聚硅氯化铝铁絮凝剂的制备及应用研究*

赵 丽，张 庆，赵明明，尹国勋

(1．河南理工大学资源环境学院，河南焦作454003;2．河南省地质矿产勘查开发局第二地质队)

聚硅氯化铝铁絮凝剂的制备及应用研究*

赵 丽1，张 庆2，赵明明1，尹国勋1

(1．河南理工大学资源环境学院，河南焦作454003;2．河南省地质矿产勘查开发局第二地质队)

以工业固废赤泥、粉煤灰以及盐酸等为原料，采用酸浸的工艺制备聚硅氯化铝铁絮凝剂。初步研究了该絮凝剂的生产工艺条件及产品对皮革废水的絮凝效果。实验结果表明:制备聚硅氯化铝铁絮凝剂的最佳工艺条件为粉煤灰和赤泥的质量比为1∶2，焙烧温度为850℃，液固体积质量比为5 mL/g，在此条件下原料中铁的最大浸出率为73．9%。絮凝剂对皮革废水的最佳投放量为250 mg/L，产品对皮革废水COD、SS的去除率可高达73．91%、97．86%，处理过的水透光度高。

粉煤灰;赤泥;聚硅氯化铝铁;絮凝剂

聚硅氯化铝铁(PSAFC)絮凝剂是新型复合无机高分子絮凝剂，其在工业用水的预处理，各类工业废水的处理和生活污水、污泥的处理等方面有着广阔的应用前景［1］。焦作市工业固体废物赤泥、粉煤灰均含有一定的铝、铁和硅成分，但目前粉煤灰仅作为建筑材料使用，利用率在30%左右，赤泥尚未做工业应用。笔者研究了利用粉煤灰和赤泥制备新型复合絮凝剂PSAFC的工艺方法及其在废水中的应用，这对于有效减少焦作市工业固废的堆存量及实现絮凝剂的低成本工业化生产具有重要意义。

1 实验部分

1．1 主要原料、仪器及分析测试方法

粉煤灰和赤泥分别取自焦作电厂的王掌河粉煤灰堆放场和焦作中州铝厂的赤泥堆放场;粉煤灰和赤泥中w(Al2O3)分别为29．3%、12．68%， w(Fe2O3)分别为5．05%、11．3%，w(SiO2)分别为49%、18．47%［2］;自然风干，控制粒径小于150 μm备用。盐酸、无水碳酸钠、氯化钠，均为分析纯试剂。

KSW－4D－11型马弗炉，JB－3型定时恒温磁力搅拌器，ZR4－6混凝实验搅拌机，pHS－3C型酸度计，WGZ－200数字式浊度仪。

COD采用重铬酸钾法测定;SS采用重量法测定。

1．2 絮凝剂的制备工艺

絮凝剂的制备流程分为3个阶段:焙烧、酸浸、过滤。首先将赤泥和粉煤灰按照一定比例混合后加入一定的无水碳酸钠和氯化钠，充分混合均匀后，一定温度下在马弗炉内进行焙烧。将焙烧产物按一定的液固体积质量比(简称液固比)加入盐酸后，在带有回流冷凝管的磨口锥形瓶中进行反应，锥形瓶放在定时恒温磁力搅拌器下于100℃反应2 h。将反应后的物料进行过滤，滤液即为成品。滤液中铁的含量测定方法见文献［3］。

1．3 PSAFC处理皮革废水的实验

采用混凝实验搅拌机在1 000 mL烧杯中进行实验。取原水样300 mL，加入絮凝剂并用蒸馏水稀释到600 mL，启动搅拌器，先快速(100 r/min)搅拌3 min，再慢速(30 r/min)搅拌7 min。从搅拌杯中提出桨叶，静置30 min。用50 mL注射器从距液面3 cm处抽取上清液约300 mL，测其COD、pH、浊度、SS、水温。

2 结果与讨论

2．1 粉煤灰与赤泥配比的确定

其他条件不变改变粉煤灰和赤泥的质量比，原料中铁的浸出率测定结果见表1。由表1可知，当粉煤灰和赤泥的质量比为1∶2时，铁的浸出率达到最高值73．99%，因此确定粉煤灰和赤泥的最佳质量比为1∶2。

表1 粉煤灰和赤泥的质量比对铁浸出率的影响

2．2 助剂和纯碱用量

按照NaCl与粉煤灰的质量比为0．2∶1在原料中加入NaCl［3］。根据粉煤灰的化学成分可大致确定粉煤灰与碳酸钠的质量比为1∶0．8［4－5］。

2．3 焙烧温度的确定

其他条件不变，考察焙烧温度(焙烧时间2 h)对铁浸出率的影响，结果见表2。由表2可知，当焙烧温度为850℃时，铁浸出率可达到73．99%。因此，确定最佳焙烧温度为850℃。

表2 焙烧温度对铁浸出率的影响

2．4 最佳液固比

其他条件不变，考察不同液固比对铁浸出率的影响，选用质量分数为30%的盐酸，结果见表3。由表3可知，当液固比为5 mL/g时，铁的浸出率较高，为73．99%，因此确定最佳液固比为5 mL/g。

表3 液固比对铁浸出率的影响

2．5 絮凝剂处理皮革废水的效果

原水COD值为2 391．4 mg/L。采用PSAFC进行皮革废水的混凝实验，考察絮凝剂加入量对COD、SS去除率的影响，结果见图1。由图1可知，当PSAFC的投加量为250 mg/L时，COD、SS去除率均达到最大值，COD的去除率为73．91%，SS的去除率为97．86%。因此，PSAFC的最佳投加量为250 mg/L。

图1 PSAFC投加量对COD、SS去除率的影响

3 结论

以粉煤灰和赤泥制絮凝剂PSAFC的适宜条件: m(粉煤灰)∶m(赤泥)∶m(碳酸钠)∶m(NaCl)= 1∶2∶0．8∶0．2，将物料搅拌均匀，在850℃焙烧2 h，然后按液固比为5 mL/g加入盐酸在100℃下浸取2 h。上清液为橙黄色液体成品PSAFC，铁的最大浸出率为73．99%。制得的PSAFC絮凝剂能有效去除皮革废水中的COD和SS，COD、SS去除率分别为73．91%、97．86%，絮凝剂最佳投放量为250 mg/L。

［1］罗道成，刘俊峰．铝厂赤泥制备无机高分子絮凝剂聚硅酸铁及应用［J］．无机盐工业，2005，37(6):52－54．

［2］尹国勋，余建萍．利用粉煤灰和赤泥制备新型无机复合絮凝剂的研究［J］．中国资源综合利用，2007，25(4):18－20．

［3］胡弘鲲．聚合氯化铝铁的制备及其应用研究［D］．四川:四川大学，2002:29－30．

［4］俞尚清，潘志彦，钱小飞，等．聚硅酸氯化铝铁絮凝剂制备及絮凝效果的研究［J］．环境污染与防治，2004，26(2):121－123．

［5］余建萍．利用粉煤灰和赤泥制备复合絮凝剂的实验研究［J］．中国资源综合利用，2009，27(11):18－20．

Preparation and application of polysilicic aluminum ferric chloride flocculant

Zhao Li1，Zhang Qing2，Zhao Mingming1，Yin Guoxun1
(1．School of Resource＆Environmental Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454003，China;
2．The Second Geological Team，Henan Bureau of Geoexploration and Mineral Development)

Polysilicic aluminum ferric chloride(PSAFC)was prepared by acid leach process and with industrial solid waste red mud，fly ash，and hydrochloric acid as raw materials．Technology conditions and the product's flocculating effects on the tannery wastewater were studied preliminarily．It was found that the optimal technology conditions were as follows: mass ratio of fly ash to red mud was 1∶2，roasting temperature was 850℃，and the volume/mass ratio was 5 mL/g．Maximum leaching ratio of Fe from red mud and fly ash was 73．9%under those optimal conditions．The optimal initial dosage of the product in tannery wastewater was 250 mg/L．COD and SS'maximum removal rates were 73．91%and 97．86%respectively and the wastewater had high transmittancy after treatment．

fly ash;red mud;PSAFC;flocculant

TQ314．253

A

1006－4990(2011)07－0054－02

河南省重点科技攻关项目(072102350023);河南理工大学青年基金项目(Q2009－42)。

2011－01－24

赵丽(1977— )，女，副教授，在读博士，研究方向为环境工程与化学，已发表文章近20篇。

联系方式:zhaoli@hpu．edu．cn