韓春玉, 韓春芳, 劉春生, 羅根祥, 李 萍

(遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院,遼寧撫順113001)

聚合鎂鋁絮凝劑的合成及對(duì)廢水COD的脫除研究

韓春玉, 韓春芳, 劉春生, 羅根祥, 李 萍

(遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院,遼寧撫順113001)

在室溫下采用緩慢加入法合成了兩種聚合鎂鋁絮凝劑,并對(duì)實(shí)驗(yàn)室廢水中化學(xué)需氧量(COD)進(jìn)行脫除研究。結(jié)果表明,絮凝劑種類(lèi)、絮凝劑的體積、p H,處理樣品的慢速攪拌時(shí)間和沉降時(shí)間影響COD的脫除效果。聚合硫酸鎂鋁(PMAS)在p H=8,快速攪拌時(shí)間為3 min,慢速攪拌時(shí)間為10 min,沉降時(shí)間為30 min,絮凝劑體積為20 mL(1 L廢水)的最佳處理?xiàng)l件下,廢水中COD的脫除率達(dá)到98%以上。

聚合鎂鋁絮凝劑; 廢水處理; 化學(xué)需氧量

近年來(lái),高等院校擴(kuò)招和高?？蒲胁粩喟l(fā)展,高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室和科研實(shí)驗(yàn)室的廢水具有不確定性、復(fù)雜性和量的多變性[1]。目前,實(shí)驗(yàn)室廢水處理方法和工藝還不夠成熟,而絮凝法常用于廢水處理,具有經(jīng)濟(jì)、高效、適用范圍廣等特點(diǎn)[2-4]。廢水中化學(xué)需氧量(COD)是一個(gè)重要的指標(biāo),直接反映了水體受有機(jī)物污染的程度。

本文以提高實(shí)驗(yàn)室廢水的COD脫除率為主要研究?jī)?nèi)容[5],發(fā)揮絮凝法的優(yōu)勢(shì)[6],以鎂鹽和鋁鹽為基本原料,自制聚合鎂鋁絮凝劑來(lái)處理無(wú)機(jī)實(shí)驗(yàn)室廢水,利用無(wú)機(jī)高分子聚合絮凝物質(zhì)的絡(luò)合、卷曲、和鎂離子的協(xié)同效應(yīng)優(yōu)化絮體的形態(tài),脫除廢水中的耗氧物質(zhì)。引入鎂元素,改變絮體的微觀形態(tài),使其更適合于對(duì)廢水COD的脫除。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)[7-8]的趨勢(shì)一致。本絮凝劑的合成以我國(guó)豐富的鎂資源為依托,而使得此絮凝劑有很大的成本優(yōu)勢(shì),同時(shí)增加鎂鹽,降低鋁的用量,克服了傳統(tǒng)無(wú)機(jī)、有機(jī)絮凝劑的缺點(diǎn)[9-10],因此,本研究在廢水處理方面將具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與試劑

實(shí)驗(yàn)所需原料是定期收集化工專(zhuān)業(yè)學(xué)生的無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢水混合而成。此廢水分析檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

試劑:硫酸鎂 (分析純);硫酸鋁(分析純);氯化鎂(分析純);硫酸亞鐵銨(分析純);重鉻酸鉀(分析純)等。

表1 廢水分析結(jié)果Table 1 The results of wastewater analysis

1.2 儀器與設(shè)備

PHS-29A酸度計(jì) (上海雷磁儀器廠); AU Y120電子分析天平(日本島津公司);L2290083型磁力攪拌器(杭州儀器電機(jī)廠);S22PC分光光度計(jì)(上海光學(xué)儀器一廠);TDL80-2B臺(tái)式離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

(1)無(wú)機(jī)絮凝劑的合成

聚合硫酸鎂鋁的合成:用吸量管量取46.5 mL的0.1 mol/L硫酸鋁溶液于100 mL三角瓶中,并在100 r/min的磁力攪拌下,用酸式滴定管盛裝0.1 mol/L的硫酸鎂溶液,并以1 mL/min的速度滴入3.5 mL與硫酸鋁溶液混合,合成無(wú)色的聚合硫酸鎂鋁(PMAS)絮凝劑。

聚合氯化鎂鋁的合成:以同樣方法將3.5 mL的0.1 mol/L的氯化鎂溶液滴入到46.5 mL的0.1 mol/L硫酸鋁溶液中,合成無(wú)色的聚合氯化鎂鋁(PMAC)絮凝劑。

(2)廢水處理實(shí)驗(yàn)

在室溫下,用1 mL的標(biāo)準(zhǔn)吸量管吸取一定體積的絮凝劑,一次性加入到以340 r/min的速率攪拌下的50 mL廢水中,并慢速(75 r/min)攪拌一定時(shí)間,經(jīng)過(guò)沉降后,離心分離出清液測(cè)定其COD。

1.4 分析方法

樣品處理前后的 COD測(cè)定采取重鉻酸鉀法[11]。COD的脫除率計(jì)算公式見(jiàn)公式(1)。

式中:C0―廢水樣品處理前的COD值;Ci―廢水樣品處理后的COD值。

2 結(jié)果與討論

2.1 慢速攪拌時(shí)間對(duì)COD的脫除率的影響

在廢水不斷快速攪拌下一次性投入一定量的絮凝劑,并快速攪拌(340 r/min)3 min,然后慢速攪拌(75 r/min)一定時(shí)間后,將形成的絮體沉降40 min后測(cè)量處理后的廢水的COD值,并計(jì)算COD的脫除率,結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出,兩種絮凝劑在慢速攪拌10 min后廢水中COD的脫除率都能達(dá)到最大值,故選擇快速攪拌3 min使絮凝劑充分分散,再慢速攪拌10 min的處理方式。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中慢速攪拌到10 min左右出現(xiàn)比較大的絮體,這說(shuō)明水體中的需氧物質(zhì)和加入的絮凝劑形成了吸附作用,而攪拌時(shí)間的增長(zhǎng),卻引起了COD脫除率的降低,說(shuō)明攪拌時(shí)間在10 min內(nèi)絮體為成長(zhǎng)階段,超過(guò)10 min后,攪拌操作破壞了形成的絮體,絮體的形態(tài)變化對(duì)于廢水中的耗氧物質(zhì)的吸附卷曲作用降低,表現(xiàn)為COD的脫除率在長(zhǎng)時(shí)間攪拌后的降低,所以應(yīng)該控制慢速攪拌時(shí)間。

Fig.1 Effect of slow stirring time on COD removal rate圖1 慢速攪拌時(shí)間對(duì)COD脫除率的影響

2.2 沉降時(shí)間對(duì)COD脫除率的影響

對(duì)某組處理后的廢水在絮體沉降過(guò)程中分別取不同沉降時(shí)間的少量溶液進(jìn)行COD分析,并計(jì)算COD的脫除率,結(jié)果見(jiàn)圖2。

Fig.2 Effect of settling time on COD removal rate圖2 沉降時(shí)間對(duì)COD脫除率的影響

從圖2可以看出,在沉降30 min時(shí)COD的脫除率達(dá)到峰值,沉降時(shí)間超過(guò)30 min后COD的脫除率降低,可能是由于絮體中部分易溶于水的耗氧物質(zhì)重新溶解,隨沉降時(shí)間的增長(zhǎng),絮體與耗氧物質(zhì)之間形成了部分脫附或逆向反應(yīng),故應(yīng)控制沉降時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng),以30 min為宜。

2.3 絮凝劑體積對(duì)COD脫除率的影響

廢水處理中的絮凝劑的體積直接影響到處理廢水的成本,所以應(yīng)以少量為原則。圖3為兩種絮凝劑在不同體積下對(duì)1 L廢水的處理結(jié)果。

Fig.3 Effect of coagulant dose on COD removal rate圖3 絮凝劑體積對(duì)COD脫除率的影響

從圖3可以看出,廢水的 COD的脫除率隨PMAC和PMAS兩種絮凝劑的體積的增加而增大,但在達(dá)到20 mL后COD的脫除率增大不明顯,所以絮凝劑體積應(yīng)選擇為20 mL。此時(shí)PMAS絮凝劑對(duì)廢水COD的脫除率已經(jīng)達(dá)到了95%以上,說(shuō)明此絮凝劑能和水體中的耗氧物質(zhì)形成比較好的吸附而起到對(duì)其脫除的作用。

2.4 p H值對(duì)COD脫除率的影響

在最佳的慢速攪拌時(shí)間、沉降時(shí)間、絮凝劑體積的條件下,對(duì)廢水處理的酸堿環(huán)境進(jìn)行考察。用1.0 mol/L的H2SO4和1.0 mol/L的NaOH溶液調(diào)節(jié)廢水的p H,并對(duì)不同p H的廢水進(jìn)行處理,結(jié)果見(jiàn)圖4。

Fig.4 Effect of pHon COD removal rate圖4 p H對(duì)COD脫除率的影響

從圖4中可以看出,在p H為6～10時(shí),PMAS和PMAC都有很好的處理效果,說(shuō)明在此條件下絮凝劑中的各種離子的絡(luò)合作用、協(xié)同作用達(dá)到最佳狀態(tài)。但在p H為8時(shí),聚合硫酸鎂鋁使廢水中COD的脫除率達(dá)到了98%,但是聚合氯化鎂鋁的COD的脫除率不到90%,這有可能是絮凝劑中帶入氯離子而引入一定的化學(xué)需氧物質(zhì)而引起的。

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(Ed.:SGL,Z)

Preparation and Study in Wastewater COD Removed of Polymerization of Mg-Al Flocculants

HAN Chun-yu,HAN Chun-fang,LIU Chun-sheng,LUO Gen-xiang,LI Ping
(School of Chemistry and Materials Science,Liaoning Shihua University,Fushun Liaoning 113001,P.R.China)

22December2009;revised18March2010;accepted8April2010

Two kinds of polymerization Mg-Al flocculants were synthesized under normal atmospheric temperature with slow -addition method,which is used on the laboratory wastewater COD removal examination.The results show that the COD removal is effected by flocculants kind,flocculants dose,p H,stirring time and settling time.Over 98%of COD is removed by polymerization sulfuric Mg-Al flocculants(PMAS)at p H=8,3 minutes rapid agitation and 10 minutes slowly,30 minutes settling time,20 mLflocculants dosage in 1 Lwastewater.

Polymerization Mg-Al flocculants;Wastewater treatment;COD

.Tel.:+86-15241329340;fax:+86-413-6860548;e-mail:hcy7652@163.com

X703.1

A

10.3696/j.issn.1006-396X.2010.02.016

2009-12-22

韓春玉(1972-),男,遼寧北鎮(zhèn)市,講師,碩士。

遼寧省政府支助項(xiàng)目(Myf2008-65)。

1006-396X(2010)02-0058-03