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聚合氯化铝和硫酸铝处理高浓度含氟废水

发布时间:2020-08-14     浏览次数:

摘要:以某氟化盐厂排放的含氟废水为研究对象,在化学混凝两段法处理工艺中,对聚合氯化铝(PAC)与硫酸铝处理高浓度含氟废水时pH的影响、混凝剂投加量、温度的影响、沉降速度进行了对比研究,并对石灰乳-PAC除氟进行了静态放大试验。结果表明, PAC对pH变化和原水温度适应性强、投药量少、沉降速度明显提高等,石灰乳-PAC除氟时的静态放大试验效果达到《污水综合排放标准》(GB8978-1996)一级标准。

化学混凝法是目前处理含氟废水的主要方法之一,因其具有适应性强、操作简单、基建投资低等优点而被广泛采用。混凝剂的选择直接影响混凝处理的效果和费用。某公司用石灰乳硫酸铝两段法处理排放的含氟废水,该工艺具有生产简单,价格相对低廉的特点,但存在投药量大,处理过程形成的沉淀松散、破碎、悬浮于水中不易沉淀等问题,致使氟离子未能达到GB8978--1996一级排放标准,对环境造成污染。而混凝剂聚氯化铝是以各种聚合物和Al(OH)3的形式直接存在于水中,不再出现Al3+的水解过程,所以可看作为无定形的无机高分子,因而聚硫氯化铝表现出许多不同于传统混凝剂的特异混凝功能。在本研究中,含氟废水为研究对象,对硫酸铝和PAC的除氟效果进行对比试验,改进废水处理工艺,提高F-的去除率。

1、试验材料与方法

(1)药剂。NaF(AR)、Ca(OH)2(AR)、PAC(AR)、Al2(SO4)3、NaOH(AR)、HCl(AR)、TISAB(自配)。

(2)试验仪器及用品。pHS-3C型精密pH计、HJ-3PF-1型氟离子选择电极、232型饱和甘汞电、E-201-C型pH复合电极、AA-7020型原子吸收分光光度计、JJ-3型六联电动搅拌机、沉降管。

(3)水样。水质为:F-2100mg/L、Cl-138mg/L、Na+l070mg/L、SS<30mg/L、pH2.21。

(4)分析方法。F-采用氟离子选择电极法测量;CI-采用硝酸银滴定法测定;Na+采用原子吸收分光光度法含量测量;pH采用精密pH计测量。

(5)化学混凝两段法处理工艺。对于该厂pH较低的含氟废水,投加足够的石灰乳,控制pH为12左右,此时上清液中F-可降至40~80mg/L,但此时废水pH很高,而絮凝沉降除氟控制pH均在中性范围,继续投加的PAC和硫酸铝都呈酸性,有利于pH的降低,现就混凝剂PAC和硫酸铝的除氟效果进行对比试验。

2结果与讨论

2.1 pH变化对混凝效果的影响对比

在20℃下,在聚乙烯烧杯内加入1000mL废水,先用10%石灰乳控制pH12左右,搅拌30min,沉淀90min后倒出800mL上清液,然后向每个聚乙烯烧杯内加入400mg/L的PAC,用1:1HCl和10%NaOH调不同pH,快速搅拌2min,转速150r/min,再慢速搅拌10min,转速40r/min。沉淀120min,取上清液分析测定F-。将混凝剂改用硫酸铝,投加量也为400mg/L,按同样的试验步骤处理含氟废水,测不同pH对石灰乳硫酸铝除氟时残留F-影响,结果见图1。

聚合氯化铝和硫酸铝处理高浓度含氟废水

由图1可知,用PAC作絮凝剂时,pH在很大范围内都能使出水F-达到GB8978-1996一级标准(10mg/L),综合对所排废水的pH要求考虑,较佳pH可选在6~8。而絮凝剂选用硫酸铝时,pH较难控制,出水不稳定。硫酸铝为低分子结晶盐,只有一个固定的分子式,而PAC可以看作是AlCl3经水解逐步转化为Al(OH)3这一过程的中间产物,使许多不同形态水解产物组合而成的化合物,表示某种高分子电解质的形态。正是由于这种结构,PAC—投加到水中,就可直接发生电性中和,吸附架桥等作用,并且受到原始水质的影响较小,所以PAC适应的pH范围较广,混凝效能比普通的铝盐好。

2.2混凝剂投加量的对比

在20℃下,在聚乙烯烧杯内加入1000mL废水,先用石灰乳控制pH12左右,搅拌30min,沉淀90min后倒出800mL上清液,然后向每个聚乙烯烧杯内投加不同量PAC,用1:1HCl和10% NaOH调节pH为6~8,快速搅拌2min,转速200r/min,再慢速搅拌10min,转速40r/min。沉淀120min,取上清液分析测定F-。将PAC换成硫酸铝,再按上述步骤试验。分析测试结果见图2。

聚合氯化铝和硫酸铝处理高浓度含氟废水

由图2可知,当投加量小于400mg/L时,残余F-与PAC投加量基本呈线性关系,PAC投加量在320mg/L以上时,残余F-均满足排放标准。为了确保安全,在此基础上继续投加絮凝剂使残余F-进一步降低,综合处理成本和去除效率考虑,确定PAC投加量为500mg/L时比较合适。而采用硫酸铝作絮凝剂时,投加量在700mg/L以上时,才使残余F-达到一级标准,为确保安全,硫酸铝的投加量应取在1000mg/L左右,较PAC大。

2.3温度对混凝效果的影响对比

试验温度选择在5~50℃,通过不断加冰或电加热控制温度。在指定温度下,在聚乙烯烧杯内加入1000mL废水,放在冰水浴中,用石灰乳控制pH12左右,搅拌30min,沉淀90min后倒出800ml上清液,然后向聚乙烯烧杯内投加500mg/L的PAC,用1:1HCl和10%NaOH调节pH为6~8,快速搅拌2min,转速200r/min,再慢速搅拌10min,转速40r/min。沉淀120min,取上清液分析测定F-。温度依次增加,测不同温度对混凝剂PAC除氟的影响。将PAC换成硫酸铝,投加量为1000mg/L,再按上述步骤试验。测试结果见图3。

聚合氯化铝和硫酸铝处理高浓度含氟废水

由图3可知,20℃以下时,水温对硫酸铝的混凝效果有明显影响,即使增加硫酸铝的投加量往往也难以取得良好的混凝效果,生产实践中表现为絮体细小、松散,沉淀效果差。温度对混凝效果产生影响的主要原因为水温影响药剂溶解速度。硫酸铝是无机盐混凝剂,其水解是吸热反应,低温时混凝剂水解困难;水温影响水的黏滞性:低温水的黏度大,使水中杂质颗粒布朗运动强度减弱,碰撞机会减少,不利于胶粒脱稳凝聚;同时,水的黏度大,水流剪力也加大,影响絮体的成长;水温还对胶体颗粒的水化膜形成有影响:水温低时,胶体颗粒水化作用增强,水化膜增厚,妨碍胶体凝聚,而且水化膜内的水由于黏度和重度加大,影响了颗粒之间粘附强度。而低温对PAC的影响较小,PAC低温水混凝处理中比硫酸铝效果好。在20~50℃时,两者除氟效果受温度的影响不大。

2.4沉降速度的对比

在室温20℃下,分别对混凝剂PAC和硫酸铝的除氟过程进行沉降试验。取2000mL废水,投加足够量石灰乳,控制pH在12左右,反应30min,分别加入1gPAC和2g硫酸铝,控制pH在6~8,快速搅拌2min,转速200r/min,再慢速搅拌10min,转速40r/min,倒入2L的沉降管中做沉降试验,从5min开始记录泥水分界面的下降距离,测试结果见图4,并取样化验上清液中的残余F-,测试结果见图5。

由图4可知,用硫酸铝作混凝剂时,沉降速度较慢,采用PAC为混凝剂时,沉降速度较快。硫酸铝混凝时矾花较小,均为细小的絮状矾花,而PAC混凝时矾花较硫酸铝大。由图5可知,投加PAC后,沉降20min时,上清液F浓度为5.4mg/L,能达到一级排放标准,50min以后,F的浓度基本不再变化,而使用混凝剂硫酸铝时,沉降30min后,F-才降为10mg/L,40min时,上清液F-为8mg/L,80min以后,F-的浓度基本不再变化。

2.5静态放大试验

为验证开发出的除氟基本流程的除氟效果,在实验室的条件下,做10倍静态放大试验,在室温20℃下,取10L废水,先在废水中加入1200mL10%石灰乳,搅拌强度为150r/min,搅拌30min,静置90min后,倒出8L上清液,再继续加入400mgPAC,pH控制在6~8,快搅2min,慢搅15min,静置120min,测得PAC处理后的废水中残余F-达到到一级排放标准。

3、结论

使用PAC作为混凝剂取代传统的硫酸铝处理含氟废水,对pH变化和原水温度适应性强、投药量少、沉降速度明显提高。使用PAC可以提高排水水质、节省处理成本,值得推广。石灰乳-PAC除氟时,pH控制在6~8,PAC投加量为500mg/L时,静态放大试验效果较好,可达到GB 8978—1996一级排放标准。

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