馬瀟閃，張 瓊，李國斌，蘇 毅

(昆明理工大學 化工學院，云南 昆明 650500)

絮凝劑是處理各種污水的一種重要水處理劑，可分為無機絮凝劑和有機絮凝劑2大類，其中無機絮凝劑又包括無機凝聚劑和無機高分子絮凝劑；無機高分子絮凝劑由于具有毒副性較小，價格便宜，電中和能力強，用量小，絮凝能力強等優(yōu)點，廣泛應用于各種污水處理領(lǐng)域。

活化硅酸是一種帶負電荷的無機高分子絮凝劑，通常采用中和法即水玻璃(主要成分為硅酸鈉)加酸活化而成，游離出來的中性SiO2(以H4SiO4形式存在)逐漸縮聚，經(jīng)羥基和氧基橋聯(lián)形成陰離子型的無機高分子[1-3]，凈水中起作用的是活化過程中某一階段的中間產(chǎn)物聚硅酸，其分子結(jié)構(gòu)中含有很多羥基，利用這些羥基的氫鍵作用吸附溶液中污染物分子，從而達到絮凝的效果[4-5]。實驗以黃磷爐渣為原料，硝酸為浸取劑，通過正交實驗設(shè)計確定制備活化硅酸處理云南滇池水絮凝效果的最佳條件，并測定絮凝處理后的濁度和COD去除率。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

HH-S4數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇省金壇市晶玻實驗儀器廠；精密電動攪拌器：江蘇省金壇市大地自動化儀器廠；85-2恒溫磁力攪拌器：常州澳華儀器有限公司；721B型分光光度計：上海第三分析儀器廠生產(chǎn)。

1.2 實驗藥品及原料

黃磷爐渣取自云南澄江磷化學工業(yè)公司，主要成分見表1[6-7]；硝酸：分析純，重慶川東化工(集團)有限公司化工試劑廠。

表1 黃磷爐渣的化學成分

水樣取自云南滇池呈貢區(qū)，外觀呈黃綠色、原水溫度約20 ℃、pH≈6.4、水質(zhì)濁度約93.76度、COD≈80.36 mg/L。

1.3 實驗方法

1.3.1 活化硅酸的合成

將20g黃磷爐渣加到質(zhì)量分數(shù)10%～35%的硝酸溶液中，在20～95 ℃的水浴鍋中以350 r/min的攪拌速度反應10～110 min，保持液固質(zhì)量比在10∶1～35∶1，控制反應終點物料pH=1～2，反應完成后，再將物料在50 ℃下恒溫靜置活化1.5 h，即得灰色粘稠狀聚合活化硅酸液體。

1.3.2 絮凝實驗

取滇池污染水樣200 mL，加入10 mL活化硅酸，在恒溫磁力攪拌器上先快速攪拌1 min(約300 r/min)，然后中速攪拌1 min(約120 r/min)，再慢速攪拌10 min(約50 r/min)，最后靜置30 min后，在液下1.5 cm處取清液測定濁度和COD。

1.4 檢測方法

濁度采用分光光度法(GB13200—91)測定，COD采用重鉻酸鉀法(GB11914—89)測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實驗

探索實驗表明，浸取溫度、浸取時間、液固質(zhì)量比和w(HNO3)對活化硅酸處理滇池污染水的絮凝效果影響明顯，選取這4個因素進行正交實驗，各因素取4水平，以濁度和COD去除率為指標且指標越大越好。因此，選用L16(45)正交表，因素水平確定見表2，實驗方案和實驗結(jié)果見表3，極差分析結(jié)果見表4。

表2 L16(45)正交實驗因素水平表

表3 L16(45)正交實驗結(jié)果

表4 L16(45)正交實驗結(jié)果極差分析

續(xù)表

2.2 結(jié)果分析

從表4可知，影響濁度去除率的因素依次為：D>A>C>B，優(yōu)方案為D3A4C4B4；影響COD去除率的因素依次為：D>B>A>C，優(yōu)方案為D1B3A3C4。

由上述分析可知，各因素對不同指標的影響程度不同，為了得到同時影響2項指標的優(yōu)方案，采用綜合平衡法尋找實驗優(yōu)方案，具體分析如下。

因素A：對于濁度去除率指標，因素A是第2影響因素，而在COD去除率指標中為第3影響因素，綜合考慮，選取A4。

因素B：因素B在濁度去除率指標中為第4影響因素，在COD去除率指標中是第2影響因素，綜合平衡選取B3。

因素C：對于濁度去除率指標，因素C是第3影響因素，在COD去除率指標中為第4影響因素，且可以認為均為次要影響因素，綜合平衡選取C4。

因素D：對于考察的2個指標，因素D都是主要影響因素，但優(yōu)水平不相同，濁度去除率指標為D3，COD去除率指標為D1，綜合考慮實驗處理成本及操作安全性等因素，平衡后選取D3。

所以，通過綜合平衡法可以得出最終的優(yōu)方案為A4B3C4D3，即合成溫度70 ℃，合成時間70 min，液固質(zhì)量比18∶1，w(HNO3)=15%。

2.3 驗證性實驗

為確證該工藝的優(yōu)劣和穩(wěn)定性，根據(jù)所篩選的最佳條件驗證3組實驗，結(jié)果見表5。

表5 驗證實驗結(jié)果

由表5可知，在優(yōu)方案A4B3C4D3下，驗證實驗表明，所篩選的制備工藝條件基本穩(wěn)定,實驗結(jié)果重現(xiàn)性很好，濁度去除率和COD去除率分別達98%和75%。

3 結(jié) 論

(1) 以黃磷爐渣為硅源，硝酸為浸取劑，經(jīng)分解、聚合、活化可制得灰色粘稠狀的無機高分子活化硅酸絮凝劑，既充分利用了黃磷爐渣，又顯著降低了活化硅酸絮凝劑的生產(chǎn)成本，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

(2) 通過正交實驗設(shè)計，運用極差分析方法確定制取活化硅酸的最優(yōu)條件為：浸取溫度70 ℃，浸取時間70 min，液固比18∶1，w(HNO3)=15%，并精確地估計各因素對實驗結(jié)果影響是否重要及估計了誤差的大小。驗證實驗表明，實驗結(jié)果重現(xiàn)性很好

(3) 制備的活化硅酸絮凝劑對云南滇池水具有較好的濁度和COD去除率，分別達98%和75%。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 潘海祥,任基成,熊珍奎.活化硅酸在低溫、低濁水庫水處理中的應用[J].水處理技術(shù),2008,34(6):59-61.

[2] Weiying Xu,Baoyu Gao,Yan Wang,et al.Influences of polysilicic acid in Al13 species on floc properties and membrane fouling in coagulation/ultrafiltration hybrid process[J].Chemical Engineering Journal,2011,11(107):407-415.

[3] Shuqin Bai,Yoshihiro Okaue,Takushi Yokoyama.Depolymerization of polysilicic acid by tiron[J].Polymer Degradation and Stability,2009,6(006):1795-1799.

[4] 石鍵,張陽光,周海峰,等.不同溫度下活性硅酸三種形態(tài)的變化特點[J].南通大學學報(自然科學版),2009,8(3):51-54.

[5] Martin Dietzel.Dissolution of silicates and the stability of polysilicic acid[J].Geochimica et Cosmochimica Acta,2000,64(19):3275-3281.

[6] 蘇毅,李國斌,夏舉佩,等.黃磷爐渣資源化的試驗研究[J].礦 冶,2008,17(1):26-29.

[7] 馬艷麗,蘇 毅,康新穎,等.黃磷爐渣制取硫酸鈣的實驗研究[J].化學工程,2011,39(3)：99-102.