高效环保功能型固体絮凝剂制备及性能研究

李升军，楚飞虎，吴晓雄

(爱环吴世(苏州)环保股份有限公司，江苏 苏州 215011)

高SS、高COD的高浓工业废水种类越来越多，处理量越来越大，委外处理的费用逐年增加，企业环保压力巨大，进而导致高效水处理药剂的需求不断增加[1]。高效水处理剂的研究不断地从单一型向环保多功能型的方向发展，且要兼顾到高效性以及安全性[2-4]。虽然传统絮凝剂价位低廉且具有好的絮凝沉降性能，但是针对高浓废水处理效果不理想，且应用过程中产生的污泥不易降解，污染环境[5]。因此，开发天然易降解环保型的絮凝剂剂已成为国内外水处理剂的研究方向[6]。本文针对高浓废水领域内这一前沿研究方向，重点进行高效环保复合型多功能固体絮凝剂的研制，选用环境友好的改性海藻酸钠、改性硅藻土、改性海泡石纤维、天然无机物石膏进行复配，利用其协同增效作用，研制出一种高效环保多功能型固体絮凝剂剂，应用于高浓废水处理领域，从而达到取代传统絮凝剂的目的。

1 实 验

1.1 主要试剂及仪器

改性海藻酸钠，自制；改性硅藻土，自制；改性改性海泡石纤维，自制；天然无机物石膏(工业级)，江苏一夫科技股份有限公司；聚丙烯酰胺(PAM，工业级)，巩义市滤料工业有限公司；聚合氯化铝(PAC，工业级)，巩义市滤料工业有限公司；聚合硫酸铁(PFS，工业级)，巩义市滤料工业有限公司；重金属捕捉剂(工业级)，山东金鼎环保科技有限公司。

DHG-9050A电热恒温鼓风干燥箱，上海合恒仪器设备有限公司；5B-1F CODCr快速检测仪，北京连华永兴科技发展有限公司；Z-2700原子吸收分光光度计，上海百贺仪器科技有限公司；2100Q便携式浊度仪，上海而立环保科技有限公司；150 mm研钵，江苏华欧玻璃有限公司。

1.2 制备方法

根据改性海藻酸钠、改性硅藻土不同复配比例对浊度及CODCr的去除率，确认两者的质量比；固定两者的质量比，添加天然无机物石膏，根据沉降速率及浊度去除率确定其添加量；固定改性海藻酸钠、改性硅藻土、石膏的质量比，添加改性海泡石纤维，根据对重金属的吸附效果确定其添加量；最终确定该固体絮凝剂的配方，采用烘箱烘干各组分采用固相研磨的方式制备。

2 结果与讨论

2.1 改性海藻酸钠与改性硅藻土配比

分别取某研磨废水500 mL，浊度为300 NTU；分别某油墨废水500 mL，CODCr为12000 mg/L；分别加药总质量0.5 g，按质量比为改性海藻酸钠∶改性硅藻土=1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1，进行固相研磨复配，分别加入到废水中，搅拌反应20 min，静置，取上清液用浊度仪及CODCr检测仪测定浊度、CODCr，根据测定值计算去除率，去除率=(起始浓度-最终浓度)/起始浓度，具体如图1所示。

图1 不同质量比下CODCr与浊度的去除率

由图1知，改性海藻酸钠与改性硅藻土在不同质量比下，随着改性海藻酸钠量的增加，CODCr与浊度的去除率明显增加，当两者的质量比为3∶1时，去除率变缓，确定两者的质量比。由于改性海藻酸钠含有大量的羟基基团和羧基基团，是一种多极性的天然高分子化合物，易溶于水形成粘稠状液体，在微凝絮体间起粘结架桥作用，形成较大、较密实且有广阔表面的絮体。同时改性硅藻土在不同pH值介质中可以带正电或负电，从而使带相反符号电荷的离子或颗粒物依靠电性作用而吸附，有一定的凝聚团聚作用，两者有协同增效作用，对CODCr及浊度(SS)去除效果良好。

2.2 天然无机物石膏添加量

某研磨废水分别取500 mL，加药总质量0.5 g，固定改性海藻酸钠与改性硅藻土的质量比为3∶1，然后加入不同质量比的天然无机物石膏，搅拌反应20 min，静置5 min内测定其处理研磨废水的絮凝沉降速率，同时取上清液分别测定浊度，用浊度仪测定其浊度，根据测定值计算去除率，去除率=(起始浓度-最终浓度)/起始浓度，具体如图2所示。

图2 石膏对絮凝沉降速率与浊度去除率的影响

由图2知，随着天然无机物石膏质量的增加，絮凝沉降速率明显增大，浊度去除率稍有降低，当改性海藻酸钠、改性硅藻土与石膏的质量比为3∶1∶7时，絮凝沉降速率开始放缓，说明石膏对絮凝沉降速率及浊度去除率的影响开始减缓，确认三者的质量比为3∶1∶7。由于石膏的比重较大，可以加速絮体沉降，但过量加入会影响改性海藻酸钠及改性硅藻土的综合絮凝性能。

2.3 改性海泡石纤维添加量

分别取含铜废水500 mL，Cu2+含量75 mg/L；分别取含铬废水500 mL，Cr6+含量30 mg/L，加药总质量0.5 g，固定改性海藻酸钠、改性硅藻土与石膏为3∶1∶7，加入不同质量比的改性海泡石纤维，搅拌反应20 min，静置20 min，取上清液，原子吸收分光光度计分别测定重金属浓度，根据测定值计算去除率，除率=(起始浓度-最终浓度)/起始浓度，具体见图3。

图3 改性海泡石纤维对重金属去除率的影响

由图3知，固定改性海藻酸钠、改性硅藻土与石膏为3∶1∶7，随着改性海泡石纤维质量的增加，重金属Cu2+与Cr6+的去除率显著增加，各组分质量比为3∶1∶7∶4时，重金属去除率开始放缓，趋于稳定，说明增大改性海泡石纤维的量对重金属的去除效果影响降低。由于改性海泡石纤维多孔且具有较强吸附能力，同时改性硅藻土具有独特的微孔结构，比表面积大，堆密度小，孔体积大，因而其吸附能力强，既可以发生单分子吸附，也可以形成多分子层吸附，吸附的速率较快。改性硅藻土吸附重金属后，仍具有整体均匀一致的颗粒，与其他成分协同作用，能快速形成粒度和密度较大的絮体，且絮体的稳定性好。最终确定该固体絮凝剂OS的最佳质量比为改性海藻酸钠∶改性硅藻土∶改性海泡石纤维∶石膏=3∶1∶7∶4。

2.4 浊度、CODCr去除性能评价

某高浓油墨废水，浊度为935 NTU，CODCr为45600 mg/L，该固体絮凝剂OS与传统絮凝剂处理，综合性能对比，见表1。

表1 不同类型絮凝剂对某高浓油墨废水处理效果影响

由表1知，固体絮凝剂OS针对某高浓油墨废水，浊度去除率达95.2%，CODCr去除率达90.1%，明显优于传统的絮凝剂，在高浓废水处理领域有显著的作用。

2.5 重金属去除性能评价

某高浓含镍综合废水，浊度为1072 NTU，Ni2+为267 mg/L，该固体絮凝剂OS与传统絮凝剂及重金属捕捉剂处理，综合性能对比，见表2。

表2 不同类型絮凝剂对某高浓含镍废水处理效果影响

由表2知，固体絮凝剂OS针对某高浓含镍废水，浊度去除率达95.0%，Ni2+去除率达99.2%，与重金属捕捉剂处理效果基本一致，重金属综合去除效果理想。

3 结 论

依据药剂不同组分配比对废水浊度、CODCr、重金属的去除性能及絮凝沉降速率，确定高效环保功能型固体絮凝剂的质量比为改性海藻酸钠∶改性硅藻土∶改性海泡石纤维∶石膏=3∶1∶7∶4，该固体絮凝剂对高浓废水浊度去除率达95%，CODCr去除率达90%，重金属去除率达98%，性能优异，在高浓废水处理领域有显著的作用，可替代传统的絮凝剂。