高效環保功能型固體絮凝劑制備及性能研究

李升軍，楚飛虎，吳曉雄

(愛環吳世(蘇州)環保股份有限公司，江蘇 蘇州 215011)

高SS、高COD的高濃工業廢水種類越來越多，處理量越來越大，委外處理的費用逐年增加，企業環保壓力巨大，進而導致高效水處理藥劑的需求不斷增加[1]。高效水處理劑的研究不斷地從單一型向環保多功能型的方向發展，且要兼顧到高效性以及安全性[2-4]。雖然傳統絮凝劑價位低廉且具有好的絮凝沉降性能，但是針對高濃廢水處理效果不理想，且應用過程中產生的污泥不易降解，污染環境[5]。因此，開發天然易降解環保型的絮凝劑劑已成為國內外水處理劑的研究方向[6]。本文針對高濃廢水領域內這一前沿研究方向，重點進行高效環保復合型多功能固體絮凝劑的研制，選用環境友好的改性海藻酸鈉、改性硅藻土、改性海泡石纖維、天然無機物石膏進行復配，利用其協同增效作用，研制出一種高效環保多功能型固體絮凝劑劑，應用于高濃廢水處理領域，從而達到取代傳統絮凝劑的目的。

1 實 驗

1.1 主要試劑及儀器

改性海藻酸鈉，自制；改性硅藻土，自制；改性改性海泡石纖維，自制；天然無機物石膏(工業級)，江蘇一夫科技股份有限公司；聚丙烯酰胺(PAM，工業級)，鞏義市濾料工業有限公司；聚合氯化鋁(PAC，工業級)，鞏義市濾料工業有限公司；聚合硫酸鐵(PFS，工業級)，鞏義市濾料工業有限公司；重金屬捕捉劑(工業級)，山東金鼎環保科技有限公司。

DHG-9050A電熱恒溫鼓風干燥箱，上海合恒儀器設備有限公司；5B-1F CODCr快速檢測儀，北京連華永興科技發展有限公司；Z-2700原子吸收分光光度計，上海百賀儀器科技有限公司；2100Q便攜式濁度儀，上海而立環保科技有限公司；150 mm研缽，江蘇華歐玻璃有限公司。

1.2 制備方法

根據改性海藻酸鈉、改性硅藻土不同復配比例對濁度及CODCr的去除率，確認兩者的質量比；固定兩者的質量比，添加天然無機物石膏，根據沉降速率及濁度去除率確定其添加量；固定改性海藻酸鈉、改性硅藻土、石膏的質量比，添加改性海泡石纖維，根據對重金屬的吸附效果確定其添加量；最終確定該固體絮凝劑的配方，采用烘箱烘干各組分采用固相研磨的方式制備。

2 結果與討論

2.1 改性海藻酸鈉與改性硅藻土配比

分別取某研磨廢水500 mL，濁度為300 NTU；分別某油墨廢水500 mL，CODCr為12000 mg/L；分別加藥總質量0.5 g，按質量比為改性海藻酸鈉∶改性硅藻土=1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1，進行固相研磨復配，分別加入到廢水中，攪拌反應20 min，靜置，取上清液用濁度儀及CODCr檢測儀測定濁度、CODCr，根據測定值計算去除率，去除率=(起始濃度-最終濃度)/起始濃度，具體如圖1所示。

圖1 不同質量比下CODCr與濁度的去除率

由圖1知，改性海藻酸鈉與改性硅藻土在不同質量比下，隨著改性海藻酸鈉量的增加，CODCr與濁度的去除率明顯增加，當兩者的質量比為3∶1時，去除率變緩，確定兩者的質量比。由于改性海藻酸鈉含有大量的羥基基團和羧基基團，是一種多極性的天然高分子化合物，易溶于水形成粘稠狀液體，在微凝絮體間起粘結架橋作用，形成較大、較密實且有廣闊表面的絮體。同時改性硅藻土在不同pH值介質中可以帶正電或負電，從而使帶相反符號電荷的離子或顆粒物依靠電性作用而吸附，有一定的凝聚團聚作用，兩者有協同增效作用，對CODCr及濁度(SS)去除效果良好。

2.2 天然無機物石膏添加量

某研磨廢水分別取500 mL，加藥總質量0.5 g，固定改性海藻酸鈉與改性硅藻土的質量比為3∶1，然后加入不同質量比的天然無機物石膏，攪拌反應20 min，靜置5 min內測定其處理研磨廢水的絮凝沉降速率，同時取上清液分別測定濁度，用濁度儀測定其濁度，根據測定值計算去除率，去除率=(起始濃度-最終濃度)/起始濃度，具體如圖2所示。

圖2 石膏對絮凝沉降速率與濁度去除率的影響

由圖2知，隨著天然無機物石膏質量的增加，絮凝沉降速率明顯增大，濁度去除率稍有降低，當改性海藻酸鈉、改性硅藻土與石膏的質量比為3∶1∶7時，絮凝沉降速率開始放緩，說明石膏對絮凝沉降速率及濁度去除率的影響開始減緩，確認三者的質量比為3∶1∶7。由于石膏的比重較大，可以加速絮體沉降，但過量加入會影響改性海藻酸鈉及改性硅藻土的綜合絮凝性能。

2.3 改性海泡石纖維添加量

分別取含銅廢水500 mL，Cu2+含量75 mg/L；分別取含鉻廢水500 mL，Cr6+含量30 mg/L，加藥總質量0.5 g，固定改性海藻酸鈉、改性硅藻土與石膏為3∶1∶7，加入不同質量比的改性海泡石纖維，攪拌反應20 min，靜置20 min，取上清液，原子吸收分光光度計分別測定重金屬濃度，根據測定值計算去除率，除率=(起始濃度-最終濃度)/起始濃度，具體見圖3。

圖3 改性海泡石纖維對重金屬去除率的影響

由圖3知，固定改性海藻酸鈉、改性硅藻土與石膏為3∶1∶7，隨著改性海泡石纖維質量的增加，重金屬Cu2+與Cr6+的去除率顯著增加，各組分質量比為3∶1∶7∶4時，重金屬去除率開始放緩，趨于穩定，說明增大改性海泡石纖維的量對重金屬的去除效果影響降低。由于改性海泡石纖維多孔且具有較強吸附能力，同時改性硅藻土具有獨特的微孔結構，比表面積大，堆密度小，孔體積大，因而其吸附能力強，既可以發生單分子吸附，也可以形成多分子層吸附，吸附的速率較快。改性硅藻土吸附重金屬后，仍具有整體均勻一致的顆粒，與其他成分協同作用，能快速形成粒度和密度較大的絮體，且絮體的穩定性好。最終確定該固體絮凝劑OS的最佳質量比為改性海藻酸鈉∶改性硅藻土∶改性海泡石纖維∶石膏=3∶1∶7∶4。

2.4 濁度、CODCr去除性能評價

某高濃油墨廢水，濁度為935 NTU，CODCr為45600 mg/L，該固體絮凝劑OS與傳統絮凝劑處理，綜合性能對比，見表1。

表1 不同類型絮凝劑對某高濃油墨廢水處理效果影響

由表1知，固體絮凝劑OS針對某高濃油墨廢水，濁度去除率達95.2%，CODCr去除率達90.1%，明顯優于傳統的絮凝劑，在高濃廢水處理領域有顯著的作用。

2.5 重金屬去除性能評價

某高濃含鎳綜合廢水，濁度為1072 NTU，Ni2+為267 mg/L，該固體絮凝劑OS與傳統絮凝劑及重金屬捕捉劑處理，綜合性能對比，見表2。

表2 不同類型絮凝劑對某高濃含鎳廢水處理效果影響

由表2知，固體絮凝劑OS針對某高濃含鎳廢水，濁度去除率達95.0%，Ni2+去除率達99.2%，與重金屬捕捉劑處理效果基本一致，重金屬綜合去除效果理想。

3 結 論

依據藥劑不同組分配比對廢水濁度、CODCr、重金屬的去除性能及絮凝沉降速率，確定高效環保功能型固體絮凝劑的質量比為改性海藻酸鈉∶改性硅藻土∶改性海泡石纖維∶石膏=3∶1∶7∶4，該固體絮凝劑對高濃廢水濁度去除率達95%，CODCr去除率達90%，重金屬去除率達98%，性能優異，在高濃廢水處理領域有顯著的作用，可替代傳統的絮凝劑。