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高浓度聚合氯化铁絮凝剂的应用基础研究

王红宇

  铝盐和铁盐在水处理中用做混凝剂已广泛使用,近年来,铝盐由于残余铝的存在引发的健康问题得到了广泛关注。由此铁盐混凝剂因其高电荷、易于控制等优点得到了进一步的发展和应用。本论文主要研究高浓度聚合氯化铁(PFC)的制备和表征,以及在不同水质条件下的絮凝行为。通过制备聚合氯化铁的条件优化和絮凝实验表明,在确定合适的稳定剂条件下,采用氧化法制备聚合氯化铁(OPFC)不仅可以获得稳定的产品品质和良好的实用效果,而且生产成本低廉,适于实际生产过程,并已成功实施,取得了较好的经济和社会效益。为制备和表征不同的聚铁溶液,FeCl_3溶液加碱(NaHCO_3或NaOH)部分中和在选择不同的加碱速度、铁浓度和温度条件下制备不同碱化度PFC。采用逐时络合比色法对不同碱化度PFC进行形态分析。在商品浓度(>1mol/L)的条件下,这种方法所得到的产品短时间内(<10hr)即发生浑浊沉淀,因而降低了混凝效能。在近十年研究的基础上,本论文探讨了不同的磷酸盐作为稳定剂在BPFC溶液中的稳定效果及对铁盐溶液形态分布和混凝、沉淀过程的影响。结果表明:磷酸盐(AP)和磷酸二氢盐(AH_2P)为可实际应用的稳定剂;流动电流研究表明在P/Fe比为0.07附近对混凝较为有利;形态分析及混凝和沉淀实验证实了稳定剂的加入改变了铁溶液的水解转化途径,磷酸根参与了混凝中的水解成核过程,对沉淀形态会有影响。通过对碱化法制备高浓度聚合氯化铁的工艺研究(BPFC),探讨了碱的种类和稳定剂的不同加入时机对形态分布的影响,碱化剂加入速度及碱化度对稳定性的影响。研究结果表明:作为碱化剂NaHCO_3略优于NaOH;先加入稳定剂的制备方法对PFC的稳定及混凝特性有利;合适的碱加入速度对PFC的稳定比较有利;在B=0.4的区域内PFC的稳定性最差,在制备过程中应尽量避开这一区域。红外光潜分析进一步证实稳定剂的不同加入时机影响其发挥稳定作用。针对碱化法制备PFC稳定性还有待提高,产品的成本较高等问题,结合上述对稳定剂的研究结果,实验研究了酸洗废液氧化法制备聚合氯化铁的工艺过程(OPFC)。由于在酸性条件下氯化亚铁的氧化水解过程未见研究报道,论文首先研究了二价铁离子的氧化反应过程,确定了影响氧化水解过程的主要因素。在此基础上,研究了初始酸含量,氧化剂加入方式及速度和调节碱化度所用酸的加入时机分别对聚合氯化铁形态分布,稳定性及混凝特性的影响。结果表明:初始酸含量过高高浓度聚合氮化铁絮凝剂的应用基石出不开究(>o.6mol/L)不利于稳定剂发挥稳定作用,氧化剂选用溶液形式投加,每looml溶液,投加速度为1一6.smmol/min;用于调整碱化度的酸在氧化剂之后加入,对高浓度聚合氯化铁的混凝效果和稳定性的提高有较好的影响。红外光谱分析证实不同工艺制备过程对稳定络合作用有很大影响。采用聚合氯化铁(P FC)絮凝剂在不同pH条件下处理高岭土悬浮液和腐殖酸溶液,测试了絮凝过程中的zeta电位、浊度和腐殖酸的去除率变化。结果表明:pH二4时,PFC投加量最小,剩余浊度最大,投加范围最窄;pH=7时次之;pH=10时时由于Fe(11I)离子的正电荷减弱,电中和能力不强,而且同时产生Fe(oH)3(s)的吸附作用使得剩余浊度最低,投加范围最宽,但投加量很大;在酸性条件下腐殖酸与Fe(III)离子最容易发生络合反应;腐殖酸的存在并没有影响PFC的絮凝效果。通过聚合氯化铁(PFc)对高岭土悬浮颗粒的絮凝试验中浊度和zeta电位的测试,发现低温时在相同的PFC投药量下随着碱化度(B)的增大Zeta电位减小;在达到相同的浊度去除,低温时PFC的投加量要小于常温时,在相同的药剂投加量低温时Zeta电位要高于常温时;温度的降低PFC水解和沉淀速度减小,使得PFC水解中间体更易与污染物反应,同时增强了电中和能力,减少了PFC的用量;温度的降低使得PFC的多核经基络合物中间体水解程度减小而保持形态的时间延长,所以PFC比传统混凝剂FeCI:处理低温低浊水更有效.……   
[关键词]:聚合氯化铁;絮凝作用;稳定剂;碱化法;氧化法
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:浙江大学2004年