聚硅酸铝铁+壳聚糖复合絮凝剂的制备与应用

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本研究将无机高分子絮凝剂聚硅酸铝铁(PSAF)与天然有机高分子絮凝剂壳聚糖(CTS)进行复配,制备成新型的无机—有机复合絮凝剂:PSAF+CTS复合絮凝剂。该复合絮凝剂综合了PSAF絮凝剂和CTS絮凝剂各自的优点,使得PSAF+CTS新型絮凝剂,对废水的适应能力更强,处理效果更优,成本更低。本文主要探讨了该复合絮凝剂的最优制备工艺条件、制备前后物质结构变化、水处理絮凝效果和絮凝机理、PSAF+CTS与其制备单体及聚合氯化铝(PAC)絮凝能力的优劣比较以及经济效益分析。结果表明:(1)PSAF+CTS复合絮凝剂的最佳制备条件为:pH值为1.4~1.8、反应温度为70℃、原料配比(PSAF∶CTS质量比)为1∶1、反应时间为24h。(2)红外图谱显示:PSAF与CTS通过一系列反应生成的PSAF+CTS复合絮凝剂是一种新型的聚合多核配位化合物。扫描电镜图显示:反应后PSAF+CTS中的PSAF、CTS都发生了结构上的变化,与反应前的PSAF、CTS单体有本质的不同。PSAF+CTS中有三种不同的结构同时存在:CTS为半透明无分层薄片状,在高倍放大后不明显;PSAF为一种连续无空隙凹凸不平的褶皱状;两者之间类似于多孔的蜂窝状部分则是二者在反应中生成的新结构。(3)PSAF+CTS复合絮凝剂对多种废水的浊度都具有很好的处理效果。最高浊度去除率都能达到99%以上;对浊度大、颜色深的废水色度去除效果较好;对生活污水、畜禽粪水、造纸废水COD有较高的去除率,都能达到75%以上。其中对畜禽粪水的COD去除率能达到84.7%,表明其对畜禽粪水中COD有更高的处理能力。PSAF+CTS虽是强酸性絮凝剂,但在投加量较低的情况下,就能得到较好的处理效果,所以对处理后水样的pH影响很小。PSAF+CTS对废水重金属离子的去除效果不佳,除了对Cr6+能达到100%的去除率,对Ni2+能达到82.2%的去除率以外,对Cu2+、Zn2+、Cd2+的去除率都不高,特别是对Zn2+最高只有45%的去除率。PSAF+CTS作为无机—有机复合絮凝剂的性质,决定了它的絮凝机理比较复杂。主要是压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀网捕、螯合作用等几种机理的综合作用。(4)以畜禽粪水为供试废水,PSAF+CTS复合絮凝剂在投加量较低时,浊度、色度、COD的去除效果均优于未复配的PSAF、CTS单体、PSAF和CTS直接混合物、以及工业上大量应用的聚合氯化铝(PAC)絮凝剂。并且,絮凝处理后水中Al3+的残余量为0.11mg/L,远低于PAC的0.69 mg/L,SiO2的残余浓度也很低,这说明PSAF+CTS复合絮凝剂是一种高效、环保的絮凝剂。(5)PSAF+CTS复合絮凝剂的制备成本较低,实验室制备PSAF+CTS溶胶的材料成本价格为每升1.7255元。PSAF+CTS复合絮凝剂对污水的处理方法简便,可以处理多种工业废水及生活污水,处理费用低廉,并可在经典的化学沉淀装置上直接投放,技术适应性较强,具有很好处理效果及一定的经济效益。
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