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无机复合型混凝剂概述及特点

  • 铝和铁具有许多相似的性质,如原子共价半径、离子半径都比较相近,Fe3+、A13+均具有相同的电荷,它们易水解,其盐具有共价性。因此,它们可通过交叉共聚,形成多核、更长、更稳定的分子链,得到混凝效果更好的无机高分子复合混凝剂-聚合铝铁。铁铝共聚物混凝剂(CPAFC)兼有聚铝和聚铁的特点,既能克服铝盐处理的矾花生成慢、矶花轻、沉降慢的缺点,又能克服铁盐的出水不清、色度高的缺点。
    由于铁盐的水解特性区别于铝盐。易于过早失稳形成沉淀。再者,一般认为具有良好混凝性的初聚及低聚物作为水解-聚合-沉淀过程的过渡态极易形成线性聚合体而难以大量称定预制。为此,研究者们不懈地尝试提高聚合铁混凝效果的方法,诸如硫酸根、磷酸根、硅酸体系复合聚铁的研究。
  • 无机复合型混凝剂-聚硅铝复合絮凝剂
    聚硅铝复合型絮凝剂(polyaluminum silicate sulfate, PASS)是Si与Al的羟基和氧基聚合物。硅是阴离子型带负电荷,铝是阳离子型带正电荷,它们在水溶态的单元分子量约为数百到数千。可以相互结合成为具有分形结构的聚集体,其平均相对分子质量高达200000。
    其制备工艺主要由聚合硅酸制备、聚合硅酸与聚合铝盐复合两步组成,制备聚合硅酸是其中的关键。在酸性和碱性范围聚硅酸的聚合机制及铝盐的存在形态都不同,从而导致二者相互间的作用情况也不同。因此,在酸性范围(pH<4)条件下制备的聚硅铝絮凝剂的结构
    与物化性能与在碱性范围(pH=7-10)条件下制备的聚硅铝絮凝剂的结构与物化性能是不相同的。由于聚合铝溶液呈酸性,因此一般要将水玻瑞酸化至pH值2左右来制备。
    1. 国外制作聚硅铝复合絮凝剂主要专利技术
      加拿大汉迪化学品公司首先于1989年申请了关于聚硅酸硫酸铝生产工艺的专利技术。产品分子式为Ala(OH)b(SO4)c(SiOx)d(H20)e,其中A=1.0,B=0.75-0.2,C=0.30-1.12,D=0.005-0.1,2.0≤x≤4.0,且3=B+2C+2D(x-2),当E>4时产品为水溶液,盐基度通常在25%-66%,Al2O3质量分数在7%-10%水溶液可长期储存。随后汉迪化学品公司又在美国、中国等国申请了一些类似的聚硅酸硫酸铝的专利技术,并在生产工艺上部分做了改进。
      美国专利中首先将一定浓度的硅酸钠溶液与硫酸铝溶液混合反应生成一种酸性的中间混合物,然后将其冷却至10-20℃,在强剪切混合条件下将铝酸钠溶液缓慢地加入其中,再保持一段时间后,将温度升至50-70℃,搅拌直至澄清,最后冷却熟化。所得产品为稳定的水溶液,可长期储存,Al2O3质量分数在7%-10%之间。该种生产工艺的不足之处是在硅酸钠与硫酸铝的混合过程中引入了过多的水,从而无法得到高浓度的产品。如果要想获得Al2O3质量分数更高的产品,必须采取后续的浓缩工序去除其中的水分后有研究者对这一生产工序进行了调整,改变了原料的混合顺序。首先将硅酸钠溶液加入到铝酸钠溶液中,并在连续搅拌的条件下使其反应生成一种碱性的中间混合物,然后在强剪切混合条件下将其缓慢加入酸性硫酸铝溶液中。按照这种工艺,可以制备一种清澈、稳定、Al2O3质量分数超过16%的溶液。如果想要Al2O3质量分数低的产品,可以通过稀释的办法获得。这种生产工艺除了降低运费以外,由于需要去除的水分较少,将液体产品做成固体产品也就更加经济。另外,由于干燥时间较短,因水解而导致的产品分解的概率也就大大减少。并且含铝和硅酸盐的中间混合物稳定期至少是1周,所以这种混合方法也更方便。这也克服了前述工艺生产的铝酸盐-硅酸盐中间混合物不稳定,即在几小时后混合物就会发生的凝胶问题。另外,该专利中也提到通过添加一种或多种弱酸或弱酸盐,如碳酸钠和重碳酸盐,来促进中混合物与硫酸铝的反应,使产品质量更好,稳定性更强,不仅提高了时间上的稳定性,也改进了絮凝-混凝性能。
    2. 国内制备聚硅铝复合混凝剂主要生产工艺
      (1)以硅酸钠、铝酸钠和硫酸铝为原料
      首先在工业铝酸钠中添加稳定剂、葡萄糖酸钠,加热回流得到稳定性铝酸钠,然后将硫酸铝、水玻璃和稳定性铝酸钠溶液分别稀释到一定浓度,在常温下向硫酸铝溶液中加入水玻璃和稳定性铝酸钠,搅拌1h,再继续升温至65℃,反应2h,进行煮沸,放置熟化1d。产品Al2O3质量分数约为8%,盐基度为40%-60%,溶液稳定期长达5个月以上。经试验证明,对于常温、低温水处理效果均优于硫酸铝,对工业废水也能取得满意的COD去除率。
      另外也有将硅酸钠加入某浓度的硫酸铝溶液中,在强烈搅拌条件下,加入偏铝酸钠溶液,升温金20-90℃,熟化直至溶液透明。通过混凝试验证明,PASS适应的原水pH值及水温范围宽,形成絮体沉降速度快,絮凝除浊效果要优于硫酸铝和聚合硫酸铝。
      (2)以硫酸铝、水玻璃和硫酸为原料
      目前国内普遍采用的方法是以硫酸铝、水玻璃和硫酸为原料。首先需要制备活化硅酸,即用硫酸将水玻璃的pH值调至一定范围内,活化一段时间后得到活性硅酸,然后再与一定浓度的硫酸铝混合反应,熟化后就可得到聚硅酸硫酸铝。这种制备方法相对简单,但是由于聚硅酸容易胶凝而失效,目前在中国还没有达到工业化生产的程度,只是停留在试验室研究阶段。
      利用水玻璃、硫酸铝、硫酸为原料合成了PASS,最佳聚合条件是:SiO2质量分数为2.0%-3.0%,温度为20-25℃,硅氧基与铝离子的物质的量比为1:1,并且其在较宽的pH之间表现出良好的絮凝性能。
    3. 复合聚硅铝絮凝剂产品稳定性与技术
      影响聚硅酸硫酸铝实现工业化的一个重要原因就是它的储存稳定性,而影响产品稳定性的主要因素包括pH值、温度、搅拌速度、硅铝比、水玻璃浓度等,在生产过程中应该找出最适宜的条件参数并严格控制。
      采用以铝酸钠、硅酸钠和硫酸铝为原料的生产工艺,在合成PASS过程中,搅拌速度对保证产品的质量是极为重要的,必须保证强剪切混合条件。因为在加入铝酸钠溶液时,需要快速搅拌,以使反应物瞬时高度稀释,避免铝浓度的局部过高而形成固体颗粒。并且当出现沉淀时,强烈搅拌也会使沉淀颗粒逐渐变小,直至高度分散。
      以硫酸铝、水玻璃和硫酸为原料的合成方法,生产技术的关键是确定反应的pH值、硅铝比、水玻璃浓度等条件。由于聚硅酸极不稳定,易胶凝,所以保证产品的稳定性的前提条件就是保证聚硅酸的稳定性。对活性硅酸的特性进行了研究,发现硅酸pH越接近中性,它的胶凝速率越快;碱度或酸度越高,胶凝速率相对缓慢。另外,水玻璃浓度也可以直接影响产品的稳定性一般认为水玻璃浓度越大,但稳定性较差,制备时可操作性也较差,所以水玻璃浓度不能过高。硅铝比是另一个重要条件。试验过
      程中发现,在水玻璃浓度相同时,n(Al/n(Si)在0.25-1.25范围内,随着比值的减小,稳定性变好。
  • 无机复合型混凝剂-聚硅酸铝铁
    1. 聚合硅酸铝铁制备原理
      氯化铝、氯化铁和碳酸钠在一定的条件下反应可生成具有不同聚合度和正电荷的聚合氯化铝铁(polyaluminum ferric chloride,PAFC)无机高分子聚合物;盐酸和硅酸钠在一定的条件下反应可生成具有不同聚集度的聚硅酸,聚硅酸和PAFC或铝、铁盐的溶液在一定条件下反应可生成聚硅酸铝铁(polyaluminum ferric silicate chloride,PAFSC)无机高分子混凝剂。在以上反应过程中,聚硅酸的加入有利于提高产品的相对分子质量,而同时铁铝的存在又阻断了聚硅酸的凝胶化,产生以上两方面结果的原因是与聚硅酸的结构密切相关的。聚硅酸是由相邻硅酸分子上的羟基经过脱水聚合而形成的具有硅氧键的聚合物。硅原子模型是四面体,所以硅酸分子可以向各个方向进行聚合,形成带支链的、环状的、网状的三维立体结构聚合物,最终形成硅酸凝胶。当被引入到Al3+、Fe3+或PAFC溶液中后,由于Al3+、Fe3+及铝铁水解聚合产物与聚硅酸的链状、环状分子端的氢氧根进行配合作用和吸附作用,从而阻断了聚硅酸的凝胶化,提高了PAFSC的相对分子质量。
    2. 聚合硅酸铝铁制备方法
      国内外研究聚硅酸铝铁混凝剂,按制备方法可分为三种。
      (1)铝铁盐混合物的硅酸钠碱化聚合法
      一定浓度的AlCl3溶液在快速搅拌的同时,用滴定管滴加FeCl3溶液,使之混合均匀,然后在一定的温度及剪切条件下,向铝铁混合液中滴加Na2SiO3碱性溶液,控制共聚物溶液达到一定碱化度,即得液体聚硅酸铝铁。用此方法,制备了不同Al/Fe摩尔比及碱化度为1.0-2.0的PAFS,并研究了它们在熟化聚合过程中pH变化及其稳定性。通过流动电流的测定,验证了其所具有的电动特性,同时应用各种复合型聚硅酸铝铁对高浊含富里酸模拟悬浊液进行除浊脱色的对比研究。
      (2)聚硅酸的铝铁盐引入法
      选取适量硅酸钠用硫酸酸化至一定pH,聚合一定时间后,加入一定量的铝盐,再聚合一定时间后,再加入一定的铁盐,制成不同Al/Fe/Si摩尔比的聚硅酸铝铁。
      (3)无机矿物质(矿石粉、黏土、铝厂赤泥)酸浸液中和法
      该方法是基于各种无机矿物(铝土矿,铝厂赤泥、黏土、煤干石灰渣等)含有SiO2、Fe2O3、Al2O3等成分,采用一定的工艺(酸化或碱熔)将Si、Fe、Al等以硅酸盐、铁盐、铝盐的形式提取出来,然后在一定的条件下使其反应聚合而成,如经烘干即得到固体产品。
      用该方法制备的产品中除含有硅、铝、铁等成分外,还含有钙、镁等其他成分,所得产品的有效浓度一般低于10%,产品储存期一般为一个月左右,时间过长则由于出现胶凝而失去混凝功效。
    3. 聚合硅酸铝铁应用特点
      聚硅酸铝铁保留了铝铁各自均聚物的优点,克服了聚合氯化铝处理水样中残余铝含量较高和聚合氯化铁混凝剂稳定性较差等缺点。与PAC相比,聚硅酸铝铁具有较低的残余铝含量,较好的除浊效果和脱色效果以及较好的除油和除COD效果。研究结果表明PAFSC有着优良的混凝性能,其投加量小,适宜的pH值范围宽,形成矾花迅速且絮体密实,达到相同余浊时,PAFSC的用量最小,所需的沉降时间较PASS少,是一种有发展前途的无机高分子混凝剂。
  • 无机复合絮凝剂-聚合硫酸铝铁
    聚合硫酸铝铁以硫酸亚铁为原料,以硝酸铝为催化剂,在酸性条件下进行氧化、水解、聚合反应约1h,即得盐基度20%以上的聚合硫酸铁铝(polyaluminum ferric sulfate,PAFS)。该法反应时间短,基本上消除对环境的污染。也有报道,依次按比例加入硫酸亚铁、硫酸铝、水、硫酸和催化剂硝酸铝,以一定流速通入空气,搅拌0.5h,可得红棕色液体产品。产品盐基度19.1%,该产品具有盐基度高,矾花大,絮凝沉降速度快,药剂用量少,去除率高和应用面广等特点。也有用PFS和PAS按铝铁摩尔比0.64复配成PAFS,陈化24h使其性能达到稳定。该混凝剂具有铝铁混凝的优良特性。且可根据原水水质情况调整铝铁含量及比例,以定向配制专用PAFS净水剂。
  • 无机复合絮凝剂-聚合氯化铝铁
    1. 聚合氯化铝铁物化性质
      聚合氯化铝铁(polyaluminum ferric chloride,PAFC)为橙黄色至棕色透明液体,固体聚合氯化铝铁为橙黄色至棕色结晶粉末。分子式[Al2(OH)nCl6_n]m[Fe2(OH)nCl6-n]m。(n≤5,m≤10)。
      聚合氯化铝铁是以铝盐为主、铁盐为辅的无机高分子复合混凝剂。其兼有聚合铝(PAC)的优良混凝效能和聚合铁(PFS)的强吸附活性、快速沉淀及适用范围宽的优点。中国、欧美和日本已有相关专利报道,并将其作为一种新型高效混凝剂推广应用。
    2. 聚合氯化铝铁制备方法
      聚合氯化铝铁制备通常采用PAC与FeC13(或FeCl2)反应,或者AlCl3或低聚氯化铝与铁反应,再进行羟基化聚合就可制得。国内PAFC大多利用工业废料如矾浆、煤矸石、明矾渣等经酸溶、水解、聚合、调整碱化度等工序而制备。
      (1)常用方法
      含三氧化二铝20%的碱式氯化铝、质量分数26.2%三氯化铁和少量水混合加热,控制反应温度不超过110℃,反应时间10h,即得红棕色黏稠液体。或先用三氯化铝按特定工艺制成PAC溶液,再按一定比例与三氯化铁浓溶液混合,剧烈搅拌。使反应均匀后静置即得黏稠红棕色液体。
      (2)以铝土矿为原料制取聚合氯化铝铁
      生产工艺流程如图3-15所示。
      聚合氯化铝铁采用铝土矿生产方法工艺
      原料铝土矿中氧化铝以Al2O3·3H2O形式存在,易溶于酸;铝土矿中氧化铁一般含量在12%以上。工业盐酸加水配成一定溶液。在搪瓷反应釜中,加入计算量的铝土矿粉和一定浓度的盐酸,加热并搅拌,铝土矿发生酸解反应:
      Al2O3+6HCl+9H2O→2[Al(H2O)6]Cl3
      Fe2O3+6HCl+9H2O→2[Fe(H2O)6]Cl3
      随着酸解反应的进行,生成的[Al(H2O)6]Cl3和[Fe(H2O)6]Cl3逐步水解,并聚合成多聚体。这个过程大约需要2h,然后将酸溶物放入耐酸真空压滤器中进行压滤,除去杂质。滤渣洗水可返回配酸。得到相对密度1.22-1.28的粗品,然后多批加入石灰乳,使溶液pH值最后达到3,即为液体产品。液体产品进一步干燥即得固体产品。
      (3)以煤矸石为原料制取聚合氯化铝铁
      煤矸石生产聚合氯化铝铁工艺流程如图3-16所示。
      煤矸石法生产聚合氯化铝铁工艺流程
      煤矸石中Al2O3含量较高,一般Al/Fe比为3:4,但活性较差,因此必须将煤矸石焙烧,焙烧温度为800℃,然后粉碎至60目,加入耐酸反应釜中,与浓度20%的盐酸按计算量进行混合,并在100-108℃下酸解反应。反应液冷却后进行过滤,滤液送入熟化器(也叫聚合反应釜),加入聚合剂,调典碱度进行熟化聚合,温度为60℃,然后再次过滤,溶液即为液体产品。液体产品干燥即得固体产品,采用喷雾干燥,工艺条件为:进风温度140-160℃,排风温度为75-85℃,塔内温度80-90℃。
      (4)以粉煤灰为原料
      中国专利00710182254.X中介绍了以粉煤灰为原料工业化生产聚合氯化铝铁的方法。此工艺生产流程短,操作简便,生产成本低,经济性能好,降低原料的使用成本,缩短反应时间,降低了反应能耗。具体实例如下。
      将20t的粉煤灰加入到反应釜,同时注入质量百分比为10%的工业废酸48t,加入0.45t的氯化钠,井在反应釜内充分搅拌,将反应釜密闭,防止酸挥发。注入蒸汽进行加热,加热至80-100℃,反应2.5h,即得到合格的料液,其中合格的料液是指:氧化铝质量分数为10.4%,氧化铁质量分数为1.5%,水不溶物的质量分数为0.15%,盐基度是55,密度为1.19g/cm3,pH=4.5。将合格的料液放入澄清池进行固液分离,分离出上清液和粉煤灰废渣,分离出的上清液注入聚合釜,加入1.5t的氨水,将聚合釜密闭。充分搅拌,通过聚合反应得到成品净水剂--聚合氯化铝铁。此净水剂的盐基度为83,pH值为5.0。将成品净水剂注入干燥系统干澡为固体产品。分离后的扮煤灰废渣注入清水充分搅拌,进行洗涤,洗涤后的液体返回反应釜,作为下次反应溶液的稀释液,可节约盐酸的用量10%,洗涤后的粉煤灰废渣经板式压滤器过滤,运往城建做成空心砖或砌块,可降低PAFC生产成
      本10%左右。全生产过程没有废水。废渣排放。
      (5)以生产硫酸的废渣尘为原料
      中国专利95119000.8中介绍了一种高聚合氯化侣铁的生产方法。该产品由铝、铁、羟基、氯元素组成,在产品中铝与铁的比例为(2:1)-(1:2)。本工艺具有生产成本低、使用效果好、环境污染少等优点。具体制备方法如下。
      将80kg生产硫酸的废渣尘(含有Fe2O3 55%、Al2O3 15%)粉碎、磨细成粉未,与305kg含量为37%的盐酸和300kg水放进具有搅拌器的反应釜内进行充分搅拌,浸泡得浸出溶液,再用50kg矾土水泥作为聚合剂加入浸出溶液中进行聚合反应lh,聚合反应的温度最好在(100±5)℃之间,在聚合反应时可根据具体情况补充适量的水,通过聚合反应就可以得到铝和铁的含量为全量的10. 08%、铝铁比为1:1的高聚合氯化氯铁复合混凝剂产品。
  • 复合型无机混凝剂-聚合氯化硫酸铁
    1. 聚合氯化硫酸铁物化性质
      聚合氯化硫酸铁(polyferric sulfate chloride,PFCS)结构式为[Fe2Cln(SO4)3-n/2]m,为棕黄色黏稠液体,无味或略带氯气味,相对密度1.450,酸性,易解于水。
    2. 聚合氯化硫酸铁制备方法
      (1)常用方法
      以FeSO4为原料,FeSO4用量为23%-64%,水用贫为15%-20%,催化剂用量为2%-8%,次氯酸钠为氧化剂,充分搅拌反应3h,静止熟化后过滤。即得产品。
      (2)以硫酸铁为原料
      以硫酸铁为原料,以氯气为氧化剂,使二铁氧化为三价铁离子,然后以氢氧化钠中和调整碱化度,同时加入氯化钙为稳定剂,反应0.5h,可得到液体产品。
      (3)以废钢渣的溶出液为原料
      国内有学着提出可以利用H2SO4-HCl混酸溶解废钢渣的溶出液为原料,制备PFCS。
      轧钢废钢渣的酸溶出液中人约含有42%的Fe2+,Fe2+的氧化选用氧气做氧化剂,硝酸做催化剂。反应机理为:在硫酸酸性溶液中,硝酸分解产生NO2,NO2可直接氧化部分Fe2+,同时产生NO。NO可同Fe2+形成一种黑褐色络合物[Fe(NO)SO4],此络合物能迅速地同O2作用生成Fe(OH)SO4。反应机理可以用下式表示:
      Fe(NO)SO4+O2+H2SO4→Fe(OH)SO4+NO+H2O
      控制溶液中H2SO4和HCl的量,其中存在的Fe2(SO4)3、FeCl3和Fe(OH)SO4可发生聚合,生成PFCS。
      由上可见,由于NOx的参与,改变了亚铁被O2氧化的过程,使得在酸性条件下很难被O2氧化的亚铁(反应速度常数趋向于零)变得容易被氧化。
      具体制备方法为:在装有锚式搅拌器的搪瓷反应釜中加入计量的轧钢渣混酸溶出液,控制反应温度为50-60℃,从反应釜底通入氧气,从高位槽滴加催化剂HNO3和H2SO4,使之进行催化氧化聚合反应。制备过程中不断对反应液中亚铁离子进行测定,待亚铁离子完全氧化(Fe2+≤0.01%)后结束反应,反应时间为lh左右。反应完成后,静置冷却至室温,放料包装。经测定,该产品的主要指标为:密度1.42g/cm3;Fe3+ 11.36%;Fe2+ 0.01%;碱化度10.50%;pH0.84。
    3. 聚合氯化硫酸铁应用特点
      聚合氯化硫酸铁作水处理剂时可直接计量投加或适当稀释后投加,用作原水处理时有效投加量为20-50mg/L.。聚合氯化硫酸铁有以下优点:a.适应水质的pH范围广,pH值在4-11范围内均有净化效果,处理后水的pH值降低不大;b.产品密度较铝盐大,反应后的沉淀物密集,污泥量明显少于铝系混凝剂;c.混凝反应迅速、沉降速率快,容易澄清分层;d.沉淀污泥,脱水性能和压缩性能好,污泥含水量小,可作污泥脱水絮凝剂;e.产品对原水的温度、浊度、碱度等变化适应性强;f.处理后的水中盐分少,对工业纯水的制取后处理较为有利。
  • 复合型无机混凝剂-聚磷硫酸铁
    1. 聚磷硫酸铁物化性质
      聚磷硫酸铁(polyphosphate ferric sulfate,PPFS)的结构式为[Fe3(PO)4(SO4)3]m,它是深红棕色液体,经浓缩、干燥能得到红棕色固体。
    2. 聚磷硫酸铁制备方法
      聚磷硫酸铁的制备原理是先由硫酸亚铁经氧化制备聚合硫酸铁,然后向聚合硫酸铁溶液中加入计量的磷酸钠,在一定的温度下反应一段时间后即生成聚磷硫酸铁,将溶液浓缩干燥,可得红棕色固体产品。
      在反应器中加入钛白粉副产品硫酸亚铁,按亚铁与浓硫酸摩尔比1:0.40加入一定量的浓硫酸,按硫酸亚铁与双氧水摩尔比1:1.2的量加入30%双氧水,在80℃反应2h,然后按硫酸亚铁与磷酸钠摩尔比1:(0.3-0.5)定量加入磷酸钠,在80℃继续反应30min,即得深红棕色液体产品,50-60℃烘干可得固体产品。该产品用于废水处理时,水解沉降速度比PFS快,pH位适用范围更宽。也有报道,以硫酸亚铁与浓硫酸和氯酸钠按一定摩尔比,在常温反应10-30min,然后加入适量磷酸钠再反应10-30min,可得液体产品,将此液体产品在50-60℃烘干即成红棕色固体产品,其碱化度可达31%,混凝脱色效果比PFS好。
    3. 聚磷硫酸铁应用特点
      聚磷硫酸铁是新型无机高分子净水剂,它是在聚合硫酸铁的基础上引入磷酸根而合成的,其特点是不仅可以用于pH值范围广的水质,pH值在7-10之间混凝效果最佳,而且其水解、沉降速度快,对废水中的S2-、COD、浊度有较高的去除率。
  • 复合型无机混凝剂-聚磷氯化铝
    1. 聚磷氯化铝制备方法
      在新制的氯化铝溶液中激烈搅拌下缓慢滴加一定量某浓度的氢氧化钠溶液,制得设定碱化度和铝浓度的溶液,再滴入一定且某浓度磷酸氢二钠溶液,滴加量由预先设定的磷铝摩尔比(R=P/Al)确定,在80℃温度的水浴中回流数小时,熟化24h便制得聚磷氯化铝(polymeric phosphato aluminum chloride,PPAC)溶液。
    2. 聚磷氯化铝应用特点
      聚磷氮化铝是基于磷酸根对铝的强增聚作用,在聚合氯化铝中入了适量的磷酸盐,通过磷酸根的增聚作用,聚合铝的总体形态结构及分布产生了变化,除主体羟基多核络合物外,还形成了磷酸根氢键连接羟基聚合物分子的更大的络合物分子,以及磷酸根直接与铝配位络合的新形态(例如[PO4Al12(OH)24(H2O)12]9-等)。新形态的主要特征是大分子、高电荷,总体形态分布更为理想,理论研究表明其混凝效能明显优于PAC。
      显微电泳研究表明,PPAC在pH4-9范围内,电荷量高于碱化度可比的聚合氯化铝;在pH4-6之间,PPAC其EM(电泳迁移度)最大值比聚合氯化铝约高1个单位以上。所以对以去除胶体及悬浮颗粒(如浊度、油分)为主的废水的混凝处理过程中,在发生专属吸附时,PPAC能在比PAC更小剂量时就能达电中和脱稳的效果,而且混凝反应更快,生成的矾花更大,从而在更低的剂量下,对浊度、油分以及由胶体悬浮物所引起的COD,能达到较理想的去除效率,混凝过程也更理想。
  • 复合型无机混凝剂-聚硅硫酸铁
    1. 聚硅硫酸铁物化性质
      聚硅硫酸铁(polyferric silicate sulfate,FFSS)结构式为[Fe2(SiO2)n(SO4)3-n]m,为灰绿色或红揭色液体,固含量2%-5%,是一种较新型的无机高分子絮凝剂。
    2. 聚硅硫酸铁制备方法
      一般有两类制备方法,另有一步生产法见于报道。
      (1)引入硅的聚铁混凝剂的合成
      取一定量已标定好的FeCl3溶液于小烧杯中,加入适量盐酸进行酸化,再加入适量蒸馏水,然后在快速搅抨下缓慢倒入设定量的单硅酸钠溶液,继续搅拌5min将其混匀,用已知浓度的氢氧化钠溶液将其慢速滴定到不同的OH/Fe比值,最后转移到容量瓶中,用蒸馏水稀释至刻度,得到引入硅酸根离子的复合型聚合铁混凝剂。
      (2)在聚硅酸中引入铁盐
      以聚合硅酸为基础,加入铁盐后制成的产品。一般的制备方法是:取一定量的水玻璃,用蒸馏水稀释至一定浓度,用硫酸适当调节其酸度,并聚合一定时间后加入铁盐(如硫酸铁、氯化铁等),完全溶解并熟化后得到液体混凝剂制品。适宜工艺条件为:SiO2质量分数为3%,硅酸活化时间为40min,硅酸活化pH值为2,铁与硅物质的量比为0.50。
      (3)一步法生产
      中国专利200310108445.3中介绍了固体聚硅硫酸铁的一步法生产方法。本工艺在室温条件下,将固体原料-一水硫酸亚铁与硅酸钠、硝酸和硫酸混合,搅拌,原料间发生氧化、聚合反应,得到固体聚硅硫酸铁产品,具体制备方法如下。
      在室温条件下,向聚四氯乙烯容器中分别加入一定量的一水硫酸亚铁与硅酸钠固体,混合均匀,然后加入硝酸和硫酸的混合液。反应时间为48h,反应温度为25-61℃,待反应完成后,取出粉碎,放置38h后,即得到固体聚硅硫酸铁混凝剂产品。该产物指标如下:总铁22.0%,碱度25.5%,氧化硅3.2%。还原性物质(以Fe2+计)0.06%,不溶物低于1%,颗粒粒径为1-500μm。
    3. 聚硅硫酸铁应用特点
      聚合氯化铁和活化硅酸各自单独存在时,都有强烈的水解和缩聚趋势,随着缩聚的进行最终将形成凝胶,从而失去絮凝活性。但将两者复合后,其稳定性大大提高,硅与铁之间存在着互相抑制进一步聚合的作用。另外,复合后的混凝剂既具有聚合铁带有高正电荷的特性,又具有活化硅酸黏结架桥的絮凝作用,使其絮凝效果明显优于聚合硫酸铁或其他单一阴、阳离子的无机高分子絮凝剂,适于低温低浊度水的混凝处理剂。
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