硫酸鋁渣研制聚合硅酸硫酸鋁絮凝劑
目前，硫酸鋁渣的主要用途是做水泥的添加劑，但用量有限，大部分被堆填處理，既浪費(fèi)資源又污染環(huán)境.硫酸鋁渣的主要成份為SiO2及Al2(SO4)3，可用于制聚硅酸硫酸鋁絮凝劑(PASS).聚合硅酸硫酸鋁作為一種新型的無(wú)機(jī)高分子水處理劑，近年來(lái)已得到了迅速發(fā)展，其絮凝能力比起最初的硫酸鋁、聚合鋁有了很大的提高，用量更少，除可用于處理各種污水外，還可用于處理飲用水，處理后殘余鋁含量低，尤其在低溫低濁水處理中，具有很高的除濁效率[1～3]。本文就硫酸鋁渣制聚合硅酸鋁的方法和條件進(jìn)行研究，對(duì)聚合硅酸硫酸鋁的性能進(jìn)行了檢驗(yàn)。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 原料及處理
硫酸鋁渣成分見(jiàn)表1，用濃硫酸潤(rùn)濕硫酸鋁渣，在150～180℃中反應(yīng)后水溶過(guò)濾得到Al2(SO4)3溶液[4]；濾渣加NAOH溶液加熱反應(yīng)制得水玻璃，該水玻璃加水稀釋成SiO2含量為6.5%的NA2SiO3溶液.Al2(SO4)3與NA2SiO3溶液備用。
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聚合堿式硫酸鋁(PAS)的制備.取部分Al2(SO4)3溶液，加NAOH溶液至生成Al(OH)3沉淀，過(guò)濾洗滌，將新制的Al(OH)3加入到Al2(SO4)3溶液中，制得PAS[5]。
1.2 主要儀器及試劑
主要儀器:PHS 25型PH計(jì)；QUAｆADtⅡtUr BiDitｙAQ2010濁度計(jì)；tS6 1型四聯(lián)程控混凝攪拌器；22PC分光光度計(jì).試劑:H2SO4、NAOH均為分析純。
1.3 PASS的制備
取20%H2SO4緩慢滴入NA2SiO2，調(diào)節(jié)PH值制備聚硅酸；在攪拌下將PAS加入聚硅酸，放置熟化2H得PASS，PASS中SiO2濃度為2.0%。
1.4 絮凝實(shí)驗(yàn)
1.4.1 模擬濁水將10G膨潤(rùn)土加自來(lái)水1000ml，快速攪拌1H，靜置1H，虹吸上層清液，用NAOH溶液調(diào)節(jié)PH=8后為模擬濁水[6]，濁度約為150NtU.1.4.2 垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液取本市紅廟嶺垃圾場(chǎng)經(jīng)厭氧和氧化處理后二次沉淀池出口滲瀝液及其稀釋1倍后的滲瀝液，進(jìn)行絮凝效果實(shí)驗(yàn).滲瀝液指標(biāo)見(jiàn)表2。
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用二沉池出口滲瀝液以及稀釋了1倍和PASS處理后的滲瀝液作可見(jiàn)光光度分析，吸光度與波長(zhǎng)曲線見(jiàn)圖1.圖1表明滲瀝液λ=350～360Nm處有最大吸收波長(zhǎng).本文取λ=360Nm的吸光度值衡量絮凝的脫色效果。
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ABS1，ABS2，ABS3分別為滲瀝液原液、稀釋一倍后與絮凝劑處理后的滲瀝液吸光度.凈水實(shí)驗(yàn):取800ml滲瀝液用H2SO4溶液調(diào)PH至6.0，加入一定量的PASS，200r/miN快攪混合30S，30r/miN慢攪20miN，靜置沉降20min，于上層清液表面下2～3Cm處取液測(cè)濁度、吸光度和CODCr[7].以上試驗(yàn)水樣溫度均為30～33℃。
2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)論
2.1 二氧化硅濃度對(duì)硅酸聚合過(guò)程的影響
將H2SO4溶液加入NA2SiO3溶液后，硅酸開(kāi)始聚合，形成硅氧橋聯(lián)：
SiOH+SiOH=SiOSi+H2O
這種連接可成鏈、成環(huán)，甚至成網(wǎng)，硅酸聚合體不斷長(zhǎng)大并可轉(zhuǎn)變?yōu)槟z態(tài)，當(dāng)聚硅酸粒徑達(dá)Nm數(shù)量級(jí)時(shí)，溶液呈現(xiàn)乳光(或稱淡藍(lán)光)[5]，這一時(shí)刻記為t1；隨著時(shí)間延長(zhǎng)，硅酸聚合體繼續(xù)生長(zhǎng)，將轉(zhuǎn)變?yōu)槟z的時(shí)刻記為t2.PH=4.8時(shí)，SiO2濃度對(duì)硅酸聚合過(guò)程的影響見(jiàn)圖2.由圖2可知，SiO2濃度愈大，t2～t1的時(shí)間間隔愈小.PAS要在聚硅酸出現(xiàn)乳光之后至聚硅酸形成凝膠之前這段時(shí)間里，即t1～t2時(shí)段加入，以保證PASS具有優(yōu)良的絮凝性能.圖2表明PH=4.8時(shí)SiO2含量在1%～4%范圍內(nèi)時(shí)t2-t1差值較小，為了有較長(zhǎng)的t2-t1時(shí)間差便于操作[2]，本文用SiO2濃度為4%、調(diào)節(jié)PH值為3.5～4.0的NA2SiO3溶液制聚硅酸。
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2.2 NAl/NSi對(duì)PASS穩(wěn)定性的影響
向聚硅酸中加PAS聚合得到PASS，由于聚鋁離子的羥基與聚硅酸的硅氧基團(tuán)形成氫鍵，聚硅酸的羥基與聚鋁離子的鋁氧基團(tuán)形成氫鍵，在原有的鏈狀結(jié)構(gòu)中生成支鏈，使PASS絮凝效果增強(qiáng)、穩(wěn)定性加強(qiáng).維持PASS的SiO2濃度為2.0%，加入不同量PAS控制PASS中鋁含量，檢查NAl/NSi對(duì)PASS凝膠時(shí)間的影響，結(jié)果見(jiàn)表3.表3說(shuō)明加入PAS使NAl/NSi=0.12～1.0可延長(zhǎng)凝膠時(shí)間，顯著改善聚硅酸的穩(wěn)定性。
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2.3 PASS對(duì)模擬濁水的絮凝效果
2.3.1 NAl/NSi對(duì)模擬濁水絮凝效果的影響
取不同NAl/NSi的PASS比較絮凝效果，用量均為1.0ml/l，結(jié)果見(jiàn)圖3.圖3表明NAl/NSi在0.25～1.0范圍內(nèi)時(shí)，PASS的除濁率均達(dá)96%以上.從Al的環(huán)境積累效應(yīng)考慮，PASS選取NAl/NSi比0.25為佳.
2.3.2 模擬濁水PH值對(duì)絮凝效果的影響
將NAl/NSi為0.25的PASS按1.0ml/l的投加量，加到不同PH值的模擬濁水中，檢查適宜的PH范圍見(jiàn)圖4.圖4說(shuō)明模擬濁水PH在7.0～9.0范圍內(nèi)時(shí)，PASS具有很高的去濁效果.在模擬濁水中PASS發(fā)生水解聚合，轉(zhuǎn)變?yōu)榫酃杷崛苣z與帶正電的聚鋁離子，帶正電的聚鋁離子對(duì)濁水中的懸浮微粒有中和脫穩(wěn)及凝聚作用，聚硅酸主要發(fā)揮吸附網(wǎng)捕作用、捕獲脫穩(wěn)的懸浮微粒形成礬花沉降.在PH=7.0～9.0的偏堿性濁水中，鋁的水解趨于完全，PASS充分發(fā)揮帶正電聚鋁離子的脫穩(wěn)絮凝與聚硅酸的吸附網(wǎng)捕作用，使其顯示最高的除濁能力，但PH<7.0時(shí)鋁的水解受限；PH>9.0時(shí)聚鋁離子可能轉(zhuǎn)變?yōu)锳l(OH)-4，均使PASS絮凝能力下降.PH>9.0后，PH越高、聚鋁離子帶負(fù)電荷越多，中和脫穩(wěn)越弱；同時(shí)PH值上升到10以上后，聚硅酸解離為單體Si(OH)4失去吸附架橋能力，因此PH=10.0時(shí)PASS的除濁度迅速下降至零。
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2.3.3 PASS用量對(duì)絮凝效果的影響
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取NAl/NSi為0.25的PASS，改變投加量檢測(cè)絮凝效果，結(jié)果見(jiàn)圖5，從圖5可知，PASS投加量在0.3ml/l～2.3ml/l范圍內(nèi)的除濁率均達(dá)90%以上，可見(jiàn)對(duì)模擬濁水PASS用量很小，投加量0.3ml/l范圍內(nèi)的除濁率均達(dá)90%以上，可見(jiàn)對(duì)模擬濁水PASS用量很小，投加量0.3ml/l便可達(dá)90%以上的除濁率.
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2.4 PASS對(duì)滲瀝液的處理效果
比較了PASS與聚合氯化鋁(PAC)對(duì)垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液的處理效果.用PASS與PAC分別處理垃圾填埋場(chǎng)二次沉淀池出口稀釋一倍后的滲瀝液。NAl/NSi為1.0、SiO2濃度為2.0%的PASS有效濃度以SiO2+Al2O3計(jì)，PAC用量以Al2O3量計(jì)，二者有效濃度均為250mG/l時(shí)，兩種絮凝劑處理的結(jié)果見(jiàn)表4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明當(dāng)PASS與PAC相比，PASS有更高的去濁率.
用NAl/NSi為1.0、SiO2濃度為2.0%的PASS，以8.0ml/l的投加量對(duì)垃圾填埋場(chǎng)二沉池出口的滲瀝液原液進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表5所示.
用PASS絮凝劑處理滲瀝液能有76%的除濁率及40%的除色率與40%CODCr去除率.滲瀝液成分復(fù)雜，PASS處理滲瀝液具有良好的效果，PASS成本低、無(wú)毒性，具有開(kāi)發(fā)前景.
3 結(jié) 論
硅酸聚合時(shí)，隨著SiO2濃度的升高，膠凝時(shí)間愈短.本文選取PH=3.5～4.0，SiO2濃度為4%的條件進(jìn)行聚合，用于制備聚合硅酸硫到鋁.從處理模怵濁水的情況來(lái)看，PASS適用的PH范圍為7.0～9.0；當(dāng)PASS中NAl/NSi達(dá)到0.25后，用量為0.3ml/l～2.3ml/l除濁率均達(dá)90%以上.用NAl/NSi=1.0的PASS處理垃圾填埋場(chǎng)滲瀝液具有比PAC更高的除濁率.聚合硅酸金屬鹽絮凝劑穩(wěn)定性較差，故PASS絮凝劑更適合在水處理現(xiàn)場(chǎng)制備投加.
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