硫铁矿烧渣一步法生产固体复合混凝剂及应用

硫铁矿烧渣一步法生产固体复合混凝剂及应用硫铁矿烧渣一步法生产固体复合混凝剂及应用摘要：在一定的温度和压力下，用硫铁矿烧渣为主要原料，经过酸溶、水解聚合和膨化凝固，一步直接生产出固体新型复合混凝剂，所得产品的铁含量18%，碱化度10%。在废水处理中的应用表明，新型复合混凝剂具有良好的混凝效果。与聚合氯化铝和聚合硫酸铁等混凝剂相比，该新型复合混凝剂具有优良的性能价格比。关键词：硫铁矿烧渣新型复合混凝剂废水处理1引言采用混凝剂对工业废水和城市污水进行混凝处理，是水处理中最常用的方法之一，也是消除污染、保护环境的重要手段。无机混凝剂的发展，经历了从明矾、硫酸铝、硫酸亚铁、硫酸铁和三氯化铁等简单低分子无机盐混凝剂，到聚合氯化铝(PAC)[1]、聚合硫酸铁(PFS)[2]等无机高分子混凝剂，以及20世纪90年代以来产生的具有更高分子量的聚硅酸盐类混凝剂[3]的发展过程。在现市售无机混凝剂中，PAC的产销量最大，其次是PFS，聚硅酸盐类混凝剂由于其稳定性问题，仅在小范围内生产使用。由于生产原料和生产工艺方面的原因，现有无机混凝剂的生产成本较高，这就使得水处理成本也相应偏高。因此，研究和开发工艺简单、成本更为低廉的新型水处理混凝剂，一直是科研工作者的努力方向。采用硫铁矿烧渣等工业固体废弃物为原料生产聚合铁类混凝剂，就是一条降低混凝剂成本的重要途径，同时也是减少和消除固体废物污染和进行资源化处理的很好方法。文献报道[4~6]，已有不少硫铁矿烧渣生产聚合铁类混凝剂的研制，但是生产出成本低廉、性能稳定并具有市场竞争力的工业化固体产品的成功实例，仍未见报道，往往只是研制得液体聚合铁样品。原因在于硫铁矿烧渣的酸溶反应时间长、有效成分溶出率低、中间产品游离酸含量高，致使原料利用率低和成本较高，且中间产品聚合困难，即使聚合了，所得聚合铁样品稳定性很差，会在几天内出现氢氧化铁沉淀并最终失效。在以往工作的基础上[7]，笔者结合广东拥有大量硫铁矿烧渣的的实际情况，以烧渣为主要原材料、适量的粉煤灰等为辅料，进行了一步法直接制备以铁铝为主的新型固体复合混凝剂(PISC)的研究，并进行了工业化生产和应用，在成本和使用性能方面，均达到了预期目的。与市售聚合氯化铝和聚合硫酸铁混凝剂相比，新型固体复合混凝剂具有优良的性价比。2新型固体复合混凝剂的生产2.1工艺流程硫铁矿烧渣和粉煤灰等废渣中的有效成分，主要是铁、铝、镁、钙的氧化物，此外还有一些硅酸盐。在一定的温度和压力下，原料经硫酸预处理、酸溶后得到铁铝镁等的硫酸盐混合物;然后在一定温度下，硫酸盐混合物在多功能助剂作用下进行水解聚合、膨化、凝固，直接得到固体复合混凝剂PISC。生产过程中，无需蒸发、浓缩，即可直接生产固体复合型混凝剂PISC。工艺流程如图1。图1新型固体复合混凝剂生产工艺流程2.2酸溶反应酸溶反应速度和铁铝的溶出率除了与反应时间、反应温度和酸浓度有关外，还与助溶催化剂有关。添加助溶催化剂ZR-08是保证反应顺利进行和提高溶出率的关键因素。试验结果表明，当温度在100~130℃、酸浓度为50～80%和反应时间为3～5h的范围内，铁铝的溶出率较高;在一定压力、温度和时间条件下，必须优先选择适宜的酸浓度和添加适量的ZR-08，使反应不但有较高的溶出率，而且中间产品中的游离酸含量较少，以利于后续的聚合、膨化和凝固。酸溶反应后，铁铝等有效成分的溶出率达到96%，中间产品游离酸含量(质量分数)小于1%。2.3水解聚合与膨化凝固水解聚合和膨化凝固过程是得到固体产品的关键步骤。酸溶后的中间产品含有一定量的游离酸，为得到性能良好和具有适宜碱化度的产品，必须进行水解聚合，以利于后续的产品固化。在聚合过程中，添加的多功能助剂ZJ-18，不仅具有增加产品碱化度的功能，同时也使产品在降温放料后能够自动进行膨化凝固，并最终得到固体产品。整个过程无需蒸发浓缩，节能降耗。该工艺所得固体产品的碱化度，可在一定的范围内按使用要求调节，性能稳定，贮运方便，避免了液体产品的贮存稳定性很差等缺点。产品性能指标为：铁铝总量(质量分数)大于18%、1%水溶液pH值2~3、碱化度大于10%、固体助凝吸附剂10%;外观为土红色固体粉状物。3PISC在废水处理的应用PISC可以用于多种工业废水的混凝处理，如造纸废水、印染废水、含油废水、城市综合污水、选矿废水和化工废水等，具有优良的混凝性能和较高的CODCr去除率。3.1PISC在造纸废水处理中的应用3.1.1PISC在造纸废水处理中的应用情况为了考察PISC对造纸废水的处理效果，选择了不同类型和不同厂家的造纸废水进行处理，并与其他混凝剂的处理效果进行了对比。分别以PISC和PAC为混凝剂处理河南新密市某再生纸造纸废水(试验结果如图1)，废水原始CODCr为1109mg/L，当混凝剂投加量为0.3mg/L时，P