铝铁复合混凝剂的研究新进展

铝铁复合混凝剂的研究新进展铝和铁具有许多相似的性质，如原子共价半径。离子半径都比较相近，Fe3+，Al3+均具有相同的电荷，它们易水解，其盐具有共价性。因此，它们可通过交叉共聚，形成多核、更长。更稳定的分子链，得到混凝效果更好的无机高分子复合混凝剂——聚合铝铁。这类复合混凝剂兼有聚铝和聚铁的特点，既能克服铝盐处理的矾花生成慢、矾花轻。沉降慢的缺点，又能克服铁盐的出水不清、色度高的缺点。通常以铝盐为主，铁盐为辅，其价格比PAC略高一点点。近几年来，研制和应用这类混；凝剂已成为热点和发展的明显趋势。我国在这一领Z域内比较活跃，发表的论文和公布的专利较多。主要原材料是铝盐、铁盐和硅酸盐以及含铝铁等元素的矿物。矿渣废料，因而其原料来源广，同时生产工艺比较简单，有利于开发利用。我国已开发的铝限复合混凝剂种类较多，我们将它们分为3大类：只含两种阳离子的铝铁复合混凝剂，含有多种阴离子的铝铁复合混凝剂，以及含有其它阳离子的铝铁复合混凝剂。1.只含两种阳离子的铝铁复台混凝剂在这类复合混凝剂中，除铝、铁外，不含其它金属离子（即使有，也很少），阴离子则以一种为主。可以说，其组成相对比较简单，纯度较高。无疑这对原料有较高的要求。由于杂质少，特别是有害物质少，则它们适用于饮用水的处理。对这类混凝剂研究也比较深入，其中部分产品已进入国内水处理市场。这类混凝剂主要有以下几种：1.1聚合氯化铝铁（PAFC）通常采用PAC与FeCl3（或和FeCl2）反应，或者AlCl3或低聚氯化铝与铁反应，再进行羟基化聚合，就可制得聚合氯化铝铁。或将粉碎的铝土矿放入反应釜中与盐酸反应，然后将其倒入搅拌池中，并加入高铝灰和水，搅拌3－5h，沉淀即为产品。PAFC产品为淡黄色、暗黄色片状、粒状或粉状固体，易溶于水，在空气中易潮解。液体产品为淡黄色透明或悬浊液，相对密度＞1.2，w（Al2O3）＝6.0％－6.5％，w（Fe2O3）＝4.0％－4.3％，盐基度为30％－50％，pH值（1％水溶液）为2－3。该产品用于生活饮用水。工业用水的净化和各种污水的化学处理。如某电子管厂用PAFC处理浊度为319NTU的废水，投加量为0.4或0.6mg/L，处理后的水无色透明，重金属达标。某厂最初用PAC和PFS处理电镀废水，钢总是不能达标，采用PAFC后各项指标均达标。用PAFC处理生产洗涤剂的废水，比用PAC，PFS和PFSC的效果要好得多。因此，PAFC是聚铝和聚铁的替代产品[1-7]。1.2聚合硫酸铝铁（PAFS）以铝土矿、高铝灰、硫酸为原料，接与PAFC相同的工艺过程制备PAFS。也可在反应器中，依次加入硫酸亚铁、硫酸铝、水、硫酸及硝酸铝，通入空气并进行搅拌，氧化、水解、聚合反应约0.5h，得到红棕色透明液体，盐基度达19％，ρ（Fe3+）161.4g／L，ρ（Al3+）7.0g／L。PAFS用于炼油工业废水的处理，采用浮选法和投加PAFS（8或10mg／L），去油率达99％，COD降低88.5％。PAFS用于污泥脱水，具有最佳投加量小，滤饼含水率低，滤液透光性好，澄清度高等特点。其效果均明显优于PAC和PFS[7-10]。1.3聚合硅酸铝铁（PSAF）通常将高模数（M≥3.0）的水玻璃稀释，在快速搅拌下滴加稀硫酸，至pH值约为5.7，放置一段时间后使其聚合，然后加入硫酸铝和硫酸铁溶液，陈化一段时间后即得PSAF。它是透明、均一、呈红褐色的溶液，稳定性好，可放置2－3个月。用n（Fe）／n（Al）＝1：3，n（SiO2）／n（Fe+Al）=l：3的PSAF，在pH＝10的条件下，可使合成洗涤剂废水中的LAS去除率达到90％以上。用于松花江水的除浊处理，处理后的残余浊度小（1.6度），完全符合我国生活饮用水卫生标准。其它文献也说明PSAF具有较优的混凝性能，其用量少，适宜的pH值范围较宽，形成矾花迅速，并且絮体粗大结实，是一种有发展前途的净水剂[11-16]。2含有多种阴离子的铝铁复合混凝剂应用表明，在聚合铝（铁）中，引入一定量的高价阴离子，如SO42-，PO43-后，能提高聚合铝的分子量和稳定性，也使多核配合物的电荷量增高，从而有更好的混凝效果在共存阴离子中，研究较多的是氯根和硫酸根、以及由于添加活性硅酸而形成的硫酸根和硅酸根等。2.1聚合硫酸氯化铝铁（PAFCS）把矿渣中的有效成份铁。铝置换出来，再用添加剂调聚，就可制得PAFCS。其主要技术指标：外观为深棕红色透明液体；密度（2℃）为1.2g／cm3；w（Al2O3）＝8%－12%；w（Fe2O3）＝0.8％－1.3％；；w（SO42-）＝2%－4％，pH2.5－4；碱化度50％－75％。采用PAFCS处理印染废水，投加量为500mg／L时，色度去除率高达98％。PAFCS比明矾和PAC具有更高的除浊性与更快的沉降速度及更低的处理成个，很有可能成为后两种净水剂的替代品而具有很大的市场潜力[17-19]。2.2聚合硫基硅酸铝铁（PAFSSC）将活性粘土与HCl－H2SO4混合酸在90－110℃反应Zh，冷却分离，制得铝铁酸性溶液。然后在其中投加铝酸钙矿粉，于80－100℃反应1－2h，再加入预先用水玻璃加稀硫酸制得的活性硅酸，反应0.5h，沉降后可得液体的PAFSSC产品，其主要质量指标：w（Al2O3）＝10.01％，w（Fe2O3）＝1.82％，盐基度68.7％，水不溶物0.2％，pH（l％水溶液）4.2。此净水剂除浊效果明显优于单独投加PAC或PFS。3含有其它阳离子的铝铁复合混凝剂在铝铁复合混凝剂中，除了铝、铁外，还含有其它的金属，如钙。镁等。这些“杂质”金属离子的出现，是由不纯的原材料带来的。实验表明，象钙、镁这类金属离子，常可提高主体混凝剂的絮凝效果，对某些工业废水来说，效果比较显著。诚然，杂质并非都是有益的。事实上，以矿物、矿渣废料为原料制得的复合混凝剂，常使产品重金属含量偏高，从而限制了产品的应用范围。3.1含有钙的铝铁复合混凝剂以含铝、铁的煤研石、高岭土、铝矾土为原料制得的硅钙复合型聚合氯化铝铁（SCPAFC）用于制革废水（ρ（SS）为300mg／L，浊度为1000NTU左右，COD为1000mg／L左右，PH为6.5－8）的处理，浊度去除率为99％，SS去除率为95％，COD去除率为90％，Cr3的去除率为85％左右。各项性能均优于PAC的2倍以上。SCPAFC还可用于生活和生产用水及其它废水的净化处理，效果优良”[20]。以铝厂赤泥为原料，经过酸溶、活化聚合等步骤，制备出以PAC为主，同时含有铁、硅、钙等有效成分的复合混凝剂。对直接耐酸大红溶液和分散黄溶液的脱色试验结果表明，其脱色效果优于PAC和PFS[21]。以聚合硫酸铝铁、钙盐为主的多聚物XG977，适合于处理含油废水。在投加量相同条件下，处理效果明显优于PAC，并且污泥体积小，沉降仕能也优于PAC，综合处理费用比PAC低20％[20]。3.2含有镁的铝铁复合混凝剂利用废弃物硼泥和含AlCl3的盐酸废液制得的黄褐色硼泥复合混凝剂固体，在处理ρ（COD）为420mg／L、色度＜200倍，pH＞8.0的印染废水时，投加0.3g／L一次处理可达排放标准，COD去除率达67％，SS及色度去除率均达98％以上，比PAC的处理效果好，而成本仅为PAC的1／10－l／8[23-24]。用硼泥复合混凝剂处理制革废水和生活污水时，效果都很好[25-26]。用氢氧化铝。氯化铁、氯化镁和盐酸为原料，制备了复合混凝刘铁镁铝聚合物FMA，其对硅藻土模拟水样的絮凝沉降性能远优于PAC。在处理印染废水。造纸废水及采油污水时，均取得了良好的效果。含有铁、镁、铝等多种离子的新型复合混凝剂PAFM，对成分复杂的工业印染废水具有良好的脱色效果和COD去除能力，而且pH值适应范围较宽。3.3铝铁锡共聚物新研制成功的铝铁锡共聚物，对模拟水样处理的初步实验结果表明，这种混凝剂有可能成为比铝铁共聚物更为优良的混凝剂。4结语综上所述，我国对铝铁复合混凝剂的研究开发、生产和应用诸方面均取得了可喜的进展，但还存在不少问题，主要有：开发出来的品种多，而大量生产和广泛使用的品种少；缺乏理论指导，因而出现简单复配、拼凑的“新品种”；多数厂家生产工艺设备比较落后，产品质量不够稳定，有的产品含有较高的水不溶物和一些有害杂质。这些都直接或间接地影响了铝铁复合混凝剂的广泛应用。只有克服上述问题，才能加速我国聚合铝铁混凝剂工业逐步走上规模化、系列化的道路，满足环保事业日益增长的需求。