楊依民，孔德順，周鵬宇，蔣治衛(wèi)，施 蘭，孫 尋

(六盤水師范學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，貴州 六盤水 553004)

煤炭加工過程中產(chǎn)生的洗煤廢水必須經(jīng)過處理達(dá)標(biāo)后才可排放或循環(huán)利用。洗煤廢水常用聚合氯化鋁(PAC)、聚丙烯酰胺(PAM)等進(jìn)行絮凝處理。聚硅酸硫酸鋁鐵(PAFSS)是一種新型高分子絮凝劑，是聚硅酸與金屬鹽復(fù)合產(chǎn)物[1-2]，具有電中和作用強(qiáng)、礬花大、易沉降、污泥體積小、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)；并且與PAM復(fù)合使用時(shí)具有更佳處理效果，可很大程度上減少絮凝劑用量[3-4]。試驗(yàn)研究了用硫酸鐵、硫酸鋁及硅酸鈉為原料制備PAFSS，并考察所制備的PAFSS處理洗煤廢水的效果。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)試劑及儀器

試劑：Al2(SO4)3、Fe2(SO4)3、Na4SiO4、H2SO4、NaOH，均為分析純；洗煤廢水(模擬配制)。

儀器：pHS-25型pH計(jì)，WGZ-1A型濁度計(jì)，MP3002型電子天平，M1-211A型家用美的微波爐，TD-2500型X射線多晶衍射儀(XRD)等。

1.2 PAFSS的制備及PAM配制

稱取一定質(zhì)量硅酸鈉，在錐形瓶中加水?dāng)嚢柚镣耆芙?，調(diào)pH至1.5，活化15 min，再加入相應(yīng)量硫酸鋁和硫酸鐵溶液，充分混合后放入微波爐中加熱反應(yīng)。其他條件：二氧化硅質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，微波爐功率700 W，n(Fe3+)/n(Al3+)=1/1，n(Fe3+)/n(SiO2)=10/1，微波加熱時(shí)間3 min。微波加熱結(jié)束后，在室溫下熟化24 h，制得PAFSS。

取999 mL蒸餾水，邊加熱邊攪拌，然后緩慢加入PAM 1.000 0 g，使其完全溶解，獲得PAM溶液。

1.3 模擬洗煤廢水的處理

取1 000 mL大燒杯，量取800 mL模擬洗煤廢水，調(diào)洗煤廢水pH至一定值，然后加入一定量PAFSS，劇烈攪拌之后加入一定量PAM，然后放在攪拌器上先快速攪拌(1 000 r/min)再慢速攪拌(60 r/min)，最后靜置15 min。取上清液測定其濁度，并計(jì)算去濁率。計(jì)算公式為

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 PAFSS的XRD分析

將制備的PAFSS在高溫、真空條件下烘干至呈淺黃色松軟粉體，裝片后進(jìn)行XRD物相分析[5]，結(jié)果如圖1所示。

圖1 PAFSS的XRD分析圖譜

由圖1看出：所制備PAFSS的XRD分析圖譜中無明顯特征衍射峰，即不存在硫酸鋁、硫酸鐵和硅酸鈉，說明產(chǎn)物聚合良好；聚合后的產(chǎn)品主要呈無定形態(tài)。

2.2 PAFSS處理洗煤廢水

2.2.1 洗煤廢水pH對(duì)去濁率的影響

取5個(gè)1 000 mL大燒杯，各加入800 mL模擬洗煤廢水，分別調(diào)pH至5.0、6.0、7.0、8.0、9.0，然后加入2 mL PAFSS，劇烈攪拌之后加入2 mL PAM，然后放在攪拌器上先快速攪拌3.0 min，再慢速攪拌2.0 min，最后靜置15.0 min。廢水pH對(duì)洗煤廢水去濁率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 廢水pH對(duì)洗煤廢水去濁率的影響

由圖2看出：pH介于5.0～6.0范圍內(nèi)，隨pH增大，洗煤廢水去濁率迅速提高，并在pH=6.0時(shí)達(dá)最大，為98.38%；而pH大于6.0后，廢水去濁率隨pH增大而緩慢下降。PAFSS是通過水解時(shí)產(chǎn)生的帶正電的鹽基團(tuán)與洗煤廢水中的帶負(fù)電的膠體和懸浮顆粒發(fā)生電中和、吸附架橋等作用，并在羥基作用下形成宏觀絮凝團(tuán)從而凈化洗煤廢水[6]。試驗(yàn)中，pH較低時(shí)，H+濃度較高，抑制了PAFSS中離子的水解，產(chǎn)生的鹽基團(tuán)不足以將洗煤廢水中的雜質(zhì)完全沉降，降低了凈化效果，故當(dāng)pH增大時(shí)去濁率提高；而當(dāng)pH大于6.0以后，再繼續(xù)增大pH，廢水中過多的羥基會(huì)與水解的鹽相結(jié)合發(fā)生沉降，從而使水解產(chǎn)生的基團(tuán)不足以凈化廢水中的雜質(zhì)。綜合考慮，確定廢水pH=6.0為宜。

2.2.2 PAFSS用量對(duì)去濁率的影響

取5個(gè)1 000 mL大燒杯，各加入800 mL模擬洗煤廢水，調(diào)pH=6.0，然后分別加入不同量PAFSS，劇烈攪拌之后再加入2 mL PAM，然后在攪拌器上先快速攪拌3.0 min，再慢速攪拌2.0 min， 最后靜置15.0 min。PAFSS用量對(duì)洗煤廢水去濁率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 PAFSS用量對(duì)洗煤廢水去濁率的影響

由圖3看出：隨PAFSS用量增加，洗煤廢水去濁率迅速下降；PAFSS用量為2 mL時(shí)，水解產(chǎn)生的金屬鹽基團(tuán)基本上可以與廢水中的膠體和懸浮物完全中和；PAFSS用量不到2 mL時(shí)，水解的金屬鹽基團(tuán)不足以沉降廢水中的雜質(zhì)，而當(dāng)PAFSS用量大于2 mL時(shí)，多余的帶正電金屬鹽基團(tuán)會(huì)干擾電荷平衡，破壞已形成的絮凝團(tuán)，使已經(jīng)絮凝的雜質(zhì)重新懸浮，降低PAFSS去濁率。綜合考慮，確定PAFSS最佳用量為2 mL。

2.2.3 PAM用量對(duì)去濁率的影響

取5個(gè)1 000 mL大燒杯，各加入800 mL模擬洗煤廢水，調(diào)pH=6.0，加入PAFSS 2 mL，劇烈攪拌之后分別加入1～5 mL PAM，然后放在攪拌器上先快速攪拌3.0 min再慢速攪拌2.0 min，最后靜置15.0 min。PAM用量對(duì)洗煤廢水去濁率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 PAM用量對(duì)洗煤廢水去濁率的影響

由圖4看出：PAM用量在1～3 mL之間時(shí)，洗煤廢水去濁率隨PAM用量增加而提高；當(dāng)PAM用量為3 mL時(shí)達(dá)最大，為98.00%；繼續(xù)增加PAM用量，廢水去濁率則迅速降低。PAM的作用是在PAFSS形成絮凝團(tuán)后更進(jìn)一步增大絮凝團(tuán)體積而促進(jìn)絮凝團(tuán)沉降；但當(dāng)PAM超過一定量時(shí)，反而會(huì)破壞絮凝團(tuán)的穩(wěn)定性，降低去濁率。綜合考慮，確定PAM適宜用量為3 mL。

2.2.4 快速攪拌時(shí)間對(duì)去濁率的影響

取5個(gè)1 000 mL大燒杯，各取800 mL模擬洗煤廢水，調(diào)洗煤廢水pH=6.0，加入PAFSS 2 mL，劇烈攪拌之后再加入3 mL PAM，然后放在攪拌器上分別快速攪拌再慢速攪拌2.0 min，最后靜置15.0 min?？焖贁嚢钑r(shí)間對(duì)洗煤廢水去濁率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 快速攪拌時(shí)間對(duì)洗煤廢水去濁率的影響

由圖5看出：隨快速攪拌時(shí)間延長，洗煤廢水去濁率迅速提高，攪拌3.0 min時(shí)達(dá)最高，為98.38%；快速攪拌時(shí)間再繼續(xù)延長，廢水去濁率快速降低?？焖贁嚢璧淖饔檬菍AFSS均勻分散到廢水中，使水解出的鹽基團(tuán)與廢水中的膠體和顆粒懸浮物接觸充分；快速攪拌時(shí)間較短時(shí)，接觸不充分，不能完全中和，故去濁率較低；當(dāng)快速攪拌時(shí)間過長，均勻分布體系又不斷被打亂，也不能充分接觸并完全中和，也會(huì)對(duì)去濁不利。綜合考慮，確定適宜的快速攪拌時(shí)間為3.0 min。

2.2.5 慢速攪拌時(shí)間對(duì)去濁率的影響

取5個(gè)1 000 mL大燒杯，各加入800 mL模擬洗煤廢水，調(diào)pH=6，加入PAFSS 2 mL，劇烈攪拌之后加入3 mL PAM，快速攪拌3.0 min后慢速攪拌1.0～5.0 min，最后靜置15.0 min。慢速攪拌時(shí)間對(duì)洗煤廢水去濁率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 慢速攪拌時(shí)間對(duì)洗煤廢水去濁率的影響

由圖6看出：隨慢速攪拌時(shí)間延長，洗煤廢水去濁率迅速提高，并在2.0 min時(shí)達(dá)最大，為98.38%；慢速攪拌時(shí)間再延長，廢水去濁率又快速降低。慢速攪拌時(shí)間為2.0 min時(shí)，金屬鹽基團(tuán)對(duì)廢水中雜質(zhì)的作用較為徹底并且對(duì)礬花的破壞最小，可以使絮凝團(tuán)增大易于沉降；但慢速攪拌時(shí)間超過2.0 min后，不僅礬花被破壞，絮凝平衡也被破壞，已形成的絮凝團(tuán)被打破不利于沉降，故去濁率降低。綜合考慮，確定慢速攪拌時(shí)間以2.0 min為宜。

3 結(jié)語

用自制的聚合硫酸鐵鋁絮凝劑處理洗煤廢水是可行的，適宜條件下(廢水體積800 mL，廢水pH=6，PAFSS用量2 mL，PAM用量3 mL，快速攪拌時(shí)間3.0 min，慢速攪拌時(shí)間2.0 min)，廢水去濁率可達(dá)98.38%，去濁效果較好。