聚合氯化铝的制备及在微污染水处理中的应用 4页

第24卷第4期化学研究与应用Vo1．24，No．42012年4月ChemicalResearchandApplicationApr．，2012文章编号：1004—1656(2012)04—0626-04聚合氯化铝的制备及在微污染水处理中的应用郑怀礼，陆兰英，范伟，阳春，谭铭卓，卢伟，孙永军，陈文源，蒋绍阶(1．重庆大学教育部三峡库区生态环境重点实验室，重庆400045；2．江门市慧信净水材料有限公司，广东江门529000)摘要：用酸溶法制备聚合氯化铝，对合成产品进行红外光谱分析，并应用于微污染原水的处理。处理微污染原水结果表明：当投加量为40．0mr／L，pH值为6．0—9．0时，剩余浊度达到1．0NTU以下，总有机碳(TotalOr-ganicCarbon，TOC)去除率达到41．2％。对比试验结果表明自制的聚合氯化铝的除浊效果优于一些常见工业聚合氯化铝。关键词：聚合氯化铝；制备；微污染原水；水处理；水处理剂中图分类号：0635．2；X703．1文献标识码：APreparationofpolyaluminumchlorideandapplicationinmicro-pollutedrawwaterZHENGHuai．1．i．，LULan．ying，FANWei，rANGChun，TANMing—zhuo，LUWei‘，SUNYong．jun，CHENWen．yuan，JIANGShao-jie‘(1．KeylaboratoryoftheThreeGorgesReservoirRegion'sEco—Environment，StateMinistryofEducation，ChongqingUniversity，Chongqing，400045，China；2．JiangmenWealthWaterPufi~ingAgentCo．，Ltd．，Jiangmen529000，China)Abstract：Inthispaper，wemeasuredtheoptimalpreparationconditions，infraredspectroscopyanalysisandcoagulation／floceulationperformanceofthepolymericaluminumchloridebyacid·-leachingtechnology．Operatingvariablessuchascoagulantdosageandmi·-cro-pollutedrawwaterinitialpHwhichcould'affectthecoagulationbehaviorofthesyntheticproductwereexperimentallytested．Thetreatmentefficiencywereevaluatedbyinvestigatedboththereductionoftotalorganiccarbon(TOC)andresidualturbidity．There—movalefficiencyofTOCwasachieved41．2％．theresidualturbidityWaslessthan1NTUwhenthecoagulantdosagewas40．0mg／LandpHWas6，0～9．0．Meanwhile，comparedwiththeindustrialPACinapplicationofmicro·pollutedrawwater，theefficiencyofturbidityoftheself-makePACwashierthantheindustrialPAC．Keyword：．polyaluminumchloride；pret,aration；micro—pollutedrawwater；watertreatment；watertreatmentagent近年来，随着城市化和工业化程度的不断提况，随着水质标准逐渐提高，微污染水处理技高，水资源环境日益受到严重污染导致水质恶术是给水处理领域的一个重要课题。絮凝化。国内许多饮用水水源呈现微污染状法是一种重要的水处理技术，絮凝剂种类、性质收稿日期：2011437-29修回日期：2011439-09基金项目：国家水污染控制与治理科技重大专项(2009ZX07424-004)资助项目；重庆市工业发展基金(产研专项：10一cxy-09)资助项目；国家自然科学基金(51078366)资助项肼联系人简介：郑怀礼(1957-)，男，教授，博士生导师，主要从事水污染控制研究。E-mail：zhl@cqu．edu．cn\n第4期郑怀礼等：聚合氯化铝的制备及在微污染水处理中的应用627是决定絮凝处理效果好坏的关键因素。聚合氯化55℃左右烘干，用KBr压片，在400～4000cm范铝(PAC，Polyaluminumchloride)是无机高分子絮围内测定它的红外光谱。凝剂，本质上是铝离子水解一聚合．沉淀反应过程1．4水处理絮凝实验的中间产物¨，具有形成絮体快、沉淀性能好等水处理絮凝实验的水样为嘉陵江江水，用优点。PAC絮凝效果与其盐基度存在正相关关1000ml的烧杯盛装，用0．5mol／L盐酸或0．5系¨。为了降低PAC的制备成本，一般用铝酸mol／L氢氧化钠调节pH值。将水样在混凝试验钙调节PAC的盐基度，同时据文献¨表明钙的加搅拌器上搅拌后，静置沉淀30rain，取上清液测定入可增加PAC中A1，，的含量，ca与铝可形成铝浊度和TOC含量。钙异核水合共聚物，对PAC的Zeta电位和黏度有明显影响，故研究含钙聚合氯化铝制备及应用具2结果与讨论有重要意义。本文以铝酸钙粉为部分原料，用酸溶法制备2．1红外光谱分析聚合氯化铝絮凝剂，并应用于微污染水的处理J，图1为合成产品的红外图谱。由图可知，在处理余浊达到1．0NTU以下，TOC去除率较高，达3001—3680em有一强的宽吸收峰，是聚合铝中到41．2％。与铝离子相连的-OH和样品中吸附水分子中的．OH基团的伸缩振动产生的吸收峰，在波数1600—1实验部分1700cm之间为典型的一OH及水分子中一OH的弯曲振动产生的吸收峰，说明合成产品中可能含有1．1主要原料与仪器结构水和吸附水，有羟基结构存在。铝酸钙粉(新密市开阳特种建材有限公司，其据文献指认【1，在970—930cm处的吸收峰化学组成如下：A12O353．11％，CaO32．17％，SiO2为A1一OH—A1的面内弯曲振动吸收峰，在625cm7．56％，TiO22．83％，Fe2O31．96％，MgO0．74％，烧处的吸收峰为AI—OH的整体弯曲振动吸收峰。由失量为0．18％，其他1．45％)；浓盐酸(AR，重庆图1可知，在1000～927cm处有一处弱的吸收川东化工集团)。峰，在663～500cm有一处较强的吸收峰，说明精密电子天平ALl04(梅特勒一托利多仪器有合成产品中有聚合态铝存在。限公司)；YHCOD-100型COD自动消解回流仪(江苏省金坛市正基仪器有限公司)；IRPrestige-21型红外光谱仪(日本SHIMADZU公司)；E201一C型pH计(上海精宏实验设备有限公司)；ZR4-6型混凝实验搅拌机(深圳中润水工业技术发展有限公司)；德国elementarTOC总有机碳(总氮)分析仪liquidTOClI；HACH2100Q型浊度仪。1．2制备方法及优化的制备条件称取10．0g铝酸钙粉，置于锥形瓶中，加入一定量的盐酸，将锥形瓶置于IO0~C自动消解回流仪图1红外图谱上加热反应一定时间，取出并将产品转移至烧杯，Fig．1Infraredspectroscopychartoftheproduct静置一段时间，过滤，上清液即为聚合氯化铝产品。2．3水处理混凝实验考察盐酸量、反应温度、聚合时间对合成产品实验水样为重庆市嘉陵江瓷器口段江水，江性能的影响，确定其制备优化条件为：铝酸钙粉水水质指标：浊度15．8NTU，TOC3．52mg／L，pH10。0g，盐酸量为35．0ml，温度为100℃，聚合时间值8．0。为2．5h时，合成产品氧化铝含量为10．6％，盐基实验时，取1．0L水样，调节搅拌参数为：400度达92．6％。r／min搅拌30s，150r／min搅拌3rain，60r／rain搅1．3红外光谱分析拌7min。搅拌结束后沉降30min，取上清液，测将自制的聚合氯化铝置于真空干燥箱中，于定浊度和TOC。使用的絮凝剂为本研究优化制备\n628化学研究与应用第24卷条件下制备的含钙聚合氯化铝。凝效果降低；随着pH值的增大，投加的絮凝剂水2．3．1投加量对浊度及TOC去除率的影响不解生成的低电荷的正电多核络离子或金属化合物调节水样的pH值，絮凝剂投加量(以A1O，计，下凝聚物对脱稳的微粒产生粘结架桥作用，使胶粒同)为10．0，20．0，30．0，40．0，50．0，60．0，70．0聚集沉淀，从而使剩余浊度降低，TOC去除率增mg／L。试验结果见图2。大；当pH过高时，絮凝剂容易水解，混凝效果较由图2可知，随着投加量的增加，剩余浊度先低。试验水样的pH值为8．0，所以不需要调节水迅速降低后略有上升，TOC去除率先上升后逐渐样的pH值，就可以达到很好的去除浊度和TOC下降。这是因为在一定范围内，当絮凝剂用量增的效果。大时，其电中和能力和吸附作用增强，所以剩余浊2．3．3‘与工业PAc除浊效果比较不调节水样度降低，TOC去除率提高；当絮凝剂投加量过多的pH值，投加量为10．0，20．0，30．0，40．0，50．0，时，胶体所带电荷发生逆转，胶体之间产生排斥60．0，70．0mg／L，试验结果见图4。力，水中的胶粒又会重新获得稳定，出现反脱稳现两种絮凝剂投加量均为40．0mg／L，调节水样象，因此絮凝效果变差。当投加量为40．0mg／L的pH值为5。0，6．0，7．0，8．0，9．0，10．0。试验结时，上清液剩余浊度小于1NTU，TOC去除率为果见图5。42．3％，故在本试验条件下最佳投加量为40．0由图4可知，处理相同的水样，在相等投加量mL。下，自制的PAC处理的剩余浊度低于工业PAC。自制PAC在投加量为40．0mg／L，就可使剩余浊度小于1NTU，而工业PAC在投加量为50．0mg／L时才能使剩余浊度降到1N1T【J以下。图2投加量对除浊及TOC去除率的影响Fig．2EffectsofcoagulantdosesOilturbidityandTOCremoval图4投加量对除浊的影响Fig．4Effectsofcoagulantdosesonturbidityremoval图3pH值对除浊及TOC去除率的影响Fig．3Effectsofmicro—pollutedrawwaterinitialpHonturbidityandTOCremoval2．3．2pH值对浊度及TOC去除率的影响投加图5pH值对除浊的影响量为40．0mg／L，调节水样pH值为5．0，6．0，7．0，Fig．5Efectsofmicro·pollutedrawwaterinitial8．0，9．0，10．0，试验结果见图3。pHonturbidityremoval由图3可知，当pH值在6．0～9．0时，剩余浊度均小于1NTU。水样的pH值对TOC的去除率由图5可知，pH值对两种絮凝剂除浊效果的影响较大。当pH值在6．0～10．0时，TOC去除率影响趋势一致，随着pH值的增大，剩余浊度先迅均较高，在30．0％左右，当pH值为8．00时，TOC速降低，其次平缓下降，最后略有上升。在pH值去除率为41．2％。这是因为：当pH值过低时，水5．0和10．0时，两种絮凝剂的除浊效果均较差。中阳离子较多，混凝剂的电中和能力减弱，从而混在pH值6．0—9．0时，两种絮凝剂的除浊效果比\n第4期郑怀礼等：聚合氯化铝的制备及在微污染水处理中的应用629较稳定，且自制絮凝剂的剩余浊度低于工业PAC。’(2)自制絮凝剂处理微污染原水，得到最佳投试验结果表明在本试验条件下，自制PAC的加量为40．0mg／L，适用pH为6．0—9．0，剩余浊浊度处理效果优于一些常见的工业PAC。度达到1．0NTU以下，TOC去除率最高达到41．2％，说明自制絮凝剂对微污染原水具有较好3结论的处理效果。(3)在本试验条件下处理微污染原水，自制的(1)红外光谱分析表明合成产品中有聚合态絮凝剂的除浊效果优于一些常见工业聚合氯化铝和羟基结构存在。铝。参考文献：[1]高廷耀，陈洪斌，夏四清，等．我国水污染控制的思考[11]LiFeng-ting，HeYan，PanHong~ie．Studyoftheinfluen·[J]．给水排水，2006，32(5)：9-l3．tialfactorsofpolyaluminumchlorideonthecoagulation[2]SylwiaMozia，MariaTomaszewska．Treatmentofsurfaceperformance[J]．1ndustr．WaterTreatm．2008，28(1O)：waterusinghybridprocesses·adsorptiononPACandultra·-4043．filtration[J]．Desalination，2004，(162)：23-31．[12]宁寻安，李润生，温琰茂．聚合氯化铝中和Al，，的[3]邱志群，舒为群，曹佳．我国水中有机物及部分持久性形态分布规律[J]．环境化学，2007，26(3)：352-356．有机物污染现状[J]．癌变畸变突变，2007，19(3)：188．[13]WANGZhong—hua，BIANXiao-qin．Studyonthesynthe-193．sisandflocculationperformanceofPolysilicateAlumin—[4]Tak-HyunKim，ChulhwanPark，JeongmokYang，eta1．iumFerric[J]．1ndust．Saf．Envi~m．Prote．，2009，(5)：Comparisonofdisperseandreactivedyeremovalsbyl1．12．chemicalcoagulationandfentonoxidation[J]．Hazard．[14]ZHENGHuM—li，LIUKe-wan．ProgressinresearchesonMater．，2004，112(1-2)：95-103．inorganicpolymercompositefLocculantsanddeveloping[5]宁海丽，朱琨．微污染水处理技术研究进展[J]．环境科trend[J]．Techn．WaterTreat．t，2004，30(6)：315-319．学与管理，2006，31(2)：98-100．[15]胡弘鲲，刘永春，谢家理，等．用铝酸钙粉制备聚合氯[6]张亮，张玉先，包卫彬，等．生物滤池处理微污染水源水化铝铁絮凝剂的研究[J]．四川大学学报(自然科学试验研究[J]．工业用水与废水，2007，38(5)：24-28．版)，2002，39(1)：88-91．[7]聂小保，张鹏．强化混凝与活性炭联用处理赣江微污染[16]赵华章，栾兆坤，蒋展鹏．钙对铝水解聚合反应及聚合水源水试验[J]．环境工程，2007，25(3)：90-91．铝物化特性的影响[J]．无机化学学报，2004，20(9)：[8]潘碌亭，束玉保，王键，等．聚合氯化铝絮凝剂的制备技1045—1049．术研究现状与进展[J]．工业用水与废水，2008，39[17]A．W．Zularisam，A．F．Ismail，M．R．Salim，eta1．Appli-(3)：21-25．cationofcoagulation—uhrafiltrationhybridprocessfor[9]ZHENGHuai—li，ZHUGuo-cheng，JIANGShan-jie，eta1．drinkingwatertreatment：optimizationofoperatingeondi—Investigationsofcoagulation-floceulationprocessbyper-tionsusingexperimentaldesign[J]．．PTechno1．，formanceoptimizationmodelpredictionandfractalstruc-2009，65(2)：193—210．tureoffloes[J]．Desalination，2011，(269)：148—156．[18]周风山，王世虎，苏金柱．增效反应中聚合氯化铝红外[1O]郑怀礼，焦世瑁，何强，等．聚磷硫酸铁复合絮凝剂中结构特征的变化[J]．光谱学与光谱分析，2004，24铁的形态分布研究[J]．光谱与光谱分析，2011，31(5)：532-535．(2)：551．554．(责任编辑钟安永)