申请日2015.06.18
公开(公告)日2015.10.28
IPC分类号C02F1/52
摘要
本发明涉及一种深度处理焦化废水的聚铁基絮凝剂制备的实验方法，具体操作步骤如下：1)通过正交实验法确定聚合硫酸铁的最佳制备条件;2)在聚合硫酸铁最佳条件的基础上，添加铝成分，通过混凝试验确定Fe与Al的最佳摩尔比;3)在聚合硫酸铁铝的基础上添加活化硅酸及阳性聚丙烯酰胺成分，通过混凝实验确定最佳铁铝比例;4)将聚硅硫酸铁铝应用于焦化废水的深度处理，确定絮凝剂的最佳工艺条件;本发明絮凝剂在pH为7，投加量为0.83mL/L条件下，对焦化废水水样的CODcr去除率可达50%，浊度去除率达95.96%，色度去除率达到50%。最佳絮凝剂配比的研发提高了混凝处理焦化废水效率，减少了后续处理单元的负荷。
摘要附图
权利要求书
1.一种深度处理焦化废水的聚铁基絮凝剂制备的实验方法，其特征在于，具体操作 步骤如下：
1)通过正交实验法确定聚合硫酸铁的最佳制备条件;
a、采用3因素3水平正交试验制备聚合硫酸铁，在烧杯中依次加入水、硫酸、硫酸 亚铁、氯酸钠，通过搅拌，氧化、水解、聚合反应约2h，得到红褐色透明液体;
b、取废水水样，实验制备的聚合硫酸铁絮凝剂添加到水样中做混凝实验;
c、比较实验结果;
d、得结论：硫酸的投加量为铁摩尔数的0.4倍;最佳合成温度为40～60℃;最佳氧 化剂量为与二价铁离子反应量理论值的1.1倍;
2)在聚合硫酸铁最佳条件的基础上，添加铝成分，通过混凝试验确定Fe与Al的最 佳摩尔比;
a、制备不同Fe、Al摩尔比的聚合硫酸铁铝，在制备聚合硫酸铁的条件基础上添加硫 酸铝，在烧杯中，依次加入硫酸亚铁、硫酸铝、水、硫酸以及氯酸钠，通入搅拌，氧化、 水解、聚合反应约2h，得到红褐色透明液体;
b、取废水水样，实验制备的聚合硫酸铁铝絮凝剂添加到水样中做混凝实验;
c、比较各组聚合硫酸铁铝絮凝剂对焦化废水色度、浊度、CODcr的影响;
d、考察聚合硫酸铁铝在不同酸度下产品的稳定性和性能指标;
e、得结论：最佳铁、铝摩尔比为8:2，稀释100倍后的pH在2.30～2.40之间，维持 此酸度需硫酸与铁离子摩尔比为0.35;
3)在聚合硫酸铁铝的基础上添加活化硅酸及阳性聚丙烯酰胺成分，通过混凝实验确 定最佳铁铝比例;
a、制备不同(Fe+Al)：Si摩尔比的聚硅硫酸铁铝，在制备聚合硫酸铁铝的条件基础 上添加硅酸钠，在聚合硫酸铝铁中加入一定量的活化硅酸及阳性聚丙烯酰胺，在50℃～60 ℃温度下，水浴搅拌2h，最后得到改性的红褐色液体聚硅硫酸铝铁;
b、取废水水样，实验制备的聚硅硫酸铁铝絮凝剂添加到水样中做混凝实验;
c、考察各组絮凝剂对焦化废水色度、浊度、CODcr的影响;
d、得结论：最佳(Fe+Al):Si的摩尔比30:1;
4)将聚硅硫酸铁铝应用于焦化废水的深度处理，确定絮凝剂的最佳工艺条件;
a、通过3因素3水平正交实验将制备好的聚硅硫酸铁铝絮凝剂投放到废水水样中进 行混凝实验;
b、比较各组聚硅硫酸铁铝絮凝剂的投加量、pH、沉淀时间对CODCr、色度、浊度去除 率的影响;
c、得结论：聚硅硫酸铁铝絮凝剂的最佳工艺条件是投加量为0.83mL/L，pH为7，沉 淀时间为40min。
说明书
一种深度处理焦化废水的聚铁基絮凝剂制备的实验方法
技术领域
本发明涉及水处理领域，特别是涉及一种深度处理焦化废水的聚铁基高分子混凝剂。
背景技术
根据水处理剂在污水处理中的主要作用机理，国内外开发出种类繁多的絮凝剂。按其 组成可分为无机絮凝剂、有机絮凝剂和微生物絮凝剂3大类。无机低分子絮凝剂是最早使 用的絮凝剂，已广泛用于饮用水、工业用水的净化处理及地下水、废水、污泥的脱水处理， 但其用量大，残渣多、效果差，逐渐被无机高分子絮凝剂取代。无机高分子絮凝剂作为一 类新型的水处理剂，是20世纪60年代在传统铝盐、铁盐的基础上发展起来的。它不仅具 有低分子絮凝剂的特征，而且分子量大，具有多核络离子结构，电中和能力好，“吸附架 桥”作用明显，沉降快，用量少，因此在水处理絮凝剂中所占的比例较大。
铝盐絮凝剂在絮凝过程形成的絮体大，有较好的脱色作用，但絮体松散易碎，沉降速 度慢;铁盐絮凝剂在絮凝过程中形成的絮体密实，沉降速度快，但絮体较小，卷扫作用差， 处理后水的色度较深。若在聚硅酸中同时引入2种金属离子(Fe3+、Al3+)，制成阳离子型聚 合硅酸铁铝，再引入阴离子(SO42-)，及阳性聚丙烯酰胺可制得改性的聚硅硫酸铁铝絮凝剂， 这种改性的目的是引入某些高电荷离子以提高电荷的中和能力，引入羟基以增加配位络合 能力，引入阳性聚丙烯酰胺可以减少药品投加量和增强吸附架桥能力从而达到改善其絮凝 效果的目的。
焦化废水污染物组成复杂，浓度高，毒性大且难以降解，通常通过生化处理后还需进 行深度处理。本发明絮凝剂，采用混凝沉淀法对焦化废水进行深度处理，确定絮凝剂的最 佳配比。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种深度处理焦化废水的聚铁基絮凝剂制备的实 验方法，确定絮凝剂各组分的比例及用于深度处理焦化废水时的添加比例。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种深度处理焦化废水的聚铁基絮凝剂制备的实验方法，具体操作步骤如下：
1)通过正交实验法确定聚合硫酸铁的最佳制备条件;
a、采用3因素3水平正交试验制备聚合硫酸铁，在烧杯中依次加入水、硫酸、硫酸 亚铁、氯酸钠，通过搅拌，氧化、水解、聚合反应约2h，得到红褐色透明液体;
b、取废水水样，实验制备的聚合硫酸铁絮凝剂添加到水样中做混凝实验;
c、比较实验结果;
d、得结论：硫酸的投加量为铁摩尔数的0.4倍;最佳合成温度为40～60℃;最佳氧 化剂量为与二价铁离子反应量理论值的1.1倍;
2)在聚合硫酸铁最佳条件的基础上，添加铝成分，通过混凝试验确定Fe与Al的最 佳摩尔比;
a、制备不同Fe、Al摩尔比的聚合硫酸铁铝，在制备聚合硫酸铁的条件基础上添加硫 酸铝，在烧杯中，依次加入硫酸亚铁、硫酸铝、水、硫酸以及氯酸钠，通入搅拌，氧化、 水解、聚合反应约2h，得到红褐色透明液体;
b、取废水水样，实验制备的聚合硫酸铁铝絮凝剂添加到水样中做混凝实验;
c、比较各组聚合硫酸铁铝絮凝剂对焦化废水色度、浊度、CODcr的影响;
d、考察聚合硫酸铁铝在不同酸度下产品的稳定性和性能指标;
e、得结论：最佳铁、铝摩尔比为8:2，稀释100倍后的pH在2.30～2.40之间，维持 此酸度需硫酸与铁离子摩尔比为0.35;
3)在聚合硫酸铁铝的基础上添加活化硅酸及阳性聚丙烯酰胺成分，通过混凝实验确 定最佳铁铝比例;
a、制备不同(Fe+Al)：Si摩尔比的聚硅硫酸铁铝，在制备聚合硫酸铁铝的条件基础 上添加硅酸钠，在聚合硫酸铝铁中加入一定量的活化硅酸及阳性聚丙烯酰胺，在50℃～60 ℃温度下，水浴搅拌2h，最后得到改性的红褐色液体聚硅硫酸铝铁;
b、取废水水样，实验制备的聚硅硫酸铁铝絮凝剂添加到水样中做混凝实验;
c、考察各组絮凝剂对焦化废水色度、浊度、CODcr的影响;
d、得结论：最佳(Fe+Al):Si的摩尔比30:1;
4)将聚硅硫酸铁铝应用于焦化废水的深度处理，确定絮凝剂的最佳工艺条件;
a、通过3因素3水平正交实验将制备好的聚硅硫酸铁铝絮凝剂投放到废水水样中进 行混凝实验;
b、比较各组聚硅硫酸铁铝絮凝剂的投加量、pH、沉淀时间对CODCr、色度、浊度去除 率的影响;
c、得结论：聚硅硫酸铁铝絮凝剂的最佳工艺条件是投加量为0.83mL/L，pH为7，沉 淀时间为40min。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
(1)制备聚合硫酸铁实验中，通过正交试验分析出了制备聚合硫酸铁过程中的最佳 投酸量，其硫酸的投加量为铁摩尔数的0.4倍;最佳合成温度为40～60℃;最佳氧化剂量 为与二价铁离子反应量理论值的1.1倍，为下一步合成聚合硫酸铁铝提供基础制备条件。
(2)制备聚合硫酸铁铝实验中，通过混凝实验确定了铁、铝最佳配比为8：2;其1% 浓度溶液的pH在2.30～2.40之间稳定性和混凝去除效果最好，pH大于2.50稳定性差。
(3)制备聚硅硫酸铁铝实验中，通过混凝实验确定了(铁铝)与硅的最佳配比为30:1; 通过正交试验和单因素实验确定了最佳混凝条件，絮凝剂的最佳投加量为0.83mL/L、最佳 混凝pH为7、最佳沉淀时间为40min。
(4)在絮凝剂投加量均为0.50mL/L情况下，以CODcr去除率为主要指标，聚合硫酸 铁的去除率为34%，聚合硫酸铁铝的去除率为37%，聚硅硫酸铁铝的去除率为40%。
(5)在最佳混凝条件下，最终产品聚硅硫酸铁铝对本钢焦化废水二沉池出水的CODcr 去除率可达50%，浊度去除率达95.96%，色度去除率达到50%。
(6)实验最终产品聚硅硫酸铁铝，对本钢焦化废水二沉池出水的COD去除率达50%， 混凝处理后CODcr为120.4mg/L。最佳絮凝剂配比的研发提高了混凝处理焦化废水效率， 减少了后续处理单元的负荷。
(7)采用工业原料制备聚硅硫酸铁铝，原料成本为447.3元/吨，处理1吨焦化废水 的药剂费为0.55元。
(8)把活化硅酸加入到聚合硫酸铁铝中，由于聚硅酸具有很高的相对分子质量，对 水体中的胶粒具有很强的吸附架桥能力，而铝盐和铁盐在水溶液中水解可形成系列带有正 电荷的水解羟基铝离子、铁离子，具有较强的电中和能力。当三者复合后，可使聚硅酸铝 盐既具有电中和作用又具有吸附架桥能力。聚硅酸铁铝盐絮凝剂中Fe3+和Al3+被用作偶联 金属离子，偶联金属离子与硅酸的摩尔比可随不同的使用要求加以调整。其中Fe3+的加入 将大大提高聚硅酸的稳定性。聚硅硫酸铁(PFSS)的絮凝机理受聚硅酸的性质、铁盐的性 质、聚硅酸中的硅羟基与铁离子及铁离子水解产物间的相互作用等三者共同影响。当PFASS 加入水中后由于稀释作用、pH升高引起铁盐水解程度的变化和形态的转化，铁水解产物与 聚硅酸结合，pH升高导致聚硅酸的进一步聚合直至形成溶胶物;另一方面铁的各水解产物 在混合过程中被水中悬浮物颗粒吸附使颗粒脱稳，聚硅酸大分子及阳性聚丙烯酰胺溶胶对 吸附了铁水解产物的悬浮物产生架桥及黏附作用产生了大的絮体，从而达到净水效果。
