CN101186369B - 用于净化含铬工业废水的磁铁矿粉复合絮凝剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
用于净化含铬工业废水的磁铁矿粉复合絮凝剂，该复合絮凝剂由絮凝剂和助凝剂复合构成，其特征在于，所述的絮凝剂为阳离子型聚丙烯酰胺高分子絮凝剂；所述的助凝剂为聚合硫酸亚铁，所述的絮凝剂与助凝剂的复合比例是：铁/有机物之比为0.6～1.2/1.8～2.8。优化方案的复合絮凝剂中还加有200～800mg/l的磁铁矿粉。其制备方法的步骤是：玉米淀粉加入乙醇润湿加入NaOH溶液碱化；加入H2O2/Fe2+和聚丙烯酰胺反应后加入三乙胺、甲醛和数滴盐酸反应；产物配成胶状液；PFS与PAM-P的复合：熟化一天；配成15～30％的溶液。本发明实现了磁性絮凝剂在废水处理中的应用，废水中铬的去除率达90％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种絮凝剂，具体涉及一种用于净化含铬工业废水的磁铁矿粉复合絮凝剂；本发明还涉及到这种复合絮凝剂的制备方法。
背景技术
水资源是社会经济可持续发展的重要支柱之一，但是目前我国的水资源由于自然和人为双重因素已严重制约了社会经济的发展。全国已有300个城市缺水，7000多万农村人口和6000多万牲畜饮水困难，工业因缺水每年损失1200多亿元。然而，水环境的污染又进一步加重了水资源的短缺。据1997年的统计，我国年废水排放总量达416亿吨，COD排放量为1757万吨。全国七大水系中有一半河段被污染，86％的城市河段水质严重超标，约70％的淡水资源由于受到严重污染而不能直接饮用。江苏省1995年工业废水排放量达22亿吨，其中主要包括镉、六价铬、铅、砷、挥发酚、石油类、硫化物以及悬浮物等污染物。显然，水污染的控制和治理已成为一项刻不容缓的任务。
目前工业废水的处理方法主要有化学法(氧化法、混凝法、电解法)，物理化学法(吸附法、膜技术)以及生化法(投菌法、厌氧—好氧工艺)。对于造纸、制革等富含有机物的工业废水，多采用生化法和混凝法处理。由于这些废水中的有机物质生物代谢缓慢，难于彻底降解，因而生化处理时间长，处理设施及运转费用很高。
絮凝沉降分离法是废水处理中应用很普遍的技术，特别是高分子絮凝剂以其良好的絮凝效果、脱色能力和容易操作等优点而引起国内外的广泛关注。但是絮凝法是靠重力作用自然沉降，分离时间长，在工程应用中沉降池设计的停留时间也较长，并且部分絮团随水流紊动而被带出沉降分离池，导致出水质量下降。如何借助外力加速沉降、缩短沉降时间是絮凝分离技术在污水处理应用中需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种用于净化含铬工业废水的磁铁矿粉复合絮凝剂，利用该复合絮凝剂的絮凝与助凝作用去除铬含铬工业废水中的污染物，优化方案还利用该复合絮凝剂中的磁铁瞬时磁化磁铁矿石微粒从而加速絮凝剂快速集结、沉降的特点进行磁性絮凝剂在废水处理中的应用，以期开发新的水污染治理技术，特别要是提高废水中铬的去除率。同时，本申请还将提供这种复合絮凝剂的制备方法。
完成上述第一发明任务的技术方案是，一种用于净化含铬工业废水的磁铁矿粉复合絮凝剂，该复合絮凝剂由絮凝剂和助凝剂复合构成，其特征在于，所述的絮凝剂为阳离子型聚丙烯酰胺高分子絮凝剂(PAM-P)；所述的助凝剂为聚合硫酸亚铁(PFS)，所述的絮凝剂与助凝剂的复合比例是：铁/有机物之比(体系中铁与有机物的重量比，记为F/O)为0.6～1.2/1.8～2.8；本发明推荐：F/O为0.8～1.0/2.0～2.5。
更具体和更优化地说，本发明的复合絮凝剂是采用以下方法制备得到的复合物：
(1)、阳离子型聚丙烯酰胺高分子絮凝剂的制备(PAM-P絮凝剂)：
称取玉米淀粉，加入乙醇润湿，加入NaOH溶液，慢速搅拌，碱化；所述的玉米淀粉、乙醇、NaOH的比例为1∶0.8～1.2∶0.1～0.3；本申请推荐的NaOH的比例为1∶1∶0.2；
加入1～2ml的H2O2/Fe2+和8～12g聚丙烯酰胺(PAM)，并使反应物充分混合均匀，反应一小时后加入等摩尔的三乙胺、甲醛和数滴盐酸反应1小时；整个反应在55℃水浴中进行；
所述的“H2O2/Fe2+”是指：在H2O2中加入Fe2+配成的溶液。
将上述反应产物用蒸馏水配成8～12g/l的胶状液；本申请推荐：胶状液的浓度采用10g/l；
(2)、助凝剂PFS(聚合硫酸亚铁)与PAM-P高分子的复合：将PFS缓慢滴加到强烈磁力搅拌并微热的PAM-P中，至预定的铁/有机物之比(体系中铁与有机物的重量比，记为F/O)达到0.6～1.2/1.8～2.8；本发明推荐：F/O为0.8～1.0/2.0～2.5。
(3)、熟化一天；
(4)、将熟化后的絮凝剂及助凝剂配成15～30％的溶液。
本发明有以下优化方案：
所述的复合絮凝剂(PAM-P及PFS)中加有200～800mg/l的磁铁矿粉。
磁铁矿粉的最佳用量为600mg/l。
本发明利用该复合絮凝剂的絮凝与助凝作用去除铬含铬工业废水中的污染物，优化方案还利用复合絮凝剂中的磁铁瞬时磁化磁铁矿石微粒从而加速絮凝剂快速集结、沉降废水处理中的含铬污染物。
完成本申请第二个发明任务的技术方案是：一种用于净化含铬工业废水的磁铁矿粉复合絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)、阳离子型聚丙烯酰胺高分子絮凝剂的制备(PAM-P絮凝剂)：
称取玉米淀粉，加入乙醇润湿，加入NaOH溶液，慢速搅拌，碱化；所述的玉米淀粉、乙醇、NaOH的比例为1∶0.8～1.2∶0.1～0.3；本申请推荐的NaOH的比例为1∶1∶0.2；
加入1～2ml的H2O2/Fe2+和8～12g聚丙烯酰胺(PAM)，并使反应物充分混合均匀，反应一小时后加入等摩尔的三乙胺、甲醛和数滴盐酸反应1小时；整个反应在55℃水浴中进行；
将上述反应产物用蒸馏水配成8～12g/l的胶状液；本申请推荐：胶状液的浓度采用10g/l；
(2)、助凝剂PFS(聚合硫酸亚铁)与PAM-P高分子的复合：将PFS缓慢滴加到强烈磁力搅拌并微热的PAM-P中，至预定的铁/有机物之比(体系中铁与有机物的重量比，记为F/O)达到0.6～1.2/1.8～2.8；本发明推荐：F/O为0.8～1.0/2.0～2.5。
(3)、熟化一天；
(4)、将熟化后的絮凝剂及助凝剂配成15～30％的溶液。
优化方案中增加有以下步骤：
(5)、在所述的复合絮凝剂(PAM-P及PFS)中加入200～800mg/l的磁铁矿粉。磁铁矿粉的最佳用量为600mg/l。
使用时，将所需量的絮凝剂及助凝剂加入到含铬废水中，PFS用量为5ml～500mg/l；用盐酸和NaOH溶液调节处理液的pH，调至6.0～9.0，最佳 pH值为6～7左右，经搅拌絮凝、静置沉降。为了确定除铬的效果，可以增加以下步骤：取经过处理后的废水的上清液测定铬的浓度，由处理前后的体系中的含铬量的变化计算铬的去除率。
铬的测定方法
处理前后溶液用二苯碳酰二肼作指示剂，721型分光光度计测其吸光度，由工作曲线求出被测液中Cr6+的浓度。
加有磁铁矿粉时，外加磁场可以加快污水的絮凝。
具体实施方式
本发明提供的用于净化含铬工业废水的磁铁矿粉复合絮凝剂，是一种新的水污染治理技术，它克服了现有技术的不足，利用该复合絮凝剂的絮凝与助凝作用去除铬含铬工业废水中的污染物，优化方案还利用磁铁瞬时磁化磁铁矿石微粒从而加速絮凝剂快速集结、沉降的特点，实现了磁性絮凝剂在废水处理中的应用，废水中铬的去除率达90％以上。本发明的用于净化含铬工业废水的磁铁矿粉复合絮凝剂的制备方法，简单可行，易于用于工业生产。
实施例1，用于净化含铬工业废水的磁铁矿粉复合絮凝剂，其制备方法的步骤如下：
(1)、阳离子型聚丙烯酰胺高分子絮凝剂的制备(PAM-P絮凝剂)：
称取玉米淀粉，加入乙醇润湿，加入NaOH溶液，慢速搅拌，碱化；所述的玉米淀粉、乙醇、NaOH的比例为1∶1∶0.2；
加入1～2ml的H2O2/Fe2+和8～12g聚丙烯酰胺(PAM)，并使反应物充分混合均匀，反应一小时后加入等摩尔的三乙胺、甲醛和数滴盐酸反应1 小时；整个反应在55℃水浴中进行；
将上述反应产物用蒸馏水配成10g/l的胶状液；
(2)、助凝剂PFS(聚合硫酸亚铁)与絮凝剂PAM-P高分子的复合：将PFS缓慢滴加到强烈磁力搅拌并微热的PAM-P中，至预定的铁/有机物(体系中铁与有机物的重量比，记为F/O)比至0.8～0.9/2.3～2.4；
(3)、熟化一天；
(4)、将熟化后的絮凝剂及助凝剂配成20％的溶液。
使用时将所需量的絮凝剂及助凝剂加入到1升的含铬废水中，PFS用量为300mg/l；用盐酸和NaOH溶液调节处理液的pH，调至7左右，经搅拌絮凝、静置沉降。取经过处理后的废水的上清液测定铬的浓度，由处理前后的体系中的含铬量的变化计算铬的去除率。
酸度对除铬率的影响
絮凝除铬过程是在一种复杂的水溶液体系中进行的，水溶液中的多种组分处于离解平衡状态，当体系的酸度发生变化，其中的离子平衡状态也会随之发生变化。因此，pH对PFS的絮凝作用产生直接的影响。为此试验了不同pH值条件下的除铬效果。从表2可以看出：在酸性介质中，铬的去除率较低，随着pH的升高，除铬率迅速增加，在溶液pH为6.0～9.0范围内有较高的除铬效果。当pH在7.0左右时除铬率最高，可达83％以上。
表1最佳pH值实验记录 T＝23℃ t＝30min
阳离子型有机絮凝剂聚丙烯酰胺(PAM-P)在处理含铬废水过程中各项实验的优化条件
絮凝剂PAM-P的最佳投加量
8号水样的pH均调至6～9。和以上实验一样，1～8号烧杯的体积均用蒸馏水定为相同，体积为125ml。由表五可以看出：当PAM-P过量时，絮凝反而出现恶化现象。不过，投加量过量时絮凝恶化现象并不显著。将表1与表5进行比较可以看出：当PFS为絮凝剂时，投加量高达500mg/l，去除率为84％左右。而PAM-P为絮凝剂时，投加量为60mg/l，去除率却高达90％。可见PAM-P具有较好的絮凝效果及较高的经济效益。
表2絮凝剂PAM-P最佳投加量的实验记录 T＝18℃ t＝30min
PFS与PAM-P复合型絮凝剂在处理含铬废水过程中各项实验的优化条件及复合絮凝剂(PAM-P为混凝剂，PFS为助凝剂)的絮凝性能：
表3PAM-P中引入PFS对除铬率的影响 T＝20℃ t＝30min
根据上表可以看出：当PAM-P投加量相同，混凝实验条件一致时，PFS与PAM-P复合后，其混凝除浊效果明显增强，且F/O比越大，铬的去除率越大。实验中还发现，有机阳离子复合絮凝剂在混凝过程中絮体形成速度快。静置过程中，絮体沉降迅速。这是因为阳离子型有机高分子与PFS复合后，PAM-P分子链上所带的电荷与PFS的正电荷相叠加，增强了PAM-P的电中和能力。
复合絮凝剂中引入磁铁矿粉对除铬率的影响
不同磁铁矿粉的量对除铬率的影响
PAM-P的投加量为60mg/l，溶液的最终体积仍为125ml。在实验过程中可以看到：矾花形成很快且絮体大。沉降速度很快。该实验与前面几个实验不同之处在于：当形成矾花后，立即把烧杯放到磁铁上面，利用磁铁存在的 磁场来加速絮凝体的沉降。在这里需说明的是：由于实验条件有限，不能具体测出附加磁场的磁场强度，故不能对它定量描述。从表9可以看出：实验数据似乎没有规律，不过观察可发现，这些数据都比较接近，考虑人为操作引起的误差，可以认为这些数据是相等的。这说明磁铁矿粉的投加不能加大铬的去除率，但可以加速矾体的沉降。磁铁矿粉投加少了，不能和六价铬充分絮凝，这样一来就减小了矾体的磁性，影响了沉降速度；投加量过多时，多余的矿粉不参加絮凝，直接沉入烧杯底部，未起到作用。磁铁矿粉的最佳投加量为600mg/l。
表4磁铁矿粉投加量对除铬率的影响 T＝23℃ t＝5min F/O＝0.2
结论
(1).最佳絮凝剂及其用量：PFS作为絮凝剂时，最佳投加量为500mg/l，在最佳实验条件下，含铬0.07mM的模拟废水的铬去除率为84％左右，絮凝沉降时间长(30～40min)。PAM-P作为絮凝剂时，最佳投加量约为60mg/l，在最佳实验条件下，同上废水中铬的去除率达90％以上，絮凝时间较长(30min)。PAM-P作为絮凝剂，PFS作为助凝剂时，PAM-P用量为60mg/l，F/O＝2.0，在最佳实验条件下，同上废水中铬去除率达90％左右，絮凝沉淀 时间较长(20～30min)。
(2).在复合絮凝剂(PAM-P及PFS)的基础上加入600mg/l的磁铁矿粉，并且外加磁场，在这种情况下，虽然铬的去除率仍为93％左右，但大大节约絮凝时间(5～6min)。
(3).实验的最佳pH值为6～8，pH定为这个值考虑了处理后废水的排放要求，实验也证明在pH＝6～8时，复合絮凝剂(PAM-P及PFS)有较好的絮凝效果。
(4).实验的最佳温度为T＝23～25℃。在此温度下，絮凝剂絮凝效果最好，并且絮凝沉淀物不会溶解。
实施例2，与实施例1基本相同，但有以下改变：
玉米淀粉、乙醇、NaOH的比例为1∶0.8∶0.1；
调节处理液的pH，调至6.0；
胶状液的浓度采用8g/l；
铁/有机物之比为0.6/2.8；
熟化后的絮凝剂及助凝剂配成30％的溶液；
聚合硫酸亚铁用量为5mg/l。
实施例3，与实施例1基本相同，但有以下改变：
玉米淀粉、乙醇、NaOH的比例为1∶1.2∶0.3；
调节处理液的pH，调至9.0，
胶状液的浓度采用12g/l；
铁/有机物之比为1.2/1.8；
熟化后的絮凝剂及助凝剂配成15％的溶液；
聚合硫酸亚铁用量为500mg/l。
实施例4，与实施例1基本相同，但有以下改变：
玉米淀粉、乙醇、NaOH的比例为1∶0.8∶0.3；
调节处理液的pH，调至8.0，
胶状液的浓度采用9g/l；
铁/有机物之比为0.8/2.0。
实施例5，与实施例1基本相同，但有以下改变：
铁/有机物之比为1.0/2.5；
聚合硫酸亚铁用量为100mg/l。
实施例5，与实施例1基本相同，但有以下改变：
聚合硫酸亚铁用量为50mg/l。
实施例6，与实施例1基本相同，但有以下改变：
在所述的复合絮凝剂中还加有600mg/l的磁铁矿粉。
实施例7，与实施例6基本相同，但所述磁铁矿粉的用量为200mg/l。
实施例8，与实施例6基本相同，但所述磁铁矿粉的用量为800mg/l。
Claims (6)
1.一种用于净化含铬工业废水的磁铁矿粉复合絮凝剂，该复合絮凝剂含有絮凝剂和助凝剂，其特征在于，所述的絮凝剂为阳离子型聚丙烯酰胺高分子絮凝剂；所述的助凝剂为聚合硫酸亚铁，所述的絮凝剂与助凝剂的复合比例是：铁/有机物之重量比为0.6～1.2/1.8～2.8；
其中，所述的复合絮凝剂是采用以下方法制备得到的复合物：
(1)、阳离子型聚丙烯酰胺高分子絮凝剂的制备：
称取玉米淀粉，加入乙醇润湿，加入NaOH溶液，慢速搅拌，碱化；所述的玉米淀粉、乙醇、NaOH的比例为1∶0.8～1.2∶0.1～0.3；
加入1～2ml的H2O2/Fe2+和8～12g聚丙烯酰胺，并使反应物充分混合均匀，反应一小时后加入等摩尔的三乙胺、甲醛和数滴盐酸反应1小时；整个反应在55℃水浴中进行；
所述的“H2O2/Fe2+”是指：在H2O2中加入Fe2+配成的溶液；
将上述反应产物用蒸馏水配成8～12g/l的胶状液；
(2)、助凝剂聚合硫酸亚铁与阳离子型聚丙烯酰胺高分子絮凝剂的复合：将聚合硫酸亚铁缓慢滴加到强烈磁力搅拌并微热的阳离子型聚丙烯酰胺高分子絮凝剂中，至预定的铁/有机物之重量比达到0.6～1.2/1.8～2.8；
(3)、熟化一天；
(4)、将熟化后的絮凝剂及助凝剂配成15～30％的溶液；
所述的复合絮凝剂中还加有200～800mg/l的磁铁矿粉。
2.根据权利要求1所述的用于净化含铬工业废水的磁铁矿粉复合絮凝剂，其特征在于，所述的絮凝剂与助凝剂的复合比例是：铁/有机物之重量比为0.8～1.0/2.0～2.5。
3.根据权利要求2所述的用于净化含铬工业废水的磁铁矿粉复合絮凝剂，其特征在于，所述磁铁矿粉的用量为600mg/l。
4.根据权利要求3所述的用于净化含铬工业废水的磁铁矿粉复合絮凝剂，其特征在于，
所述的玉米淀粉、乙醇、NaOH的比例为1∶1∶0.2；
所述胶状液的浓度采用10g/l。
5.一种权利要求1所述用于净化含铬工业废水的磁铁矿粉复合絮凝剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)、阳离子型聚丙烯酰胺高分子絮凝剂的制备：
称取玉米淀粉，加入乙醇润湿，加入NaOH溶液，慢速搅拌，碱化；所述的玉米淀粉、乙醇、NaOH的比例为1∶0.8～1.2∶0.1～0.3；
加入1～2ml的H2O2/Fe2+和8～12g聚丙烯酰胺，并使反应物充分混合均匀，反应一小时后加入等摩尔的三乙胺、甲醛和数滴盐酸反应1小时；整个反应在55℃水浴中进行；
将上述反应产物用蒸馏水配成8～12g/l的胶状液；
(2)、助凝剂聚合硫酸亚铁与阳离子型聚丙烯酰胺高分子絮凝剂的复合：将聚合硫酸亚铁缓慢滴加到强烈磁力搅拌并微热的阳离子型聚丙烯酰胺高分子絮凝剂中，至预定的铁/有机物之重量比达到0.6～1.2/1.8～2.8；
(3)、熟化一天；
(4)、将熟化后的絮凝剂及助凝剂配成15～30％的溶液；
(5)、在所述的复合絮凝剂中加入200～800mg/l的磁铁矿粉。
6.根据权利要求5所述的用于净化含铬工业废水的磁铁矿粉复合絮凝剂的制备方法，其特征在于，
所述的玉米淀粉、乙醇、NaOH的比例为1∶1∶0.2；
所述胶状液的浓度采用10g/l；
所述的铁/有机物之重量比为0.8～1.0/2.0～2.5；
所述磁铁矿粉的用量为600mg/l。
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