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聚硅酸盐无机高分子絮凝剂的制备及应用研究

作　者: 蔡倩倩
导　师: 刘转年
学　校: 西安科技大学
专　业: 环境工程
关键词: 无机高分子絮凝剂聚硅酸硼铁锌稳定性制备应用
分类号: X703.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

絮凝过程是水处理工艺中应用最普遍的环节之一,在使用该法处理废水时,药剂费用占处理成本的50%以上。聚硅酸盐絮凝剂作为一种新型的无机高分子絮凝剂,其效果好,成本低,电性中和及吸附能力强,受到研究和开发絮凝剂人员的关注。本文制备了新型的无机高分子絮凝剂聚硅酸硼铁锌(PSBFZ),并对其合成工艺、性能、应用及絮凝机理进行了研究,得出结论如下:1、采用共聚法制得了聚硅酸硼铁锌(PSBFZ)絮凝剂,并与制得的聚硅酸铁(PSF)、聚硅酸铁锌(PSFZ)、聚硅酸硼铁(PSBF)絮凝剂进行色度、浊度、稳定性的比较,表明了PSBFZ絮凝剂良好的性能,考察了硅酸钠溶液浓度、硅酸聚合时间、聚合pH值、Fe/Si、Zn/Si、B/Si对絮凝效果和稳定性的影响。通过正交实验和单因素实验确定了制备最佳工艺条件:硅酸钠溶液浓度为0.5mol/L,聚合时间为130分钟,聚合pH值为2.2,陈化时间为48小时,B/Si为0.4 ,Fe/Si为1.5,Zn/Si为1.5。2、将PSBFZ絮凝剂与聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)、聚硅酸铁(PSF)相比:(1)该产品稳定性好,自然状态下存放4个月形态及性能几乎没有变化。(2)在水样pH为5~10的范围,有良好的除浊、除色能力。pH为8时,去除率最好,浊度去除率为99.6%,色度去除率为99.4%。(3)处理水的最佳温度为5~40℃。(4)该产品所形成的絮体粗大而且密实,较PAC和PFS絮凝剂的絮体沉降速度快。(5)PSBFZ絮凝剂较其他三种絮凝剂投加量小,絮凝效果好。3、分别考察了PSBFZ对印染废水、微污染景观水、垃圾渗滤液等水样的絮凝效果。在最佳处理条件下,对于印染废水污染,脱色率为95.4%,COD去除率达到92.2%;对于城市微污染景观水,COD去除率为88.1%,除浊率达到99.3%;对于垃圾渗滤液废水,脱色率达到90.1%,COD去除率达到67.4%。PSBFZ的絮凝效果优于PFS、PAC和PSFS,是一种高效低耗的无机高分子絮凝剂。4、用红外光谱和X-射线衍射分析仪对PSBFZ絮凝剂进行了结构分析。红外光谱分析表明,铁、锌、硼离子通过氧桥或羟桥与聚硅酸成键,形成长链的带正电的大分子,提高了絮凝性能,延长了凝胶时间。X-射线衍射图谱分析表明,PSBFZ絮凝剂并非简单的共混物,而是与硅酸酸共同形成了无定形聚合物。

全文目录

摘要  2-4
ABSTRACT  4-9
1 前言  9-20
  1.1 研究的科学依据和意义  9-10
  1.2 絮凝剂概况  10-11
    1.2.1 絮凝剂在水处理中的应用  10
    1.2.2 絮凝剂定义及分类  10-11
  1.3 絮凝剂的发展概况  11-14
    1.3.1 有机絮凝剂  11-12
    1.3.2 无机絮凝剂  12-14
  1.4 聚硅酸类絮凝剂的研究与发展  14-19
    1.4.1 聚硅酸与金属离子复合形成复合型高分子絮凝剂的开发与应用  15-17
    1.4.2 聚硅酸与有机物复合形成复合高分子絮凝剂的开发与应用  17
    1.4.3 聚硅酸盐絮凝剂的机理表征及絮凝机理研究  17-18
    1.4.4 工业制备  18-19
  1.5 主要研究内容  19-20
2 聚硅酸硼铁锌絮凝剂的制备  20-30
  2.1 实验试剂及仪器  20-21
    2.1.1 实验试剂  20
    2.1.2 实验仪器  20-21
  2.2 实验内容  21-24
    2.2.1 溶液的配置  21
    2.2.2 絮凝剂的制备  21-22
    2.2.3 絮凝实验  22
    2.2.4 实验主要指标分析方法  22-24
  2.3 结果与分析  24-29
    2.3.1 不同聚硅酸盐絮凝剂的絮凝效果和稳定性  24-25
    2.3.2 絮凝剂制备工艺  25-27
    2.3.3 原料配比对PSBFZ 的影响  27-29
  2.4 小结  29-30
3 聚硅酸硼铁锌絮凝剂的性能研究  30-42
  3.1 实验仪器和试剂  30
  3.2 实验部分  30
    3.2.1 絮凝实验  30
    3.2.2 模拟水样的配置  30
    3.2.3 测定方法  30
  3.3 絮凝实验水动力学条件的研究  30-34
    3.3.1 快搅速度对PSBFZ 絮凝性能的影响  31
    3.3.2 快搅时间对PSBFZ 絮凝性能的影响  31-32
    3.3.3 慢搅速度对PSBFZ 絮凝性能的影响  32
    3.3.4 慢搅时间对PSBFZ 絮凝性能的影响  32-33
    3.3.5 速度梯度G 与GT 值  33-34
  3.4 聚硅酸硼铁锌（PSBZF）絮凝性能研究  34-40
    3.4.1 投加量对絮凝性能的影响  34-35
    3.4.2 pH 对絮凝性能的影响  35-37
    3.4.3 温度对絮凝性能的影响  37-38
    3.4.4 悬浮物浓度对絮凝效果的影响  38-39
    3.4.5 沉降速度对絮凝性能的影响  39-40
    3.4.6 稳定时间对絮凝性能的影响  40
  3.5 小结  40-42
4 PSBFZ 絮凝剂的应用研究  42-46
  4.1 实验仪器和试剂  42
  4.2 絮凝效果检测方法  42-43
  4.3 PSBFZ 絮凝剂处理印染废水  43
  4.4 PSBFZ 絮凝剂处理微污染景观水  43-44
  4.5 PSBFZ 絮凝剂处理垃圾渗滤液  44-45
  4.6 小结  45-46
5 PSBFZ 絮凝剂的合成及絮凝机理研究  46-56
  5.1 实验仪器  46
  5.2 结果检测分析方法  46
    5.2.1 红外光谱（FTIR）分析法  46
    5.2.2 X-射线衍射（XRD）分析法  46
  5.3 絮凝机理理论概述  46-50
    5.3.1 压缩双电层作用  47-48
    5.3.2 吸附电中和作用  48
    5.3.3 吸附架桥作用  48-49
    5.3.4 沉淀网捕作用  49-50
  5.4 PSBZF 絮凝剂结构分析  50-53
    5.4.1 红外分析  50-51
    5.4.2 X-衍射分析  51-52
    5.4.3 絮凝剂形貌观察研究  52-53
  5.5 聚硅酸硼铁锌絮凝剂的絮凝机理  53-55
  5.6 小结  55-56
6 结论  56-58
致谢  58-59
参考文献  59-65
附录  65

聚硅酸盐无机高分子絮凝剂的制备及应用研究

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