焦晨曦，郭雅妮，王麗賢，周明，念寧

(1西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西西安710048;2.西安市環(huán)境保護局長安分局，陜西西安710100; 3.中石化西安分公司，陜西西安710086)

高效絮凝劑的制備及其對印染廢水的處理

焦晨曦1，郭雅妮1，王麗賢1，周明2，念寧3

(1西安工程大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，陜西西安710048;2.西安市環(huán)境保護局長安分局，陜西西安710100; 3.中石化西安分公司，陜西西安710086)

利用硅酸鈉、硫酸鋁、硫酸鋅和硼砂為原料制得高效絮凝劑PSZBAS.分析不同影響因素對PSZBAS絮凝性能的影響.確定了最佳制備工藝條件：硅酸聚合pH=3，硅酸聚合時間為45min，n (B)∶n(Si)=0.125，n(Al)∶n(Si)=2，n(Zn)∶n(Si)=1，模擬廢水處理的絮凝劑投加量= 10mL/L.實驗表明，用PSZBAS處理實際印染廢水，電中和能力和吸附架橋能力強，絮凝效果較好，最佳投加量為25mL/L.

絮凝劑;含硼聚硅酸鋁鋅;脫色率;除濁率

聚硅酸鹽是一類新型無機高分子絮凝劑［1-3］，該類絮凝劑同時具有電中和及吸附架橋作用［4-5］.其中聚硅酸鋁鋅既有硫酸鋁、硫酸鋅無機混凝劑的電中和作用，又具有聚硅酸絮凝劑的優(yōu)點，但仍存在穩(wěn)定性較差的不足.含硼聚硅酸硫酸鋁鋅(PSZBAS)是在聚硅酸鋁的基礎(chǔ)上引入硫酸鋅和穩(wěn)定助劑——硼砂，制備出的一種新型絮凝劑.該絮凝劑在混凝過程中可同時發(fā)生電中和、吸附架橋和網(wǎng)捕等3種功能，具有良好的絮凝效果，并且由于金屬鹽、穩(wěn)定劑和聚硅酸的吸附絡(luò)合作用，具有較好的穩(wěn)定性［6-8］.

因此，本文以硫酸鋁、硫酸鋅、硅酸鈉、硼砂為原料制備一種含硼聚硅酸硫酸鋁鋅，以期在較難處理的印染廢水脫色處理中發(fā)揮其優(yōu)勢.

1 實驗

1.1 儀器和試劑

1.1.1 儀器JJ-4型六連同步電動攪拌機，PHSJ-4A型實驗室pH計，ESJ120-4型電子天平，V-1100型可見分光光度計，KQ5200DE型數(shù)控超聲波清洗器，UV-2450型紫外分光光度計.

1.1.2 試劑硅酸鈉，硫酸，硫酸鋁Al2(SO4)3·18H2O，氫氧化鈉，硫酸鋅，硼砂，活性藍P-3R，活性艷紅K-2BP，高嶺土.

1.2 含硼聚硅酸鋁鋅制備

配制一定濃度的硅酸鈉溶液，用稀硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié)到適宜的pH，聚合一段時間后加入一定濃度的Al2(SO4)3、ZnSO4和硼砂溶液，攪拌混合一段時間，放置陳化數(shù)小時后，即可得到PSZBAS絮凝劑.

1.3 絮凝效果實驗

(1)取200mL質(zhì)量濃度為50mg/L的模擬印染廢水，加入一定量的PSZBAS，快速攪拌(230r/min) 2min，再慢攪(90r/min)8min，靜置20min取上清液.在染料最大吸收波長下，采用分光光度法測定色度，用濁度儀測定水樣濁度.

(2)計算.

其中A2為處理后的吸光度;A1為處理前的吸光度.

2 結(jié)果與討論

2.1 pH對硅酸聚合反應(yīng)的影響

在PSZBAS的制備過程中，活化硅酸鈉是關(guān)鍵的一步.不同的pH條件下硅酸活化速率差別很大，因此改變硅酸活化的pH分別為1.5，2，4，6，8.研究pH對硅酸凝膠時間的影響.結(jié)果表明，硅酸活化pH與凝膠時間有以下特點：(1)硅酸在pH＜5.8條件下，硅酸的聚合反應(yīng)速度隨聚合初期的pH升高而增大，酸性越弱，聚合反應(yīng)速度越快;(2)硅酸聚合時，pH為5.8～7.8時硅酸迅速凝膠，其凝膠時間僅為1～2min; (3)在pH＞7.8時，因為溶液中存在極少的H+，硅酸鈉很少發(fā)生聚合反應(yīng)，凝膠的速度也較慢［9］.因此，在制備活化硅酸時，pH在2～4時效果較好，最佳pH為3.

2.2 硅酸鈉濃度對絮凝效果的影響

改變硅酸鈉濃度分別為0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，0.7mol/L，研究硅酸鈉濃度對處理效果的影響如圖1所示.由圖1可知，當其他反應(yīng)條件相同時，隨著硅酸鈉濃度的提高，硅酸聚合反應(yīng)速度加快，聚合程度也越高，該絮凝劑的絮凝效果也越好.這主要是因為高聚合度的聚硅酸擁有較強的吸附架橋能力.但當硅酸鈉濃度太高時，該絮凝劑的絮凝效果和穩(wěn)定性有所下降;若硅酸鈉濃度過低，硅酸聚合反應(yīng)速度較慢不利于實際操作.因此，硅酸鈉濃度為0.6mol/L最佳.

圖2 硼硅摩爾比對PSZBAS絮凝效果的影響

圖1 硅酸鈉濃度對PSZBAS絮凝效果的影響

2.3 B/Si摩爾比對絮凝效果的影響

向廢水中投加等量的不同硼硅摩爾比的PSZBAS，硼硅摩爾比對PSZBAS性能的影響如圖2所示.由圖2可以看出，B/Si摩爾比對處理效果的影響很大.當n(B)/n(Si)＜0.125時處理效果隨摩爾比的增加而增強，而大于0.125后處理效果反而下降，所以最佳n(B)/n(Si)=0.125.這是因為硼砂加入到強酸性溶液中后，B4變成了B(OH)3，B(OH)3不但和聚硅酸膠粒表面上的硅羥基進行配位，而且還與Al(Ⅲ)，Zn(Ⅱ)水解形成的多核羥基絡(luò)合物中的羥基進行反應(yīng)［10-11］，使分子聚合度變大，吸附架橋作用加強，但鋁鹽和鋅鹽的電中和能力下降，只有Al/Si、Zn/Si、B/Si摩爾比合適時，綜合效果最好，處理效果也最好.

2.4 鋅硅摩爾比對絮凝效果的影響

絮凝劑中不同的鋅含量直接影響3種硅的分布［12］，從而影響絮凝效果［13-14］.不同Zn/Si摩爾比對PSZBAS絮凝性能的影響如圖3所示.由圖3可以看出，當Zn/Si摩爾比小于1時隨著Zn/Si摩爾比的增大，絮凝劑脫色率和除濁率逐漸提高，當Zn/Si摩爾比為1時，去除效果達到最大.這是因為隨著Zn/Si摩爾比的增加，絮凝劑形成鏈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的傾向較大，便增強了絮凝劑的性能.隨著Zn/Si摩爾比的繼續(xù)增大，脫色率和除濁率逐漸會降低.

圖4 鋁硅摩爾比對PSZBAS絮凝效果的影響

2.5 鋁硅摩爾比對絮凝效果的影響

圖3 鋅硅摩爾比對PSZBAS絮凝效果的影響

絮凝劑中鋁的含量對絮凝劑的效果有較大的影響，當絮凝劑中鋁離子較少時，它的電中和能力較弱;而當絮凝劑中含有過多的鋁離子時，大量的鋁離子容易吸附在污水中帶負電的膠粒表面使其帶正電荷，與絮凝劑之間發(fā)生排斥作用不利于絮凝劑對膠粒的吸附架橋及網(wǎng)捕作用，同樣會使絮凝劑效果降低［15］.圖4為鋁硅摩爾比對PSZBAS絮疑效果的影響，從圖4可以看出，Al/Si摩爾比為2時絮凝劑的脫色效果最好，脫色率在66%以上，除濁效果也較好，除濁率＞99%.故選用Al/Si摩爾比為2最佳.

2.6 硅酸聚合時間比對絮凝效果的影響

改變硅酸聚合時間，制備不同聚合時間的絮凝劑，并對絮凝效果進行比較，結(jié)果表明，硅酸聚合時間對PSZBAS的脫色、除濁效果影響不大，尤其是除濁率，基本都在99%左右;當硅酸聚合時間達到85min后，脫色率略有上升，均能達到66%以上.因此，選擇硅酸聚合時間為85min為宜.

2.7 PSZBAS絮凝劑適用的pH

改變水樣的pH值(用硫酸和氫氧化鈉調(diào)節(jié))，在不同pH的水樣中投加一定量的PSZBAS絮凝劑，絮凝效果如圖5所示.由圖5可以看出，隨著pH的增大，處理效果明顯增強.在pH為12時，PSZBAS絮凝效果最好，而對于酸性和中性的處理效果不是很好，故選擇水樣pH為12.

圖5 不同pH水樣的絮凝效果響

圖6 絮凝劑加入量對絮凝效果的影

2.8 絮凝實驗

取200mL活性艷紅、活性藍和咸陽市某廠實際印染廢水進行絮凝實驗.絮凝劑投加量對色度去除率的影響如圖6所示.從圖6可以看出，對于模擬的印染廢水隨著絮凝劑加入量的增加，去除效果也隨著增強.但是當絮凝劑投加量大于2mL/200mL廢水時絮凝效果的增加不是很明顯.當投加量大于3mL/200mL廢水時，絮凝效果略有下降.因此，在本實驗中對于模擬印染廢水，PSZBAS絮凝劑的最佳投加量為10mL/ L.相比之下，PSZBAS絮凝劑對活性藍染料的去除效果要比活性艷紅好.而對于實際印染廢水，PSZBAS的絮凝劑的最佳投加量為25mL/L.

3 結(jié)論

(1)制備PSZBAS的最佳工藝條件為：二氧化硅的濃度為0.6mol/L，硅酸聚合時間為85min，硅酸聚合pH為3.0，n(B)∶n(Si)=0.125，n(Zn)∶n(Si)=1.0，n(Al)∶n(Si)=2.0，對于模擬印染廢水絮凝劑的最佳加入量為10mL/L.

(2)模擬廢水水樣的pH=12，PSZBAS加入量為10mL/L時，廢水的除濁率和脫色率分別達到99%和66%以上.而對實際印染廢水，PSZBAS加入量為25mL/L時，廢水的脫色率達到87%以上.

(3)PSZBAS絮凝劑處理單一染料配制的模擬廢水時，相同濃度條件下，對活性藍模擬廢水去除效果優(yōu)于活性艷紅模擬廢水.

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Study on the preparation of PolySilicate-Aluminum-Sulphate-Zinc containing Boron flocculants and dyeing wastewater treatment

JIAO Chen-xi1，GUO Ya-ni1，WANG Li-xian1，ZHOU Ming2，NIAN Ning3

(1.School of Environmental and Chemical Engineering，Xi'an Polytechnic University，Xi'an 710048，China; 2.Changan District，Environmental Protection Bureau of Xi'an City，Xi'an 710100，China; 3.Xi'an Branch，Company of China Petroleum＆Chemical Corporation，Xi'an 710086，China)

The PolySilicate-Aluminum-Sulphate-Zinc containing Boron(PSZBAS)was prepared through sodium silicate，aluminum sulfate，zinc sulfate and borax as the raw materials.The various factors on PSZBAS flocculation performance were examined.The optimal preparation condition was the silicate polymerization pH=3，polymerization time was 45min，n(B)∶n(Si)=0.125，n(Al)∶n(Si)=2，n(Zn)∶n(Si)=1 and the flocculant dosage for simulated wastewater is 10mL/L.The experiments showed the actual dyeing wastewater treatment effect was better because of PSZBAS with charge neutralization capacity and adsorption bridging ability.The flocculant dosage for actual dyeing wastewater was 25mL/L.

flocculant;Polysilicate Aluminum Sulphate Zinc containing Boron;decolorization rate;turbidity removal rate

X 703.5

A

1674-649X(2014)01-0064-04

編輯：田莉;校對：孟超

2013-11-07

陜西省科技廳工業(yè)攻關(guān)項目(2009K06-27)

郭雅妮(1972-)，女，陜西省洛南縣人，西安工程大學(xué)教授，碩士.E-mail：guoyani2002@163.com