红外光谱、核磁共振表征Fe3+水合离子结构却不甚明确,而制备方法因原料和研究目的不同各有差异。对于混凝剂的混凝性能研究涉及到产品中金属离子浓度、盐基度、分子形态等影响因素,而与混凝性能密切相关的混凝剂分子的大小、尤其是所带电荷
对混凝性能影响的研究罕见报道。虽然这方面的研究历经多年,但由于Fe3+水解聚合性能的复杂性和差异性致使许多问题依然不是很清楚。因此,混
[收稿日期]2009一cr7—25;[修订日期]2009—08~24。[作者简介]方应森(1980一),男,河南省信阳市人,硕士,助理教师,主要从事水污染控制及资源化技术的研究。电话13736817108,电邮yingsenfang@163.toni。
万方数据
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工环保
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凝剂产品的混凝性能参差不齐,在很大程度上成为
本工作以钢管厂盐酸酸洗废液(简称废液)为原料,通过氧化、水解和聚合作用制备了无机高分子混凝剂聚合氯化铁(PFC),确定了最佳的PFC制备条件;通过高岭土模拟水样实验对不同混凝剂的混凝性能进行了对比,并考察了PFC对皮革涂饰废
l
实验部分
电二极管检测器,量子效率(Q.E)>50%,折叠式毛细管样品池,英国马尔文仪器有限公司;JJ一4型
在酸性溶液中,Fe2+被氯酸钠氧化成Fe3+,然后成单体配离子[Fe(OH):]+。[Fe(OH):]+可发生共聚合反应形成高分子聚合物。反应过程见式
/跹Fe(OH)j+一[\夺H箨眨玎
一I>F<兰≥《三≥《曼≥眨要I
H
吾吕
具体合成机理可做如下解释:由于Fe3+具有较大的离子势[8】,呈现出极强的水解性,[Fe(OH):]+
[Fe(OH):]+聚合的能力较差。制备时若提前加入氢氧化钠,则可能会使[Fe(OH):]+进一步反应生化钠在氯酸钠之后加,[Fe(OH):]+之间发生共聚
万方数据
1.2.2
PFC的制备条件
取一定量废液加入足量钢屑和适量活性炭,充rr、I,一]
L
re
J
滴加完毕补充水到一定体积(根据初始废液用量每
100
mL补加10—15mL水),继续反应0.5h,最后
陈化3-4d,得到PFC。1.3混凝性能测试方法
在自制的方形杯(10
cm×10cm×20
cm)中加
入高岭土模拟水样(浊度为125NTU,pH为7.2)
1000
IIlL,在160r/min的搅拌转速下加入混凝剂,反应1min后,以50~80r/rain的搅拌转速慢速搅拌lOrain,静置20mill后,于液面下5cm处取水样
测定水质指标。
在混凝剂加入量相同的情况下,比较PFC与混凝剂聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、三氯化铁(FC)对高岭土模拟水样的处理效果。1.4皮革涂饰废水混凝实验
按照GB/T16881--2008(水的混凝、沉淀试杯试验方法》,考察PFC对皮革涂饰废水的处理效果。PFC一次性混凝,优化后的加入量为500
mg/L。
PAC、聚丙烯酰胺(PAM)复合两段混凝:第1次混
凝PAC和PAM加入量分别为1300,8
mg/L;第2
次混凝PAC和PAM加入量分别为160,7mg/L。
1.5分析方法
SS采用重量法测定一1;COD采用重铬酸钾法测定一1;浊度采用分光光度法测定一o;色度采用标准比色法(目视比色法)测定【9J。PFC粒径与Zeta电位采用纳米激光粒度仪测定:PFC配制成质量浓度为0.5%的溶液,温度25℃,激光光源4mW
He—Ne激光器、波长为633rim;PFC其他理化指标参照GBl4591--2006(水处理剂聚合硫酸铁》中的方法进行测定。2
结果与讨论
2.1
PFC制备条件和最佳加入量的确定
在单因素实验结果的基础上,采用L。。(45)正交
实验表进行实验,以高岭土模拟水样的浊度去除率为考察指标,确定最优工艺条件。正交实验因素水平见表1,正交实验结果见表2。由表2可见,影响因素的大小顺序为:A>B>D>C。最优工艺为A4B:c2D4,即最优制备条件为:靠(Fe)为2。5mol/L,
第1期方应森等.聚合氯化铁的制备及其混凝性能
・91・
碱化度1.0,反应温度35oC,PFC加入量140
mg/L。
综合混凝效果和混凝剂PFC价格后确定的工艺条件为PFC金属离子浓度为2.5mol/L,碱化度1.0,反应温度35—40oC,PFC加人量100mg/L。在此条件下重复实验,高岭土模拟水样浊度去除率为93.O%,处理后水样色度为4倍。
表1正交实验因素水平
表2正交实验结果
万方数据
2.2
PFC的理化指标
PFC粒径分布和Zeta电位分布分别见图1和
图2。由图1和图2可见,混凝剂水溶液中PFC的粒径与Zeta电位均呈正态分布,说明PFC在稀溶液中为非聚集形态【10】,平均粒径大小为62.29胁,Zeta电位为32.51mV。经测定,密度为1.43
kg/m3,
w(Fe)为12.2%,W(Fe2+)为0.03%,盐基度为27.26%,质量分数1%溶液的pH为2.2,PFC的外观呈深棕色黏稠状。
图1PFC的粒径分布
图2
PFC的Zeta电位分布
2.3
PFC的混凝性能
不同种类混凝剂对高岭土模拟水样浊度的去
除率见图3。
图3不同种类混凝剂对高岭土模拟水样浊度的去除率
化
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工环保
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ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY
从图3可以看出,几种混凝剂的加入量均为
75
察PFC的pH适用范围。实验结果表明:pH在5.0—10.0时PFC混凝效果较好,比PAC的pH使用范围(6.5~9.5)更宽,且在7.5~8.0效果最好。
2.4.2
mg/L时(其中铁类混凝剂以P(Fe¨)计,PAC以
P(A13+)计),PFC,PAC,PFS,FC对高岭土模拟水样的浊度去除率分别为80.2%,76.7%,55.3%,75.3%,PFC对水样浊度的去除率高于PAC、PFS、FC。因此,PFC是一种较理想的混凝剂。
2.42.4.1
PFC对皮革涂饰废水的混凝处理
PFC对皮革涂饰废水的混凝处理效果见表3。由表3可见,当PFC加入量为500mg/L时,皮革涂饰废水的COD去除率为79.6%,色度去除率为92.4%,SS去除率为94.5%,处理效果优于PAC和PAM第1段的混凝处理效果,与第2段混凝处理效果相近。
PFC在皮革涂饰废水处理中的应用PFC适宜pH范围的确定
系列高岭土模拟水样用盐酸或氢氧化钠溶液
调pH至定值;固定PFC的加入量为100mg/L,考
表3
PFC对皮革涂饰废水的混凝处理效果
在废水处理过程中,PFC加入量少,絮体紧实、沉降速率快,操作工序简单。此外,两段混凝成本高(按PAC和PAM约为l2.85元;若采用PFC(按2
800,14
PAC和PAM复合两段混凝工艺。
参考文献
l赵春禄,马文林,刘振儒等.AI(Ⅲ)与Fe(Ⅲ)溶液共聚
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2周风山,王世虎,苏金柱等.多核无机高分子絮凝剂PMC
红外结构及其性能.精细化工,2003,20(10):615—
618,627
000形吨计),
每吨废水的药剂成本各需2.63,O.21元,总计约
000形吨计),每吨废水
的药剂成本为1.00元,具有绝对的价格优势。因此,PFC是处理皮革涂饰废水较为理想的混凝剂。3
结论
a)通过正交实验确定以钢铁盐酸酸洗废液为
3武书彬.造纸工业水污染控制与治理技术.北京:化学工
业出版社,2001.338
4许士洪,彭长琪,上官文峰.聚氯硫酸铝铁的制备及絮
凝性能研究.环境化学,2005,24(2):158—1615胡俊虎,刘喜元,李晓宏等.复合型絮凝剂聚合氯化铝
铁的合成及其应用.环境化学,2007,26(1)i
35~38
原料制备PFC的条件为n(Fe)2.51.0,反应温度35~400c,PFC加入量100mg/L,在此条件下重复实验,高岭土模拟水样的浊度去除率为93.0%,色度为4倍。
b)纳米激光粒度仪检测结果显示稀溶液中PFC的粒径呈正态分布,表明其为非聚集形态;平均粒径为62.29nln,Zeta电位为32.5l
mV。
7
6解立平,徐向荣,曾凡.聚合硫酸铁盐基度与絮凝性能
关系的研究.工业水处理,2001,21(1):26—28
WoilmannRG,HendricksonDN.Preparationandphysical
properties
ofoxidationproducts
ofOXO-bridgedbinuclear
c)当PFC,PAC,PFS,FC加入量为75mg/L时(其中铁类混凝剂以P(Fe3+)计,PAC以P(灿3+)计),PFC对高岭土模拟水样的混凝效果最佳,对高岭土模拟水样的浊度去除率为80.2%,是一种较理想的混凝剂。
d)在皮革涂饰废水处理中一次性投加500
mg/L
iron(iii)complexes.mixed—valence
complexes.Inorg
diiron(IU,Ⅳ)
Chem,1977,16(4):723-733
8温元凯。邵俊.离子极化导论.合肥:安徽教育出版社,
1985.94
9奚旦立,孙裕生,刘秀英.环境检测.北京:高等教育出
版社,2004.378—381,389
10孙根行,沈一丁,方应森等.氯化铝铁共聚物的合成、性
能与应用.中国皮革,2008,37(19):33~37
PFC,皮革涂饰废水的COD去除率79.6%,色度去除率为92.4%,SS去除率为94.5%;性价比优于
(编辑张艳霞)
万方数据
聚合氯化铁的制备及其混凝性能
作者:作者单位:
方应森, 韩瑞瑞, 孙根行, Fang Yingsen, Han Ruirui, Sun Genxing
方应森,Fang Yingsen(嘉兴学院,生物与化学工程学院,浙江,嘉兴,314001), 韩瑞瑞,HanRuirui(嘉兴市求是环境工程咨询有限公司,浙江,嘉善,314100), 孙根行,Sun Genxing(陕西科技大学,资源与环境学院,陕西,西安,710021)化工环保
ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY2010,30(1)1次
刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:
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聚合氯化铁的制备及其混凝性能
作者:
作者单位:方应森, 韩瑞瑞, 孙根行, Fang Yingsen, Han Ruirui, Sun Genxing方应森,Fang Yingsen(嘉兴学院,生物与化学工程学院,浙江,嘉兴,314001), 韩瑞瑞,Han
Ruirui(嘉兴市求是环境工程咨询有限公司,浙江,嘉善,314100), 孙根行,Sun Genxing(陕
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化工环保
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