聚硅酸硫酸铁_壳聚糖复合絮凝剂的制备及其在废水处理中的应用

聚硅酸硫酸铁/壳聚糖复合絮凝剂的制备及其在废水处理中的应用王九思*何兆照郭立新文卓琼杨玉华(兰州交通大学化学与生物工程学院兰州730070)摘要制备了无机高分子复合絮凝剂聚硅酸硫酸铁(PFSS)和助凝剂壳聚糖(CTS)，考察了影响合成及絮凝剂应用的因素，探讨了其组成、投加量以及pH值对城市废水絮凝效果的影响，通过对模拟废水和城市废水絮凝试验，得出最佳的合成和应用条件:n(Fe)∶n(Si)=1∶1，PFSS的碱化度为1.5，聚合硫酸铁(PFS)的pH=2，聚硅酸(PS)的活化时间为1.5h;n(PFSS)∶n(CTS)=5∶1，投加量为(20+4)mg/L，pH值的范围为6～9，沉降时间为15min。复合絮凝剂(PFSS-CTS)在最佳条件下浊度、色度、COD的去除率分别达到95.04%、91.26%和83.45%。关键词聚硅酸硫酸铁，壳聚糖，复合絮凝剂，废水处理中图分类号:O635．2文献标识码:A文章编号:1000-0518(2011)01-0027-06DOI:10．3724/SP．J．1095．2011．002152010-04-13收稿，2010-07-15修回甘肃省自然科学基金B类项目(3ZX062-B25-002)通讯联系人:王九思，教授;Tel:13893103162;E-mail:Wangjs@mail．lzjtu．cn;研究方向:应用化学及环境催化聚硅酸硫酸铁(PFSS)是一种高效低耗、无二次污染的新型无机高分子絮凝剂，具有良好的稳定性以及沉淀网捕作用和电性中和，压缩双电层的功能，它既可用于污水的处理，也可用于饮用水的净化，其不足之处在于生成的絮体小和投加量大，处理后水的颜色较深［1-4］。壳聚糖(CTS)(化学名为聚葡萄糖胺(1-4)-a-氨基-a-脱糖-β-D葡萄糖)是资源十分丰富的天然高分子，在稀酸溶液中质子化后分子链上带有大量正电荷，成为典型的阳离子型絮凝剂，因其对人体无害，可用于给水及饮用水的净化［5］。与传统的化学絮凝剂相比，具有投加量少、沉淀速度快、去除率高、污泥易处理、无二次污染和对环境友好等特点［6-7］。但是有机高分子絮凝剂价格昂贵，有的还存在难以生物降解等问题。由无机高分子和有机高分子形成的复合絮凝剂，既利用了无机絮凝剂强的电中和能力，又发挥了有机絮凝剂吸附架桥作用，从而克服了单一絮凝剂的许多不足［3］，达到了较好的絮凝处理效果［8-9］。目前已有铁盐与有机高分子复配的报道［10-11］。但是通过对近五年国内文献的查阅，无机高分子铁盐与天然有机高分子CTS复合絮凝剂的报道较少［12］。本文采用价格低廉、无毒无害的PFSS与CTS复配，制备了复合絮凝剂PFSS-CTS，解决了Fe3+造成的出水带色问题。对城市废水具有良好的絮凝性能，而且环保、成本低、制备条件简单和可操作性强，在絮凝过程中形成絮凝体大和沉降快。1实验部分1．1试剂和仪器Na2SiO3·9H2O(含SiO21.8%)、Fe2(SO4)3、NaOH均为分析纯试剂，H2SO4质量分数98%;壳聚糖，脱乙酰度94%;聚合硫酸铁(PFS)按文献［13］方法制备。THZ-82型恒温振荡器;DELTA320PH型酸度计;JJ-4型六联电动搅拌器;YS-2000型液体色度计;721-A型分光光度计;DDS-11D型电导率仪;Vertex70型傅里叶变换红外光谱仪(德国BRUKER公司)，KBr压片，扫描范围400～4000cm－1。1．2聚硅酸硫酸铁溶液的制备将不同体积5mmol/L的聚合硫酸铁(PFS)溶液依次加入用硅酸钠现制的5mmol的聚合硅酸(PS)中，使之混合均匀，在40℃恒温振荡器(频率约为50/min)中反应2.5h，静置陈化3h，得到不同颜色的第28卷第1期应用化学Vol．28Iss．12011年1月CHINESEJOURNALOFAPPLIEDCHEMISTRYJan．2011PFSS产物。选择n(Si)∶n(Fe)分别为2∶1、1∶1、1∶2;PFSS的碱化度分别为1、1.5和2;PFS的pH值分别为1、2和3;PS的活化时间分别为0.5、1.5和3h，作为考察因素，采用L9(34)正交试验。1．3壳聚糖絮凝剂添加液的制备称取1g壳聚糖，加入适量的蒸馏水及0.01L冰乙酸，在室温下用磁力搅拌器搅拌约2h，配制成1g/L的壳聚糖溶液。1．4试验水质模拟废水:用自来水配制出质量浓度为1g/L的硅藻土溶液，强烈搅拌均匀。水质指标为pH=8.43;电导率0.37×103μS·cm;浊度52NTU。城市废水水样取自兰州市安宁区污水处理池，生活污水与工业废水的体积比约为8∶2，外观为灰绿色浑浊悬浮液，pH=8.49;电导率0.78×103μS·cm;浊度190NTU，色度1320.8，COD247.7mg/L。1．5应用试验采用烧