基于循环经济理念下的净水剂生产实践研究

作者简介:张希琳，研究生，华侨大学化工学院环境工程专业学生通讯作者:杨斌清，硕士，副教授，从事有色行业发展战略研究基于循环经济理念下的净水剂生产实践研究张希琳1杨斌清2(1.华侨大学化工学院，福建厦门361000;2.江西理工大学应用科学学院，江西赣州341000)【摘要】新一代净水剂———聚硅双酸铝铁(PAFCS)的生产技术工艺运用循环经济原理，采用玻璃厂处理所产生的废酸做原料，达到了“以废治废”、“变废为宝”的资源循环利用目的。通过对新一代净水剂———聚硅双酸铝铁从制备聚硅双酸铝铁的原料选择、添加剂的确定以及聚硅双酸铝铁中的Al、Fe、Si物质的量比对其性能影响的试验研究，在试验基础上，确定聚硅双酸铝铁的生产工艺流程。通过该产品与传统的净水产品聚合氯化铝、硫酸铝、聚合硫酸铁、聚合氯化铁进行净水效果对比试验，结果表明，聚硅双酸铝铁在处理污水效果方面不仅优于传统产品，用量也低于传统产品，而且生产成本低，性能稳定。聚硅双酸铁铝主要用于造纸、饮用水、工业用水和工业废水处理中做媒染剂和絮凝剂等作用。【关键词】聚硅双酸铝铁;净水剂;研究及生产实践中图分类号:X21文献标识码:A文章编号:1673－288X(2013)05－0110－031引言研发既具有优良性能又安全可靠的新型絮凝剂成为水处理研究的重要课题［1］。聚硅酸作为絮凝剂助剂，具有来源广、无毒、成本低和聚合方法简单的优点，对悬浮物具有加速沉降的作用［2］。但是聚硅酸的稳定性和贮存性较差，易于形成硅酸凝胶而失去活性，在水处理中要求现配现用，这限制了它的使用。90年代初期，加拿大汉迪化学品公司以水玻璃、硫酸铝和铝酸钠为原料制备了碱式聚硅酸铝［3］。该新型絮凝剂与硫酸铝相比，在处理低温低浊原水时有矾花大、沉降速度快的优点，适用自来水原水的处理。但其制备工艺比较复杂，且SiO2含量低，聚硅酸分子的吸附架桥作用没有得到充分发挥。为此，本厂自主研发了新一代净水剂———聚硅双酸铝铁(PAFCS)。聚硅双酸铝铁(PAFCS)，其化学式为:AlA(OH)FeB(Cl)C(SO4)D(SiOX)E(H2O)F，它是聚合硅酸硫酸铝的更新换代产品。在造纸工业中，由于它酸性小，不腐蚀设备，即可以用于中性或碱性施胶，还可以增加阳离子淀粉或碳酸钙的滞留能力，同时提供大量的填充物Al2O3和SiO2，提高纸浆白度和施胶度。在纸厂的给排水中，则可望利用其可能的静电中和和架桥卷扫作用作为低浊生产和生活用水的净化剂，及纸机白水、制浆中段废水或综合废水的混凝剂。因此，这种聚硅双酸铝铁(PAFCS)在造纸中的应用潜力极大。但除了有关聚合硅酸硫酸铝应用的零星文献之外，未见对其结构特征、结构形态、动电特性及水解特性等基础研究方面的公开报道，甚至对其应用方面的系统研究也很少。为此，本研究主要从制备聚硅双酸铝铁的原料选择、添加剂的确定、聚硅双酸铝铁结构特征以及工艺稳定性等方面进行了研究，并进行了规模化生产，产品得到用户和水处理专家好评。2聚硅双酸铝铁实验研究以及生产实践2.1实验研究2.1.1原料的选择对比试验分别采用中性泡化碱进行聚合老化再加入固体硫酸铝传统工艺、稀释的硫酸以及清洗玻璃所产生的硫酸废液，再溶入计量好的三水铝石粉三种原料进行比对试验，发现采用稀释的硫酸和清洗玻璃所产生的硫酸废液作原料获得的产品，其产品性能相当，故选择清洗玻璃所产生的硫酸废液为原料，既能“变废为宝”，又使生产成本降低。2.1.2制备工艺氯化亚铁液体浓度的比对试验将清洗玻璃所产生的硫酸废液，再溶入计量好的三水铝石粉，熟化后再慢慢加入一定浓度的氯化亚铁液体搅拌，分别选择了浓度为4%、6%、8%、10%四种氯化亚铁液体进行对比试验，当氯化亚铁液体浓度为8%时，产品性能稳定。2.1.3制备工艺流程添加剂的选择试验慢慢加入少量8%浓度氯化亚铁液体，进入搅拌池搅拌均匀，最后加入添加剂A及添加剂B，对于添加剂A及添加剂B的选择进行了多种添加剂的对比试验，最后选定成本低、性能稳定的添加剂A及添加剂B。2.1.4聚硅双酸铝铁的结构特征研究以低浊度污水为例，研究聚硅双酸铝铁中的Al、Fe、Si物质的量比对其性能的影响。不同n(M)/n(SiO2)的聚硅酸铝铁对低浊水污水有不同的除浊效果，将n(M)/n(SiO2)分别为0.5、1.0和1.5时的聚硅酸铝2013年第5期环境与可持续发展ENVIＲONMENTANDSUSTAINABLEDEVELOPMENTNo.5，2013铁投入到低浊度污水中进行絮凝实验，当金属与硅的物质的量比为1.0，即n(M)/n(SiO2)=1.0左右时，絮凝剂能取得较好的污染物絮凝效果。然后，在确定金属与硅的物质的量比定为1.0，即n(M)/n(SiO2)=1.0时，改变AI、Fe物质的量比处理低浊水污水，将n(A1)/n(Fe)分别为2.0