在现代絮凝剂的研究中w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,已从形态学方面证明聚合氯化铝(PAC)主要由3种形态构成[1~3]:Ala形态(主要包括铝的自由离子、单体w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录、低聚物)w88网址|w88手机登录、Alb形态(铝的聚合物)和Alc(三羟化铝溶液或凝胶)w88网址|w88手机登录,并可分别求得各自的含量及比例:AlT=Ala+Alb+Alc(1)一般认为Alb部分是最佳的凝聚絮凝形态w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,并证明Alb即为Al13的聚合形态(化学式为Al13O4(OH)7+24)[4]w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,它实际上是一定控制条件下铝离子的水解—聚合—沉淀过程的动力学中间产物。采用电化学方法制备絮凝剂主要是采用电解法制备碱式氯化铝和电渗析法制备一般概念上的聚合氯化铝。在前期的研究中[5~7],一种以Alb为优势形态的聚合氯化铝采用电解法制备成功,它具有高碱化度、高Alb形态等特点,具备高效净水最佳絮凝的化学形态条件。
1 E—PAC的制备
连续进料w88网址|w88手机登录、出料的电解制备反应系统见图1w88网址|w88手机登录。
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电解液采用三氯化铝溶液w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,阳极为金属铝w88网址|w88手机登录,电流为600 Aw88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,电压为1.4 Vw88网址|w88手机登录,E—PAC为无色透明液体,产量为100 kg/d,W(Al2O3)=10%w88网址|w88手机登录,W(Alb)=67.6%w88网址|w88手机登录,W(碱化度)=64.5%w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录。
2 试验方法
2.1烧杯试验
采用烧杯搅拌试验考察E—PAC对水中的浊度w88网址|w88手机登录、腐殖质w88网址|w88手机登录、CODw88网址|w88手机登录、油的去除效果w88网址|w88手机登录。模拟的浑浊水和含腐殖质水分别采用高岭土和富里酸(山西产)加1∶1的自来水和去离子水配制w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,生活污水和含油废水均为实际水样w88网址|w88手机登录。烧杯搅拌试验在美国产六联搅拌器上进行w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,使用2 L烧杯w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,内充1.5 L水样w88网址|w88手机登录,在280 r/min混合搅拌1 min,然后在40 r/min下混合反应10 min,静置沉淀15 minw88网址|w88手机登录,取上清液测定w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录。
2.2 中试
E—PAC的中试在高效絮凝集成系统上进行w88网址|w88手机登录,系统构成见图2w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录。
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该系统采用絮凝—拦截沉淀工艺,建在北京第九给水厂的导示水厂w88网址|w88手机登录,原水浊度为1.0~87.5 NTUw88网址|w88手机登录,混凝药剂为九厂目前使用的ZB—PAC(淄博产液体聚合氯化铝)w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录、DY—PAC(唐山产液体聚合氯化铝)w88网址|w88手机登录、AS(硫酸铝)和E—PACw88网址|w88手机登录。系统运行的主要参数,混合:t=60 sw88网址|w88手机登录,v=3m/s,G=613s-1;反应:T=15 min(t1=t2=t3=5 min),v1=0.5 m/sw88网址|w88手机登录,v2=0.3m/s,v3=0.1m/sw88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,G=80s-1(G1=125.5s-1、G2=57.5s-1w88网址|w88手机登录、G3=10.4s-1)w88网址|w88手机登录,GT=7.2×104w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录;沉淀:t=0.4~2 hw88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录。试验用水为北京市第九水厂的原水。
3 E—PAC净水效果
3.1静态效果
将电解法制备的E—PAC与电渗析法制备的聚合氯化铝(ED—PAC)w88网址|w88手机登录、市售聚合铝w88网址|w88手机登录、三氯化铝和硫酸铝进行絮凝效果对比试验w88网址|w88手机登录,结果如图1、2所示w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录。
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结果表明w88网址|w88手机登录,药剂投加量相同时w88网址|w88手机登录,几种絮凝剂对水中的浊度均有一定的去除效果,硫酸铝和三氯化铝的去除效果最差w88网址|w88手机登录,DY—PAC和ED—PAC明显优于硫酸铝等,但E—PAC在絮凝过程中对浊度的去除率均远高于其他絮凝剂w88网址|w88手机登录。对富里酸的去除率也有类似的结果w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,E—PAC对富里酸的絮凝去除效果最好,DY—PAC和ED—PAC也优于硫酸铝等传统混凝剂,这种结果主要是由于其具有较高的Alb含量。
3.2中试效果
①低浊时期经几种絮凝剂处理后的沉淀池出水效果对比见图3w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录、4w88网址|w88手机登录。
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原水浊度为1.0~4.0 NTU时w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,在同样的铝投加量下w88网址|w88手机登录,E—PAC的水处理效果明显比其他絮凝剂好w88网址|w88手机登录,不仅表现在对浊度的去除效率高w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,而且投加药量所允许的范围也大w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录。
②较高浊度水经几种絮凝剂处理后的沉淀池出水效果对比见图5w88网址|w88手机登录。
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原水浊度为10.5~87.5 NTU时w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,在3种PAC中w88网址|w88手机登录,E—PAC对浊度变化的适应性最好w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,在同样的铝投加量下w88网址|w88手机登录,分别比DY—PAC和ZB—PAC对浊度的去除效率高约10%~20%w88网址|w88手机登录,表现出明显的优越性w88网址|w88手机登录。
3.3处理生活污水
取生态环境研究中心家属区生活污水,比较E—PACw88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录、DY—PAC和ZB—PAC 3种聚合絮凝剂对水中COD和SS的去除效果w88网址|w88手机登录。试验用水的SS为321 mg/Lw88网址|w88手机登录,COD为250 mg/L,处理效果见表1w88网址|w88手机登录。
E—PAC对生活污水中的SS和COD的去除效果均明显好于其他两种絮凝剂。当投加量均为10 mg/L(以Al2O3计)时,E—PAC可将原水中321 mg/L的SS和250 mg/L的COD分别去除至3 mg/L和116 mg/Lw88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,去除率分别为99.1%和57.6%w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录;而其他两种PAC对SS和COD的去除率明显低于E—PACw88网址|w88手机登录。
表1 对生活污水的处理效果比较 mg/L
药剂 E—PAC DY—PAC ZB—PAC
投加量(Al2O3) 3 5 10 3 5 10 3 5 10
水中残余SS 52 24 3 78 31 13 89 42 23
水中残余COD 187 142 106 194 153 119 210 165 126
3.4处理含油废水
含油废水为锦州采油厂斜板除油后的出水w88网址|w88手机登录,含油为120mg/L,COD为450mg/Lw88网址|w88手机登录,SS为275 mg/Lw88网址|w88手机登录。采用烧杯试验比较E—PAC、DY—PAC和ZB—PAC三种聚合絮凝剂对CODw88网址|w88手机登录、SSw88网址|w88手机登录、油的去除效果w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,结果如表2所示w88网址|w88手机登录。
表2 处理含油废水的效果对比 mg/L
药剂 E—PAC DY—PAC ZB—PAC
投加量(Al2O3) 5 10 20 5 10 20 5 10 20
SS 143 72 14 161 93 28 172 105 33
COD 398 266 182 418 297 221 425 308 246
油
86 45 9 92 54 18 98 49 17
当投加量均为20mg/L(Al2O3)时w88网址|w88手机登录,E—PAC可将原水中275 mg/L的SSw88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录、450 mg/L的COD和120 mg/L的油分别去除至14 mg/Lw88网址|w88手机登录,182 mg/L和9 mg/L,去除率分别为94.9%w88网址|w88手机登录,59.6%和92.5%,明显优于其他两种絮凝剂w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录。
4 成本估算
电解法制备聚合氯化铝的主要成本来自于铝板的消耗w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,如铝板价格按13.5元/kg计算(包括三氯化铝w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录、电耗与人员工资等)w88网址|w88手机登录,则制备含10%Al2O3液体PAC的成本约为800元/tw88网址|w88手机登录,投加铝量按10-5 mol/L计,则吨水处理成本约0.16元w88网址|w88手机登录。与目前市场上质量较好的液体PAC的产品(750~800元/t)相比w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,其制备成本略高,估算结果如表3所示w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录。
表3 E — PAC的制备与水处理成本估算
药剂的制备成本
(元/t) 含铝量
(%) 折合成铝价格
(元/kg) 水处理成本
(元/t) 投加铝量
(10-5 mol/L)
800 5 16 0.16 3.7
5 结论
电解法制备的聚合氯化铝由于其最有效的絮凝成分Alb远高于普通聚合氯化铝和传统混凝剂,所以对水中的浊度、腐殖质以及污水中的CODw88网址|w88手机登录、SSw88网址|w88手机登录、油类污染物具有优异的去除效果。电解法制备聚合氯化铝设备简单w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,参数易于控制,适合于各种规模和水质的给水和污水处理,并有利于水处理过程的自动化控制w88网址|w88手机登录,具有很好的应用前景w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录。
电解制备聚合氯化铝的主要问题是其采用金属铝作为铝的主要来源,由于金属铝价格较高w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,增加了药剂的制备成本w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,但由于其较高的Alb含量和高效的净水性能w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录,其综合制水成本应与普通PAC相当w88网址|w88手机登录w88网址|w88手机登录。
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