聚合镁铝絮凝剂的合成及对废水COD的脱除研究

韩春玉, 韩春芳, 刘春生, 罗根祥, 李 萍

(辽宁石油化工大学化学与材料科学学院,辽宁抚顺113001)

聚合镁铝絮凝剂的合成及对废水COD的脱除研究

韩春玉, 韩春芳, 刘春生, 罗根祥, 李 萍

(辽宁石油化工大学化学与材料科学学院,辽宁抚顺113001)

在室温下采用缓慢加入法合成了两种聚合镁铝絮凝剂,并对实验室废水中化学需氧量(COD)进行脱除研究。结果表明,絮凝剂种类、絮凝剂的体积、p H,处理样品的慢速搅拌时间和沉降时间影响COD的脱除效果。聚合硫酸镁铝(PMAS)在p H=8,快速搅拌时间为3 min,慢速搅拌时间为10 min,沉降时间为30 min,絮凝剂体积为20 mL(1 L废水)的最佳处理条件下,废水中COD的脱除率达到98%以上。

聚合镁铝絮凝剂; 废水处理; 化学需氧量

近年来,高等院校扩招和高校科研不断发展,高校化学实验室和科研实验室的废水具有不确定性、复杂性和量的多变性[1]。目前,实验室废水处理方法和工艺还不够成熟,而絮凝法常用于废水处理,具有经济、高效、适用范围广等特点[2-4]。废水中化学需氧量(COD)是一个重要的指标,直接反映了水体受有机物污染的程度。

本文以提高实验室废水的COD脱除率为主要研究内容[5],发挥絮凝法的优势[6],以镁盐和铝盐为基本原料,自制聚合镁铝絮凝剂来处理无机实验室废水,利用无机高分子聚合絮凝物质的络合、卷曲、和镁离子的协同效应优化絮体的形态,脱除废水中的耗氧物质。引入镁元素,改变絮体的微观形态,使其更适合于对废水COD的脱除。实验结果与文献[7-8]的趋势一致。本絮凝剂的合成以我国丰富的镁资源为依托,而使得此絮凝剂有很大的成本优势,同时增加镁盐,降低铝的用量,克服了传统无机、有机絮凝剂的缺点[9-10],因此,本研究在废水处理方面将具有一定的应用价值。

1 实验部分

1.1 原料与试剂

实验所需原料是定期收集化工专业学生的无机化学实验废水混合而成。此废水分析检测结果见表1。

试剂:硫酸镁 (分析纯);硫酸铝(分析纯);氯化镁(分析纯);硫酸亚铁铵(分析纯);重铬酸钾(分析纯)等。

表1 废水分析结果Table 1 The results of wastewater analysis

1.2 仪器与设备

PHS-29A酸度计 (上海雷磁仪器厂); AU Y120电子分析天平(日本岛津公司);L2290083型磁力搅拌器(杭州仪器电机厂);S22PC分光光度计(上海光学仪器一厂);TDL80-2B台式离心机(上海安亭科学仪器厂)。

1.3 实验方法

(1)无机絮凝剂的合成

聚合硫酸镁铝的合成:用吸量管量取46.5 mL的0.1 mol/L硫酸铝溶液于100 mL三角瓶中,并在100 r/min的磁力搅拌下,用酸式滴定管盛装0.1 mol/L的硫酸镁溶液,并以1 mL/min的速度滴入3.5 mL与硫酸铝溶液混合,合成无色的聚合硫酸镁铝(PMAS)絮凝剂。

聚合氯化镁铝的合成:以同样方法将3.5 mL的0.1 mol/L的氯化镁溶液滴入到46.5 mL的0.1 mol/L硫酸铝溶液中,合成无色的聚合氯化镁铝(PMAC)絮凝剂。

(2)废水处理实验

在室温下,用1 mL的标准吸量管吸取一定体积的絮凝剂,一次性加入到以340 r/min的速率搅拌下的50 mL废水中,并慢速(75 r/min)搅拌一定时间,经过沉降后,离心分离出清液测定其COD。

1.4 分析方法

样品处理前后的 COD测定采取重铬酸钾法[11]。COD的脱除率计算公式见公式(1)。

式中:C0―废水样品处理前的COD值;Ci―废水样品处理后的COD值。

2 结果与讨论

2.1 慢速搅拌时间对COD的脱除率的影响

在废水不断快速搅拌下一次性投入一定量的絮凝剂,并快速搅拌(340 r/min)3 min,然后慢速搅拌(75 r/min)一定时间后,将形成的絮体沉降40 min后测量处理后的废水的COD值,并计算COD的脱除率,结果见图1。

从图1可以看出,两种絮凝剂在慢速搅拌10 min后废水中COD的脱除率都能达到最大值,故选择快速搅拌3 min使絮凝剂充分分散,再慢速搅拌10 min的处理方式。实验过程中慢速搅拌到10 min左右出现比较大的絮体,这说明水体中的需氧物质和加入的絮凝剂形成了吸附作用,而搅拌时间的增长,却引起了COD脱除率的降低,说明搅拌时间在10 min内絮体为成长阶段,超过10 min后,搅拌操作破坏了形成的絮体,絮体的形态变化对于废水中的耗氧物质的吸附卷曲作用降低,表现为COD的脱除率在长时间搅拌后的降低,所以应该控制慢速搅拌时间。

Fig.1 Effect of slow stirring time on COD removal rate图1 慢速搅拌时间对COD脱除率的影响

2.2 沉降时间对COD脱除率的影响

对某组处理后的废水在絮体沉降过程中分别取不同沉降时间的少量溶液进行COD分析,并计算COD的脱除率,结果见图2。

Fig.2 Effect of settling time on COD removal rate图2 沉降时间对COD脱除率的影响

从图2可以看出,在沉降30 min时COD的脱除率达到峰值,沉降时间超过30 min后COD的脱除率降低,可能是由于絮体中部分易溶于水的耗氧物质重新溶解,随沉降时间的增长,絮体与耗氧物质之间形成了部分脱附或逆向反应,故应控制沉降时间不宜过长,以30 min为宜。

2.3 絮凝剂体积对COD脱除率的影响

废水处理中的絮凝剂的体积直接影响到处理废水的成本,所以应以少量为原则。图3为两种絮凝剂在不同体积下对1 L废水的处理结果。

Fig.3 Effect of coagulant dose on COD removal rate图3 絮凝剂体积对COD脱除率的影响

从图3可以看出,废水的 COD的脱除率随PMAC和PMAS两种絮凝剂的体积的增加而增大,但在达到20 mL后COD的脱除率增大不明显,所以絮凝剂体积应选择为20 mL。此时PMAS絮凝剂对废水COD的脱除率已经达到了95%以上,说明此絮凝剂能和水体中的耗氧物质形成比较好的吸附而起到对其脱除的作用。

2.4 p H值对COD脱除率的影响

在最佳的慢速搅拌时间、沉降时间、絮凝剂体积的条件下,对废水处理的酸碱环境进行考察。用1.0 mol/L的H2SO4和1.0 mol/L的NaOH溶液调节废水的p H,并对不同p H的废水进行处理,结果见图4。

Fig.4 Effect of pHon COD removal rate图4 p H对COD脱除率的影响

从图4中可以看出,在p H为6～10时,PMAS和PMAC都有很好的处理效果,说明在此条件下絮凝剂中的各种离子的络合作用、协同作用达到最佳状态。但在p H为8时,聚合硫酸镁铝使废水中COD的脱除率达到了98%,但是聚合氯化镁铝的COD的脱除率不到90%,这有可能是絮凝剂中带入氯离子而引入一定的化学需氧物质而引起的。

[1]罗赛珍,金明,屈芸.高校化学实验室废水处理[J].江西化工,2005(4):32-34.

[2]孔昊楠,陆国红,秦承华.混凝法处理实验室废水的研究[J].环境卫生工程,2007,15(6):25-27.

[3]甘莉,孟召平.絮凝剂聚硅酸锌铁的研制和性能[J].安全与环境学报,2006,6(4):14-17.

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[6]李勇,蒋兰.水处理絮凝剂的应用现状及发展趋势[J].化学工程师,2007(10):40-43.

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[9]郑怀礼,刘克万.无机高分子复合絮凝剂的研究进展及发展趋势[J].水处理技术,2004,30(6):315-319.

[10]秦丽娟,陈夫山.有机高分子絮凝剂的研究进展及发展趋势[J].上海造纸,2004,35(1):41-43.

[11]国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].4版.北京:中国环境科学出版社,2002:211-213.

(Ed.:SGL,Z)

Preparation and Study in Wastewater COD Removed of Polymerization of Mg-Al Flocculants

HAN Chun-yu,HAN Chun-fang,LIU Chun-sheng,LUO Gen-xiang,LI Ping
(School of Chemistry and Materials Science,Liaoning Shihua University,Fushun Liaoning 113001,P.R.China)

22December2009;revised18March2010;accepted8April2010

Two kinds of polymerization Mg-Al flocculants were synthesized under normal atmospheric temperature with slow -addition method,which is used on the laboratory wastewater COD removal examination.The results show that the COD removal is effected by flocculants kind,flocculants dose,p H,stirring time and settling time.Over 98%of COD is removed by polymerization sulfuric Mg-Al flocculants(PMAS)at p H=8,3 minutes rapid agitation and 10 minutes slowly,30 minutes settling time,20 mLflocculants dosage in 1 Lwastewater.

Polymerization Mg-Al flocculants;Wastewater treatment;COD

.Tel.:+86-15241329340;fax:+86-413-6860548;e-mail:hcy7652@163.com

X703.1

A

10.3696/j.issn.1006-396X.2010.02.016

2009-12-22

韩春玉(1972-),男,辽宁北镇市,讲师,硕士。

辽宁省政府支助项目(Myf2008-65)。

1006-396X(2010)02-0058-03