聚硅酸硫酸铝制备及印染废水处理应用

在非高剪切力条件下，将硫酸铝引入到聚合硅酸中合成了新型聚硅酸硫酸铝(PASS)絮凝剂。研究了PASS的合成工艺，优化了工艺参数；进行了PASS印染废水的絮凝性能试验，并与其他无机高分子絮凝剂作了对比。结果表明，较优的PASS合成条件为：SiO2的质量分数为2.5%；pH=1.5-2.0；n(A1)：n(si)：l：4；PASS对印染废水的CODrJ去除率和除浊率均可达9o%以上。PASS具有沉降速度快、絮体少、絮团紧密、脱水性能良好、COD。去除率和除浊率高等优点。 聚硅酸硫酸铝(PolynucleateAluminumHydroxySilicate—Sulphate，PASS)属于一种碱式多核羟基硅硫酸铝复合物，是具有网状结构的无机高分子絮凝剂，故在水处理中具有良好的吸附架桥和沉淀网捕功能。由于该类絮凝剂同时具有电中和及吸附架桥作用，絮凝效果好、价格便宜、处理后水中的残铝量低等，因此自1989年由加拿大的Handy公司宣布研制成功以来，引起了水处理界的极大关注，成了无机絮凝剂研究的一个热点[1-3]，目前在国际上正日益推广使用。 目前制备PASS方法主要有3条途径：以矿石、矿物渣料等为原料进行制备，将铝盐引入到聚硅酸溶液中合成PASS，硅酸及铝盐的碱金属盐与硫酸铝等原料在高剪切条件下制备。本研究在非高剪切力的条件下，将硫酸铝引入到聚合硅酸中，使其充分聚合生成PASS。探讨了制备PASS的最佳工艺参数，并与其他絮凝剂在处理印染废水时进行了絮凝效果比较。 1实验部分 1.1仪器与试剂 硫酸铝、硅酸钠(工业水玻璃)、铝酸钠、磷酸、硫酸和氢氧化钠，均为AR级试剂；聚合氯化铝(PAC)，聚合硫酸铁(PFS)，A12(S04)，，均为市售絮凝剂。 D25—1型搅拌器，PHS一3C型精密pH计，751一GW型分光光度计，HACH2100P便携式浊度仪。 1.2聚合活性硅酸的合成 称取一定量的硅酸钠并加水快速搅拌，直至溶液出现淡蓝色并显胶状，用稀磷酸调节pH值，硅酸钠在酸性条件下，水解聚合反应，可得到聚合硅酸。 1.3聚硅酸硫酸铝的合成 强烈搅拌下将一定量的硫酸铝溶液缓慢倒入三口烧瓶中，与活性硅酸溶液充分混合。水浴加热，充分反应，用稀磷酸调节pH值至1.5左右，溶液显无色透明胶状液体，降至室温，静置、熟化24h，得到产品。 1.4絮凝性能测试 取某印染厂废水水样30omL，在400r/min下搅拌5min，250r/min下搅拌1min，同时缓慢加入絮凝剂0.5mL；加毕在50r/min下搅拌3min，然后静置5min；取液面下约2cm处溶液测其CODcr及除浊率嘲。 2结果与讨论 2.1SiO2含量的影响 聚合硅酸的生成是原硅酸分子在水溶液中脱水缩聚，通过原硅酸分子上的羟基氧链接而成。溶液中SiO2的质量分数较大，溶液中初始的HSi042一或H，Si04-含量较高，在其他条件一定的情况下，硅酸聚合的速度较快，反之凝胶时间较长。同时，SiO2的质量分数对产品的稳定性和絮凝性能影响也较大。 由表1可以看出，当SiO2的质量分数在2.5%时，PASS的稳定时间最长，絮凝效果最好，CODcr去除率和除浊率均能达到90%以上。 2.2pH值的影响 聚硅酸的等电点位于pH值1.5～2.0翻，如果聚硅酸在等电点以上，则带负电荷，与带正电荷的铝盐聚合时将发生电荷中和，导致沉淀或凝胶。 由表2可以看出，PASS的絮凝效果随pH值的增加先增大后减小，当pH值在1.0～2.0时，PASS的絮凝效果最好。 2.3n(A1)-n(Si)的影响 SiO2的含量直接影响PASS的稳定性，试验固定SiO2的质量分数为2.5%，而改变Al含量，得到不同n(A1)：n(Si)的PASS系列产品，在室温下静置并观测其胶凝时间，结果如表3所示。 由表3可以看出，n(A1)：n(Si)为0.25～1.0时，产品有较好的稳定性。当n(A1)：n(Si)为0.25时，PASS保存时间最长，可达60d以上。 由对比实验数据可以看出，在条件相同的情况下，PASS和其他类型絮凝剂相比，具有沉降速度快、絮体少、絮团紧密、脱水性能良好等优点，其CODQ去除率和除浊率明显好于其他几种絮凝剂。 3结论 在非高剪切力条件下，将硫酸铝引入到聚合硅酸中聚合成PASS的工艺合理可行，较佳工艺参数为：SiO2的质量分数为2.5%，pH值1.0-2.0，n(A1)：n(Si)=1：4。 PASS对印染废水的COD0去除率和除浊率均可达90%以上。与市售其他无机高分子絮凝剂对印染废水的絮凝能力比较，PASS优点显著。