无机絮凝剂聚硫酸铁的改性及其应用

摘要

随着工业的不断发展，与日俱增的工业废水排放量对我国水资源造成了严重的影响。水资源的严重污染使得水资源枯竭，危害人们身体健康，甚至制约着我国经济的协调发展。如何减少污染排放，有效回收利用水资源是解决水资源匮乏的关键，而混凝沉淀法作为水处理技术的重要操作单元之一，为缓解水资源危机提供了重要保障。因而，研制高效、低廉的絮凝剂在水处理过程中具有重要的意义。
　　基于聚合硫酸铁絮凝剂高效、低廉、应用广泛等特点，本文在聚合硫酸铁中引入PO43-来影响Fe3+的水解和聚合反应，形成多核络合物及网络结构，提高聚合硫酸铁的混凝效果。进一步，考虑到天然有机高分子壳聚糖(CTS)类絮凝剂具有用量少，混凝速度快，易于生物降解，环境友好等特性，设计合成了CTS-聚合磷硫酸铁复合絮凝剂。最后，考察了两类絮凝剂对实际废水的混凝性能研究，具体研究内容如下:
　　以七水硫酸亚铁为原料，氯酸钠为氧化剂，通过调整磷酸-硫酸体系的组成与配比，在硫酸铁聚合过程中引入磷酸根离子合成聚合磷硫酸铁絮凝剂(PFPS)。结合单因素和正交实验考察了不同原料配比、氧化剂用量、温度等因素对产品性能的影响。实验结果表明，当原料配比为N[Fe2+∶H+]=1∶0.26、N[H2SO4∶(CH3COOH+H3PO4)=7∶1、N[CH3COOH∶H3PO4]=3∶1、N[Fe2+∶NaClO3]=1∶0.15时，在80℃反应2小时得到了盐基度高达14.3的红褐色粘稠液体。
　　将上述最佳条件下合成的聚合磷硫酸铁絮凝剂对垃圾渗滤液废水进行混凝实验，通过正交实验考察混凝条件（如pH、絮凝剂用量、搅拌速度和搅拌时间等）对化学需氧量(COD)去除率的影响，并结合电催化氧化作用对混凝出水深度预处理。实验结果表明，混凝-电催化氧化联合预处理垃圾渗滤液可以有效的剔除固体悬浮物，对COD也有较好的去除率，其去除率分别达到51.5％和69.1％。值得指出的是，经过上述混凝-电催化氧化过程处理后，渗滤液废水中的氨氮得到基本去除，达到了国家渗滤液的排放标准(GB16889-2008)。
　　利用高氯酸的强氧化性降解CTS，以降低其分子量，增加其水溶性。将制得的水溶性CTS与PFPS进行复合，研究了物料比、反应温度和反应时间对复合絮凝剂混凝性能的影响。得到优化的合成参数为:物料比(V(CTS)/V(PFPS))为1∶9、反应温度为50℃、反应时间为1.5小时。将制得的复合絮凝剂对造纸废水进行混凝实验，考察了搅拌速度、搅拌时间和沉降时间对混凝性能的影响，当转速为550r/min，搅拌时间为5分钟，沉降时间为1分钟时，絮凝剂达到脱稳沉淀。将复合的CTS-PFPS絮凝剂与初始PFPS絮凝剂进行比较，结果表明，复合CTS-PFPS絮凝剂对造纸废水COD的去除效果更好。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 水资源的污染及处理

1．2．1 水资源的污染

1．2．2 水资源污染的危害

1．2．3 污水处理技术

1．3 絮凝剂的分类及应用

1．3．1 无机絮凝剂

1．3．2 有机絮凝剂

1．3．3 微生物絮凝剂

1．4 聚合硫酸铁的概述

1．4．1 聚合硫酸铁的概念和产品性能

1．4．2 聚合硫酸铁的混凝作用机理

1．4．3 聚合硫酸铁在实际废水处理中的应用

1．5 壳聚糖的概述

1．5．1 壳聚糖的来源及产品性能特征

1．5．2 壳聚糖的化学改性

1．5．3 壳聚糖及其衍生物在废水处理中的应用

1．6 本课题的研究目的和主要研究内容

第二章 实验部分

2．1 主要实验试剂

2．2 实验主要仪器设备

2．3 实验原理及工艺流程

2．4 产品的质量检测和分析

2．4．1 全铁含量的测定-重铬酸钾法

2．4．2 还原性物质(以Fe2+计)含量的测定

2．4．3 盐基度的检测

2．4．4 pH值的测定(1％的水溶液)

2．4．5 产品的红外光谱分析

2．5 水质分析

2．5．1 化学需氧量(COD)的测定

2．5．2 浊度的测定

第三章 聚合磷硫酸铁的制备及应用

3．1 引言

3．2 聚合磷硫酸铁絮凝剂的合成

3．2．1 聚合磷硫酸铁絮凝剂的合成路线

3．2．2 聚合硫酸铁絮凝剂最佳条件的确定

3．3 正交实验

3．3．1 正交实验的目的

3．3．2 正交实验结果

3．4 聚合磷硫酸铁絮凝剂的红外光谱分析(FT-IR)

3．5 聚合磷硫酸铁絮凝剂的应用

3．5．1 混凝实验

3．5．2 电催化氧化

3．6 本章小结

第四章 无机有机复合絮凝剂的制备及其对造纸废水的应用

4．1 引言

4．2 水溶性壳聚糖的合成

4．2．1 羧甲基壳聚糖(carboxymethyl chitosan，CMC)的制备

4．2．2 较低分子量水溶性壳聚糖(Low molecular chitosan，L-CTS)的合成

4．3 结果与讨论

4．3．1 傅立叶变换红外光谱分析(FT-IR)

4．3．2 粘均分子量的测定

4．3．3 水溶性测定

4．4 复合絮凝剂的制备及混凝验证试验

4．5 无机-有机复配絮凝剂的因素考察

4．5．1 不同物料的体积比

4．5．2 反应时间的影响

4．5．3 反应温度的影响

4．5．4 反应体系酸度(介质)的影响

4．5．5 正交实验

4．6 CTS-PFPS复合絮凝剂对造纸厌氧出水的应用

4．6．1 搅拌速度对混凝沉淀的影响

4．6．2 搅拌时间对混凝沉淀的影响

4．6．3 沉降时间对混凝沉淀的影响

4．7 本章小结

第五章 论文总结

参考文献

附录(攻读学位期间发表的相关论文)

致谢

声明