新型复合无机高分子混凝剂——含硼聚硅酸硫酸铁(+PFSSB)的制备及处理微污染水源水的研究.pdf

第6 3 卷第2 期 2Ol1 年5 』j 有色金属 N o n 伽r m u sM e I a I B V 0 1 ．6 3 ．N o ．2 M a v2 Oll D o I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n l 0 0 l 一0 2 1 1 ．2 0 1 1 ．0 2 ．0 6 9 新型复合无机高分子混凝剂含硼聚硅酸硫酸铁 P F S S B 的制备及处理微污染水源水的研究 于瑞莲，胡恭任 华侨大学环境科学与工程系，福建泉州3 6 2 0 2 1 摘要含硼聚硅酸硫酸铁 P F s s B 混凝剂具有高效、适用范围广、无毒、适用件强等特点。用水玻璃、硫酸铁和硼砂为原 料，s i 0 2 浓度在3 ．0 ％，活化p H 2 和活化时间l h 等工艺条件下制取含硼聚硅酸硫酸铁 P F s s B 混凝剂。制备P F s s B 混凝剂的优 化条件为F e “及s i 0 2 和B 的摩尔比为l 2 O ．3 ，最佳碱化度为0 ．2 。含硼聚硅酸硫酸铁 P F s s B 混凝剂处理微污染水源水的最佳 投药量为2 m L ，混凝时问为4 0 m i n ，p H 范嗣为6 8 。 关键词无机非金属材料；含硼聚硅酸硫酸铁混凝剂 P F s s B ；碱化度；混凝效果．． 中图分类号x 5 2 4文献标识码A文章编号1 0 0 l 0 2 l l 2 0 1 1 0 2 一0 2 8 3 0 4 P A C 是常用的水处理剂，但在低温低浊条件下 沉降速度较慢。与P A C 相比，聚合硫酸铁 P F S 具 有c O D 去除率高、成本低廉、沉降速度较快等优点， 但处理后铁在水中有残留，使处理后水的色度偏高。 近年来有关聚硅硫酸铝 P A s S 应用研究报道较 多。1 ，与P A s s 相比，P F S s 混凝剂的稳定性明显增 强“1 ，根据硅、铁的无机混凝剂的特性，通过引入 硼，制备出一种带状结构的新型高效低耗的混凝剂 P F s s B ，并在微污染水源水 秋中湖水 处理中取得 了良好的效果。 1实验方法 1 ．1 聚硅酸IP s 的制备 酸化聚合硅酸，取一定量的水玻璃，用蒸馏水溶 解并稀释至浓度2 ．O ％ S i O 计 。，然后在搅拌下 加入1 ．0 m o I ／L 的盐酸溶液，再调节p H 5 ．0 ，最后 制得p H 5 ．O 的聚硅酸溶液。在室温下 最好2 5 ℃ 左右 放置使之熟化2 h ，使硅酸有一定的聚合度，待 用‘8 1 。 1 ．2 制备含硼聚硅酸硫酸铁 P F S S B 控制含硼聚硅酸硫酸铁 P F s s B 中F e 、B 、S i O 收稿日期2 0 0 9 0 2 2 7 基金项目华侨大学科研基金资助项目 编号0 6 H z R l 7 作者简介于瑞莲 1 9 7 0 一 ．女。l I I 东高密市人。副教授．硕士。主要 从事环境朽染化学等方l A i 的研究。 联系人胡恭任 1 9 6 6 一 ．男。江阿赣州市人．研究员，博士后．主 要从事环境地球化学方面的研究j J 教学J 作。 的总摩尔数为0 ．0 5 ，按比例换算成具体的液体体 积。按比例定量移取F e S O 。 ， 0 ．5 m o l ／L 和不同 比例的硼砂，在磁力搅拌器快速搅拌的条件下引入 到熟化后的聚硅酸中，最后完全溶解后用2 5 0 m L 容 量瓶把所得的产品定容，使得含硼聚硅酸硫酸铝铁 P F s s B 中F e 、B 、s i O 的总摩尔溶度为O ．5 南o l ／L 1 。 制P F s s B 的工艺流程见图l 。 稀释的工、I k 水玻璃3 ．I ％ 含硼聚硅酸硫酸铁 P E S s B 图l制备P F S S B 的工艺流程 F i g ．1 T e c h n i c a lp r o c e s 8o fp r e p a m t i o nP F S S B 1 ．3 混凝试验水样 处理水样来至华侨大学秋中湖水 微污染水源 水 ，水质基本情况如表l 所示。 1 ．4 混凝试验过程 混凝试验是在快速搅拌下 1 2 0 r ／m i n 向5 0 0 m L 水样中加入一定最的混凝剂，继续快搅2 m i n 后转入 慢速 4 0 r ／m i n 搅拌，慢速搅拌1 0 m i n 停止搅拌，静 置沉降1 0 m i n ，取上清液按照标准方法分析测定 万方数据 2 8 4有色金属 第6 3 卷 C O D 、浊度、色度。 表l 秋中湖水水质情况 T a b l e1W a t e rq u a l i t ys i t u a t i o ni nf a l ll a k e 秋中湖水- H 色度浊度 ，。。 一。， 1 ．5 分析测定方法 浊度的测定方法，利用O R I O NA 0 2 0 l O 便携式 浊度仪测量。色度的测定方法，利用H A C C HD R ／ 8 9 0 比色计测量。c 0 D 的测定方法，在消化管内加 入lm L0 ．2 5 0 m o l ／L 的重铬酸钾，加入2 m L 的硫酸 银一硫酸溶液，再加入2 m L 的水样，最后加入0 ．1 9 的硫酸汞，在1 5 0 ℃消化2 h 冷却到室温，再用H A C H D R ／8 9 0 比色计测量。 1 ．6 试验试剂 N a s i 0 3 分子量2 8 4 ．1 9 ，[ N a O ] [ s i O ] 1 ．0 3 ，S i O 含量2 1 ．6 8 ％。F e S 0 。 ，分子量 3 9 9 ．8 7 ，配制0 ．5 m o L ／L 溶液5 0 0 m L 。硼砂分子量 3 8 1 ．3 7 。N a O H 分子量4 0 ．0 0 ，配制0 ．5 m o L ／L 溶液 5 0 0 m L 。1 0 ％重铬酸钾标准溶液，硫酸汞 H g s O ． ， 9 8 ％H s O 。，配制l 1 溶液。硫酸银一硫酸试剂，向 lL 硫酸中加入1 0 9 硫酸银，放置l 一2 d 使之溶解并 混匀，使用前小心摇动。 1 ．7 试验仪器 试验用主要仪器有便携式浊度仪、奥力龙 M O D E L 8 2 8p H 计、H A C HD R ／8 9 0 比色计、磁力搅拌 器、J J 一六联搅拌机。 2试验结果与讨论 2 ．1 不同F e S i O B 的聚硅酸硫酸铝铁 P F S S B 的混凝试验 不同F e s i O B 的聚硅酸硫酸铝铁 P F s S B 混 凝剂处理微污染水源水 秋中湖水 的结果如图2 至图4 所示。可以看出，色度、浊度、c 0 D 去除率最 好的混凝剂为F e S i O B l 2 0 ．3 的P F S S B 混凝 剂，色度去除率达到78 ．1 l ％，浊度去除率达到 9 0 ．4 8 ％，C O D 去除率达到8 5 ．7 l ％。 2 ．2 最佳F e S i 0 2 B F e S i 0 2 B l 2 0 ．3 时不 同碱化度P F S S B 的混凝效果分析 色度、浊度的去除率在不同碱化度条件下变化 8 0 “} 零 碍 鬟4 0 越 脚2 1 i O 。B I 2 I J 2 i o B l 2 { 1 ．3 i o 。B l 2 1 4 j O B I l { I ．3 i o i B l j ．3 I o 。B d l l 2 I J ．3 i o B 2 2 f } { II ．52Z ．a； 投加量，m L 图2不同F e S i o B 的P F S S B 投加量 与色度去除率的关系 F i g ．2 R e l a t i o n s h i pb e t w e e nc h m m a t i c i t ye l i m i n a t i o n r a t ea n dd o s a g eo fP F S S Bw i t hV a r i o u s r a t i o so fF e S i 0 ．B l1 ．522 ．a3 投加量，m L 图3不同F e S i 0 2 B 的P F S S B 投加量 与浊度去除率的关系 F i g ．3R e l a t i o n s h i pb e t w e e nu r b i d i t ye l i m i n 8 t i o n r a t ea n dd o s a g eo fP F S S Bw i t hv a r i o u 8 m t i o so fF e s i 0 2 B 平缓，最佳碱化度出现在0 ．2 ，色度的去除率达 8 2 ．8 5 ％，浊度的去除率达9 4 ．0 6 ％，C O D 的去除率 达8 3 ．6 7 ％，见表2 。秋中湖水质指标，色度 倍 4 7 8 ，浊度3 2 ，C O D m g ／L 4 9 ，p H 8 ．2 7 。 2 ．2 ．1 不同投药量的混凝效果分析。投药量范围 在1 ．5 2 ．5 m L 间较合理，最佳的投药量为2 m L ，色 度的去除率达9 1 ．8 4 ％，浊度的去除率达9 1 ．2 5 ％， c 0 D 的去除率达9 5 ．9 2 ％。 2 ．2 ．2 不同混凝时间的混凝效果分析。不同混凝 时间的混凝效果分析数据如表3 所示。从表3 可看 出，随着混凝时间的延长，色度、浊度、C O D 的去除 率都是上升的，在4 0 6 0 m i n 的变化不大，一般可选 择混凝时间为3 0 ～4 0 m i n 。秋中湖水质指标，色度 倍 3 3 3 ，浊度2 8 ，C O D m g ／L 4 l ，p H 7 ．5 6 。 h 艮艮№R R 三三一 般 H 甜 烈 ● ％／龉袋求世瓤 万方数据 第2 期于瑞莲等新型复合无机高分子混凝荆含硼聚硅酸硫酸铁 P F s s B 的制备及处理微污染水源水的研究 2 8 5 表2 最佳F e S i o B 时不同碱化表3不同混凝时间的混凝效果分析 度p F S S B 的混凝效果 T 8 b l e3P F s s Bc 0 8 9 u l a t i o ne f f e c tw i t hd i f f e r e n tr e t e n t i o nt i m e T a b l e2P F S S Bc o a g u l a “o ne f f e c ta td i f f e r e n ta l k a l i z e w i t ho p t i m a lp r o p o n i o no fF e S i 0 2 B 堡 哥 篮 稍 凸 o U l “} 礤l 6 ‘l 刖l q _ 一F e S i o ．B l 2 1 1 2 ■】一F e S i o ‘B l 2 I l l _ 1 - 一F 电S 1 i B I 2 1 1 4 - 一} cS i 。B I I I J ．3 ■P h S I ‘B I 3 l J ．3 卜一F c S i o B d l l 2 1 1 ．3 ■●一F e S i o ‘B 2 2 1 1 3 l1 ．522 ．53 投加量，| I l L 图4不同F e S i 0 2 B 的P F S S B 投加量 与C o D 去除率的关系 F i g ．4R e l a t i o n s h i pb e t w e e nC O D e l i m i n a t i o nr a t e a n dd o s a g eo fP F S S Bw i t hv a r i o u 8r a t i 0 8 o fF e S i 0 2 B 2 ．2 ．3 不同p H 的混凝效果分析。F e S i O B 1 2 O ．3 时不同p H 与色度、浊度、C O D 的去除率的 关系表明，p H 在6 8 之间色度、浊度、c O D 去除率 达到最高，见表4 。秋中湖水质指标，色度 倍 3 6 3 ， 浊度2 J 6 ，c O D m g ／L 7 2 ，p H 7 ．4 3 。 参考文献‘ 3结论 在最佳条件下，S i O 浓度在3 ．0 ％，调节p H 2 和活化时间1 h ，制备的含硼聚硅酸硫酸铁 P F s s B 具有优良的稳定性和混凝性能。采用共聚法制备含 硼聚硅酸硫酸铁 P F s s B ，由于F e Ⅲ 遇碱溶液会 产生沉淀，为防止其沉淀产生，制备不同碱化度的 P F S S B 时，采用微滴碱法。 表4 不同p H 的混凝效果分析 T a b l e4 C o a g u l a t i o ne f f e c to fP F S S Bw i t hd i f I 毫r e n tp H 所制含硼聚硅酸硫酸铁 P F S S B 处理秋中湖水 时效果较好，试验中产生的矾花大且沉降快，处理后 的水非常清澈。当含硼聚硅酸硫酸铁 P F s s B 中 F e s i 0 2 B l 2 0 ．3 时的色度去除率达到 7 8 ．1 l ％，浊度去除率达到9 0 ．4 8 ％，C O D 去除率达 到8 5 ．7 l ％，混凝效果最佳。P F s s B 混凝剂的碱化 度、用量、混凝时间、p H 过高或过低都会影响混凝效 果。最佳的碱化度为0 ．2 ，混凝剂的最佳投药量为 2 m L ，秋中湖水的混凝时间应控制在4 0 m i n 左右。 [ 1 ] 夏畅斌．肖永定．煤矸石灰渣研制聚硅酸铝混凝剂及应用研究[ J ] ．中国环境科学，1 9 9 6 ，1 6 5 3 9 6 4 0 0 ． [ 2 ] 高宝玉。岳钦艳。王淑仁．含铝离子聚硅酸絮凝剂研究[ J ] ．环境科学。1 9 9 0 ，I l 5 3 7 4 1 ． [ 3 ] 高宝玉，岳钦艳．含铝离子聚硅酸絮凝剂的性能及应用[ J ] ．工业水处理。1 9 9 3 ，1 3 1 1 7 1 9 ． [ 4 ] 张忠远，张建华．活性硅酸絮凝刺在有机废水处理中的应用[ J ] ．环境科学研究，1 9 9 3 。6 3 2 7 3 0 ． [ 5 ] 高宝玉，王占生．聚硅氯化铝 P A S C 的形态分布及转化规律[ J ] ．环境化学，2 0 0 0 ，1 9 1 8 一1 2 ． [ 6 ] M a r yA n nHF r a n 8 0 n ．s t a n d a r dM e t h o d sf o rt h eE x a a m i n a t i o no fw B t e ra n dw a 8 t e w a t e r 1 8 t he d [ M ] ．N e wY o r k ，u s A N e w Y o r kP r e 8 8 。1 9 9 2 7 2 7 5 ． [ 7 ] 高宝玉，王占生．聚硅氯化铝混凝剂中A l Ⅲ 水解聚合历程及铝硅作用特性研究[ J ] ．中国环境科学。2 0 0 0 ．2 0 2 1 5 l - 1 5 5 ． [ 8 ] 岳钦艳。高宝玉．聚硅氯化铝 P A s c 混凝剂的特性及絮凝动态过程[ J ] ．中国环境科学，2 0 0 2 。2 2 3 2 2 7 2 3 0 ． 下转第3 0 l 页，C o n t i n u e do nP 3 0 1 万方数据 第2 期林晓峰等泉州市主要工业区土壤重金属健康风险评价 3 0 1 H e a I t hR i s kA s s e s s m e n to fH e a V yM e t a I si nM a i nI n d u s t r i a IP a r kS o no fQ u a n z h o u 删VX f ∞母昭，日UG D 增- r e n ，y U 冠“讪口n ，z 删Dy 口增 D 哆P 口n m e n ID ，E m 疽r D n m e n t 口Zs c 诂w e 口乃dE 昭i n e e 一，增，日ⅡD q i 口o ￡胁如e r s z I y ，x f 口m e n3 6 1 0 2 l ，F 叫口n ，C i n 口 A b s t r a c t I no r d e rf o rp r e l i m i n a r yu n d e r s t a n d i n go fs o i lh e a V ym e t a l sp o l l u t i o ni ni n d u 8 t r i a lp a r k ，t h ec o n c e n t m t i o n so f C d ，A 8 ，P b ，Z n ，C u ，H g ，N ia n dC ri ns o i li ni n d u s t r i a lp a r ko fQ u a n z h o ua r ea n a l y z e da n di n v e 8 t i g a t e dt o e v a l u a t ee n V i r o n m e n t a lq u a l i t yb a s e do nh e a l t hr i 8 ka s s e s s m e n tm o d e lf o r8 a f e t yo fh u m a n ．T h er e 8 u l t 8s h o wt h a tt h e s o i li nt h e s ei n d u s t r i a lp a r k 8h a v eb e e np o l l u t e db yh e a V ym e t a l 8 ． E 8 p e c i a l l y ，t h ep o l l u t i o n so fZ n ，C u ，P ba r et h e m o s t8 e r i o u 8 ，a n dt h es p a t i a ld i s t r i b u t i o no fh e a V ym e t a l si nt h es o i li sn o tu n i f b m ．T h eo r d e ro fn o n - c a n c e rh a z a r d i n d e x e so fh e a v ym e t a l 8i ns o i li sP b A s C u C r C d Z n H g N i ，a n dt h eo r d e ro fc a r c i n o g e nr i s k 8o fh e a v y m e t a l si sC d A 8 ．T h en o n c a n c e rh a z a r di n d e x e sa n dc a r c i n o g e nr i s k so fm e t a l sa 陀b o t l ll o w e rt h a nt h a tt h e i r t l l r e s h o l dv a l u e s ． T h e ya r en o tt ob ed i r e c tt h r e a t 8t op e o p l eh e a l t h ． K e y w o r d s e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g ；h e a V ym e t a l 8 ；h e a l t hr i s ka s 8 e s s m e n t ；8 0 i l ；i n d u s t r i a lp a r k ；Q u a n z h o u C i t y 责任编辑张振健 上接第2 8 5 页，C o n t i n u e df m mP 2 8 5 P r e p a r a t i o no fC o m p o s i t eI n o r g a n i cP o l y m e rC o a g u l a n t - P o l y m e r i cF e r r i cS m c a t e C o n t a i n i n gB o r o n P F S S B a n dM i c r o p o l l u t e dR a wW a t e rT r e a t m e n t 阳R H i - 妇n 。舢c D n g - ”n D e P 口咖e 砒o ，勖”洒n m e 啪zs c 如们e 口以E 昭i 船e 一昭，H ∞叮矗阳踟觇乃毋。Q Ⅱ口r 曲o u3 6 2 0 2 l ，F 蛳口n ，傩i M A b s t I a c t T h ep o l y m e r i cf b r r i c B i l i c a t ec o n t a i n i n gb o r o n P F S S B i so fh i g he 佑c i e n c y ，w i d ea p p l i c a t i o ns c o p e ，n o t p o i s o n o u s ，8 t m n ga d a p t a b i l i t ye t c ． W i t hw a t e rg l a s s ，f e r r i cs u l f a t ea n db o 豫xa sr a wm a t e r i a I ，t I I ep o l y m e r i cf b 玎i c 8 i l i c a t ec o n t a i n i n gb o r o n P F S S B i 8p r e p a r e du n d e rt h ep a r a m e t e 鸺o f3 ．0 ％c o n c e n t m t i o no fS i 0 2 ，a c t i V a t i n g 砒 p H 2f o rlh ．T h eo p t i m a lc o n d i t i o nf o rP F S S Bp 陀p a r a t i o ni sn F e n S i 0 2 n B 1 2 0 ．3 ，t h ea l k a l i z a t i o n d e g r e ea s0 ．2 ． T h ed o s a g eo fp o l y m e r i cf 毛n i c s i l i c a t ec o n t a i n i n gb o r o n P F S S B f b rh a n d l i n gt h em i c m p o l l u t e dr a w w a t e ri 8t o2 m L ，t i m eo fc o a g u l 8 t i n gi 84 0 m i n ，t h e8 c o p eo fp Hi 86 ～8 ． K e y w o r d s i n o r g a n i cn o n m e t a lm a t e r i a l ；p o l y m e r i cf b r r i c s i l i c a t ec o n t a i n i n gb o m n P F S S B ； a l k a l i z a t i o n ； c o a g u l a n te f 琵c t 责任编辑张振健 万方数据