鋁鐵復合混凝劑的研究新進展

　　鋁和鐵具有許多相似的性質(zhì)，如原子共價半徑。離子半徑都比較相近，F(xiàn)e3＋，Al3＋均具有相同的電荷，它們易水解，其鹽具有共價性。因此，它們可通過交叉共聚，形成多核、更長。更穩(wěn)定的分子鏈，得到混凝效果更好的無機高分子復合混凝劑——聚合鋁鐵。這類復合混凝劑兼有聚鋁和聚鐵的特點，既能克服鋁鹽處理的礬花生成慢、礬花輕。沉降慢的缺點，又能克服鐵鹽的出水不清、色度高的缺點。通常以鋁鹽為主，鐵鹽為輔，其價格比PAC略高一點點。近幾年來，研制和應用這類混；凝劑已成為熱點和發(fā)展的明顯趨勢。我國在這一領(lǐng)Z域內(nèi)比較活躍，發(fā)表的論文和公布的專利較多。主要原材料是鋁鹽、鐵鹽和硅酸鹽以及含鋁鐵等元素的礦物。礦渣廢料，因而其原料來源廣，同時生產(chǎn)工藝比較簡單，有利于開發(fā)利用。我國已開發(fā)的鋁限復合混凝劑種類較多，我們將它們分為3大類：只含兩種陽離子的鋁鐵復合混凝劑，含有多種陰離子的鋁鐵復合混凝劑，以及含有其它陽離子的鋁鐵復合混凝劑。


　　1．只含兩種陽離子的鋁鐵復臺混凝劑

　　在這類復合混凝劑中，除鋁、鐵外，不含其它金屬離子（即使有，也很少），陰離子則以一種為主。可以說，其組成相對比較簡單，純度較高。無疑這對原料有較高的要求。由于雜質(zhì)少，特別是有害物質(zhì)少，則它們適用于飲用水的處理。對這類混凝劑研究也比較深入，其中部分產(chǎn)品已進入國內(nèi)水處理市場。這類混凝劑主要有以下幾種：


　　1．1 聚合氯化鋁鐵（PAFC）

　　通常采用PAC與FeCl3（或和FeCl2）反應，或者AlCl3或低聚氯化鋁與鐵反應，再進行羥基化聚合，就可制得聚合氯化鋁鐵。或?qū)⒎鬯榈?a href='../../zsk/ct.asp?id=6832' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>鋁土礦放入反應釜中與鹽酸反應，然后將其倒入攪拌池中，并加入高鋁灰和水，攪拌3－5h，沉淀即為產(chǎn)品。PAFC產(chǎn)品為淡黃色、暗黃色片狀、粒狀或粉狀固體，易溶于水，在空氣中易潮解。液體產(chǎn)品為淡黃色透明或懸濁液，相對密度＞1.2，w（Al2O3）＝6.0％－6.5％，w（Fe2O3）＝4.0％－4.3％，鹽基度為 30％－50％，pH值（1％水溶液）為 2－3。該產(chǎn)品用于生活飲用水。工業(yè)用水的凈化和各種污水的化學處理。如某電子管廠用PAFC處理濁度為319NTU的廢水，投加量為0.4或0.6 mg/L，處理后的水無色透明，重金屬達標。某廠最初用PAC和PFS處理電鍍廢水，鋼總是不能達標，采用PAFC后各項指標均達標。用PAFC處理生產(chǎn)洗滌劑的廢水，比用PAC，PFS和PFSC的效果要好得多。因此，PAFC是聚鋁和聚鐵的替代產(chǎn)品[1－7]。


　　1．2 聚合硫酸鋁鐵（PAFS）

　　以鋁土礦、高鋁灰、硫酸為原料，接與PAFC相同的工藝過程制備PAFS。也可在反應器中，依次加入硫酸亞鐵、硫酸鋁、水、硫酸及硝酸鋁，通入空氣并進行攪拌，氧化、水解、聚合反應約0.5h，得到紅棕色透明液體，鹽基度達19％，ρ（Fe3＋）161.4 g／L，ρ（Al3＋）7.0 g／L。PAFS用于煉油工業(yè)廢水的處理，采用浮選法和投加 PAFS（8或10 mg／L），去油率達99％，COD降低 88.5％。PAFS用于污泥脫水，具有最佳投加量小，濾餅含水率低，濾液透光性好，澄清度高等特點。其效果均明顯優(yōu)于PAC和PFS[7－10]。


　　1．3 聚合硅酸鋁鐵（PSAF）

　　通常將高模數(shù)（M≥3.0）的水玻璃稀釋，在快速攪拌下滴加稀硫酸，至pH值約為5.7，放置一段時間后使其聚合，然后加入硫酸鋁和硫酸鐵溶液，陳化一段時間后即得PSAF。它是透明、均一、呈紅褐色的溶液，穩(wěn)定性好，可放置2－3個月。用n（Fe）／n（Al）＝1：3，n（SiO2）／n（Fe＋Al）＝l：3的 PSAF，在 pH＝10的條件下，可使合成洗滌劑廢水中的LAS去除率達到90％以上。用于松花江水的除濁處理，處理后的殘余濁度小（1.6度），完全符合我國生活飲用水衛(wèi)生標準。其它文獻也說明PSAF具有較優(yōu)的混凝性能，其用量少，適宜的pH值范圍較寬，形成礬花迅速，并且絮體粗大結(jié)實，是一種有發(fā)展前途的凈水劑[11－16]。


　　2．含有多種陰離子的鋁鐵復合混凝劑

　　應用表明，在聚合鋁（鐵）中，引入一定量的高價陰離子，如SO42－，PO43－后，能提高聚合鋁的分子量和穩(wěn)定性，也使多核配合物的電荷量增高，從而有更好的混凝效果在共存陰離子中，研究較多的是氯根和硫酸根、以及由于添加活性硅酸而形成的硫酸根和硅酸根等。


　　2．1 聚合硫酸氯化鋁鐵（PAFCS）

　　把礦渣中的有效成份鐵。鋁置換出來，再用添加劑調(diào)聚，就可制得PAFCS。其主要技術(shù)指標：外觀為深棕紅色透明液體；密度（2℃）為 1.2 g／cm3；w（Al2O3）＝8%－12%；w（Fe2O3）＝0.8％－1.3％；；w（SO42－）＝2%－4％，pH 2.5－4；堿化度50％－75％。采用PAFCS處理印染廢水，投加量為 500 mg／L時，色度去除率高達 98％。PAFCS比明礬和PAC具有更高的除濁性與更快的沉降速度及更低的處理成個，很有可能成為后兩種凈水劑的替代品而具有很大的市場潛力[17－19]。


　　2．2 聚合硫基硅酸鋁鐵（PAFSSC）

　　將活性粘土與 HCl－H2SO4混合酸在 90－110℃反應Zh，冷卻分離，制得鋁鐵酸性溶液。然后在其中投加鋁酸鈣礦粉，于80－100℃反應1－2h，再加入預先用水玻璃加稀硫酸制得的活性硅酸，反應0.5h，沉降后可得液體的PAFSSC產(chǎn)品，其主要質(zhì)量指標：w（Al2O3）＝10.01％，w（Fe2O3）＝1.82％，鹽基度68.7％，水不溶物0.2％，pH（l％水溶液）4.2。此凈水劑除濁效果明顯優(yōu)于單獨投加 PAC或 PFS。


　　3．含有其它陽離子的鋁鐵復合混凝劑

　　在鋁鐵復合混凝劑中，除了鋁、鐵外，還含有其它的金屬，如鈣。鎂等。這些“雜質(zhì)”金屬離子的出現(xiàn)，是由不純的原材料帶來的。實驗表明，象鈣、鎂這類金屬離子，常可提高主體混凝劑的絮凝效果，對某些工業(yè)廢水來說，效果比較顯著。誠然，雜質(zhì)并非都是有益的。事實上，以礦物、礦渣廢料為原料制得的復合混凝劑，常使產(chǎn)品重金屬含量偏高，從而限制了產(chǎn)品的應用范圍。


　　3．1 含有鈣的鋁鐵復合混凝劑

　　以含鋁、鐵的煤研石、高嶺土、鋁礬土為原料制得的硅鈣復合型聚合氯化鋁鐵（SCPAFC）用于制革廢水（ρ（SS）為 300mg／L，濁度為 1000 NTU左右，COD為 1000 mg／L左右，PH為6.5－8）的處理，濁度去除率為99％，SS去除率為95％，COD去除率為90％，Cr3的去除率為85％左右。各項性能均優(yōu)于 PAC的2倍以上。SCPAFC還可用于生活和生產(chǎn)用水及其它廢水的凈化處理，效果優(yōu)良”[20]。以鋁廠赤泥為原料，經(jīng)過酸溶、活化聚合等步驟，制備出以PAC為主，同時含有鐵、硅、鈣等有效成分的復合混凝劑。對直接耐酸大紅溶液和分散黃溶液的脫色試驗結(jié)果表明，其脫色效果優(yōu)于PAC和PFS[21]。以聚合硫酸鋁鐵、鈣鹽為主的多聚物XG977，適合于處理含油廢水。在投加量相同條件下，處理效果明顯優(yōu)于PAC，并且污泥體積小，沉降仕能也優(yōu)于PAC，綜合處理費用比PAC低20％[20]。


　　3．2 含有鎂的鋁鐵復合混凝劑

　　利用廢棄物硼泥和含AlCl3的鹽酸廢液制得的黃褐色硼泥復合混凝劑固體，在處理ρ（COD）為420 mg／L、色度＜200倍，pH＞8.0的印染廢水時，投加 0.3 g／L一次處理可達排放標準，COD去除率達 67％，SS及色度去除率均達 98％以上，比PAC的處理效果好，而成本僅為PAC的 1／10－l／8[23－24]。用硼泥復合混凝劑處理制革廢水和生活污水時，效果都很好[25－26]。用氫氧化鋁。氯化鐵、氯化鎂和鹽酸為原料，制備了復合混凝劉鐵鎂鋁聚合物FMA，其對硅藻土模擬水樣的絮凝沉降性能遠優(yōu)于PAC。在處理印染廢水。造紙廢水及采油污水時，均取得了良好的效果。含有鐵、鎂、鋁等多種離子的新型復合混凝劑PAFM，對成分復雜的工業(yè)印染廢水具有良好的脫色效果和COD去除能力，而且pH 值適應范圍較寬。


　　3．3 鋁鐵錫共聚物

　　新研制成功的鋁鐵錫共聚物，對模擬水樣處理的初步實驗結(jié)果表明，這種混凝劑有可能成為比鋁鐵共聚物更為優(yōu)良的混凝劑。


　　4．結(jié)語

　　綜上所述，我國對鋁鐵復合混凝劑的研究開發(fā)、生產(chǎn)和應用諸方面均取得了可喜的進展，但還存在不少問題，主要有：開發(fā)出來的品種多，而大量生產(chǎn)和廣泛使用的品種少；缺乏理論指導，因而出現(xiàn)簡單復配、拼湊的“新品種”；多數(shù)廠家生產(chǎn)工藝設備比較落后，產(chǎn)品質(zhì)量不夠穩(wěn)定，有的產(chǎn)品含有較高的水不溶物和一些有害雜質(zhì)。這些都直接或間接地影響了鋁鐵復合混凝劑的廣泛應用。只有克服上述問題，才能加速我國聚合鋁鐵混凝劑工業(yè)逐步走上規(guī)模化、系列化的道路，滿足環(huán)保事業(yè)日益增長的需求。

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