聚合硫酸铝铁市场分析
聚合硫酸铝铁预处理垃圾渗滤液
摘要：采用聚合硫酸铝铁(PAFS)预处理垃圾渗滤液中的高浓度有机物,为后续的吸附环节及生物处理阶段创造良好的水质条件.试验结果表明,在低投加量的.条件下,PAFS投加量在200 mg/L、pH为8.0、沉淀时间为40min时,混凝效果最佳,CODcr的去除率可达37.5%.作 者：邱S 郑爽英 QIU Yun ZHENG Shuang-ying 作者单位：西南交通大学环境科学与工程学院,四川,成都,610031期 刊：污染防治技术 Journal：POLLUTION CONTROL TECHNOLOGY年，卷(期)：,23(2)分类号：X703.5关键词：聚合硫酸铝铁 混凝 预处理
1 PAFS的制备研究进展
1.1 原料
制备聚合硫酸铝铁主要是利用原料中的铝元素和铁元素,所以,含有一定量的铝元素和铁元素的物质,均可以作为制备PAFS的原料,如采用硫酸亚铁和硫酸铝[3]、高炉渣[4]、硫铁矿烧渣[5]、煤系高岭土[6]、粉煤灰[7]、铝土矿尾矿[8]等原料,经过一定的工艺处理,均能制备出聚合硫酸铝铁。
1.2 制备方法
首先要溶解原料中的铝元素和铁元素,形成硫酸铝、硫酸亚铁或硫酸铁,很多研究者都是先获得硫酸亚铁和硫酸铝,在制备的过程中加入氧化剂如空气[9]、二氧化锰[10]、双氧水、氯酸钠、浓硝酸[11]等,使亚铁离子转化为铁离子,然后再和硫酸铝进行聚合,主要的工艺流程如图1所示。
葛旭升等[12]采用铝渣制备了硫酸铝,用拆解钢制备了硫酸亚铁,再将这二者按硫酸亚铁与硫酸铝的质量比为12~14,硫酸与总铁的物质的量之比为1.30,搅拌至混合均匀后缓慢滴加适量双氧水,控制反应温度为57℃,反应时间为2.5h,在此条件下所得的红色粘稠液体为PAFS,其盐基度可达15.1%~18.9%。在上述反应中,氧化剂双氧水的作用就是将体系中的Fe2+氧化为Fe3+。对于可以直接获得Fe3+的原料,则无需经过氧化步骤,赵冉[13]采用赤铁矿为原料获得了硫酸铁溶液,然后再和由粉煤灰制得的硫酸铝溶液直接聚合,省去了氧化步骤,也制得了PAFS。
1.3 制备原理
由亚铁离子和铝离子混合来制备PAFS,氧化反应的速率较低,常常需要加入催化剂来提高反应的速率。Fe SO4在酸性条件和氧化剂存在的条件下,被氧化为Fe2(SO4)3,Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3经水解、聚合,得到红棕色的聚合硫酸铝铁液体产品,常见的反应方程式如下:
最重要的反应是聚合硫酸铝铁的生成,方程式如下:
在制备过程中,水解和聚合反应同时存在于一个体系中,有时还发生氧化反应,这些反应之间相互影响,相互促进[14],最终生成红褐色或红棕色的[Al(OH)nSO4]m[Fe2(OH)nSO4]m,即聚合硫酸铝铁(PAFS)。
2 PAFS的应用研究进展
2.1 混凝除浊
用PAFS溶液处理工业废水,用量少,矾花大,沉降快,浊度和COD去除率高,无毒无害,因而具有良好的经济效益和环境效益。曾凤春等用PAFS处理工业废水,加入0.2m L相同浓度的聚合硫酸铝铁,快速搅拌后以石灰乳调节p H为6~8,静置40min后用吸管吸取上层清液,测定后可知COD去除率为92.2%,浊度去除率为98.7%。邱慧琴等[15]用高岭土和去离子水配制成一定浊度的模拟悬浊液,加入适量混凝剂,搅拌均匀后,于液面下25 mm处虹吸取样,测定水样的浊度,结果显示,浊度由11NTU降低至1NTU左右,浊度去除率大于90%。这是由于聚合硫酸铝铁是铁盐和铝盐的共聚物,在制备过程中,铁盐和铝盐形成了羟基化的高聚合度的无机高分子形态,其凝聚-絮凝机理同时兼有铁盐和铝盐的水解、电中和、吸附架桥、沉淀网捕等特性,因而具有较单一的PFS或PAC混凝剂更为优异的絮凝性能和混凝效果[16]。
2.2 处理印染废水
何卓等[17]利用PAFS处理印染废水,做法是调节废水p H为6,加入10%(体积分数)的自制PAFS,以120r·min-1的转速搅拌3min,静置沉降30min后取上清液测定COD和色度,结果表明,COD去除率达到92.5%,色度去除率达到88%。
2.3 处理焦化废水
兴虹等[18]以某焦化厂的二沉池出水为水样,分别用自制的PAFS和聚合硫酸铁(PFS)为絮凝剂来处理焦化废水,水样中加入的PAFS量和PFS量均为400mg·L-1,结果表明,2种絮凝剂均在p H为5.5左右时,对CODCr的去除效果最好,且PAFS对于焦化废水的处理效果明显好于PFS。
2.4 处理含重金属离子的废水
唐文伟等[19]采用PAFS来处理含Cu2+浓度为150mg·L-1的模拟废水,残余的Cu2+浓度为0.08mg·L-1,达到国家排放标准,他们发现p H对PAFS处理重金属离子的影响最显著,其去除率一般随p H的升高而增大。处理不同的重金属离子时p H不尽相同,Cu2+和Ni2+的p H均为11,其去除率分别可达到99.19%和99.17%。
2.5 处理乳品废水
李亚强等[20]将PAFS用于乳品废水的处理,他们向250m L混合均匀的乳品废水中加入一定体积的PAFS,在电动搅拌器上搅拌均匀后静置沉降30min,测定结果表明,PAFS处理乳品废水的效果优于PAC,适宜的p H为6~9,PAFS投量200mg·L-1时,CODCr去除率为57.5%,SS去除率为93.1%。
3 存在的问题、对策及展望
3.1 需要扩展原料的来源
凡是含有一定量的铁元素和铝元素的原料,均可以考虑用来合成PAFS,这样就扩大了合成原料的范围,比如含铁量和含铝量较多的煤矸石等;还可以考虑分别使用含铝和含铁的2种或2种以上的矿物来合成PAFS,比如用铝土矿来提供铝元素,用炼铁尾矿来提供铁元素,通过调整一定的铁铝比来制备PAFS产品。
3.2 工艺需要进一步优化
现行的工艺多为分别制备出铁盐和铝盐,然后再进行聚合反应,有的在反应中还需加入催化剂,导致成本增加;或加入的催化剂会引入二次污染,如加入Mn O2作为催化剂,且合成步骤较为复杂。可以改进为一步合成法,特别是利用矿物原料时,先进行铝元素和铁元素比例的调整,氧化时采用空气,能降低成本且简化合成工艺。
3.3 需开发新型产品,扩展应用范围
在制备PAFS时,多采用含铁量大而含铝量小的配方,实际上可以根据原料的特点,改进工艺,以尽可能少的额外添加铁元素或铝元素来合成不同铁铝含量的PAFS,并使其性能达到相关要求。还可以根据多数矿物原料富含硅元素的特点,开发含硅的聚合硫酸铝铁硅等多种产品,并扩展其在水处理领域的应用范围。
4 总结
单质铁强化生物还原法处理硫酸盐废水
为提高生物法处理酸性硫酸盐废水的效果,采用间歇试验对生物还原体系的特性进行了研究,重点考察了加入单质铁(Fe0)对硫酸盐还原反应的强化作用.结果表明,pH>6.5的中性偏酸环境最适合硫酸盐还原菌(SRB)的生长代谢,降低pH值会抑制反应的进行,且初始pH值越低则抑制作用越强.Fe0对硫酸盐还原过程有强化作用,可使体系承受更大的酸性负荷,并明显缩短了反应延迟期,但是对硫酸盐的`还原反应速度、最终去除量和还原率几乎没有影响.废水pH值随着硫酸盐还原反应的进行而提高,经过SRB处理后最终可达7.0以上.加入Fe0的体系进行硫酸盐还原反应所消耗的COD较少,△COD/△SO2-4 为0.91～0.98.
作 者：冯颖 康勇 范福洲 孔琦 FENG Ying KANG Yong FAN Fu-zhou KONG Qi 作者单位：天津大学,化工学院,天津,300072刊 名：中国给水排水 ISTIC PKU英文刊名：CHINA WATER & WASTEWATER年，卷(期)：200521(7)分类号：X703.1关键词：酸性硫酸盐废水 硫酸盐还原菌 单质铁
