聚合硅酸铝铁处理对高浓度含油废水的絮凝作用的特征描述外文翻译资料

 2022-03-24 10:03

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聚合硅酸铝铁处理对高浓度含油废水的絮凝作用的特征描述

Yongjun Suna,b,*,Chenyu Zhua,Huaili Zhenc,Wenquan Suna,b,Yanhua Xub,Xuefeng Xiaob,Xuefeng Xiaob,Zhaoyang Youa,Cuiyun Liua

a 南京工业大学城市建设学院，南京，211800，中国

b 南京工业大学环境科学与工程学院，江苏省工业节水减排重点实验室，南京，211800，中国

c重庆大学国家教育部三峡库区生态环境重点实验室，重庆，400045，中国

摘要：聚合硅酸铝铁（PAFSi）是一种复合混凝剂，用于处理含高浓度油的废水。X光射线、扫描电子显微镜、红外光谱已经用来描述聚合硅酸铝铁的结构。结果表明，聚合硅酸铝铁是一种拥有3D集群结构的碱性硫酸铁盐的非化学计量的复合物。化学需氧量和油的去除率是评价处理含油废水的能力的指标。硅：铁的摩尔比率为1：4，铝：铁的摩尔比率为1：1，碱度为0.5，准备温度为70摄氏度，是有利的准备过程。絮凝实验表明，移除高浓度油的最佳条件为：60-120mg/L,pH4-9,300–600 s minus;1的G阀，化学需氧量为98.2%，去油率98.4%。ZETA电位分析显示，电中性是减少废水中胶体微粒表面电荷的主要机制。除此之外，聚硅酸铝铁在处理高浓度废水时表现出了更佳的凝聚絮化作用。

关键字：复合凝结剂 聚合硅酸铝铁 聚合硅酸铝铁 除油

1.绪论

中国石油业的飞速发展导致各种各样的行业产生了高浓度含油废水，如食品业、纺织业、皮革业、钢铁业、交通、石化、造船，含油废水有大量复杂的物质，通常有高浓度的分散油、动物油脂和悬浮物质。违法排放未处理的达不到排放标准的含油废水会对环境产生严重威胁。这种标准是中国制定的从船排放污水的标准（GB3552），最低排放要求是15mg·L minus;1。这种威胁包括油和湖水的蒸发产生的空气污染所致。空气污染和地下水、表面水的包含物、油包含的泥土影响着人类的身体健康。

不同的水处理技术如吸附、气浮、膜过滤、生物处理、絮凝、电化学已经被广泛地用于移除含油废水中的油。然而单独使用这些处理并不能满足我们的需求，这是因为保护环境意识的日益提升以及废水中复杂的成分，尤其是高浓度的油的处理，其表明传统的处理方式只能处理含量为5000 mg/L以下的油。在没有昂贵的处理方式的条件下，如果大于6000mg/L，去除率很难达到90%以上。

与此同时，广泛用于处理水污染的絮凝技术，展现出了独特的优点。因为它没有相变，实验简便、消耗低廉、处理效率高。有效且高效的絮凝技术在处理含油废水的领域得到更多的关注。

铝铁盐，如AlCl 3 、Al2 (SO4) 3 、FeCl3、聚合铝、聚合硫酸铁是最常用的絮凝剂。传统的絮凝剂只在处理含低油的废水时有效，然而在处理含高浓度油的废水时并没有令人满意的效果，而且上述技术局限于脱稳产生的沉淀和凝胶。但是在准备过程加入其他有效的复合物是提升絮凝剂效果主要技术。准备过程中酸化和共聚时，酸是一种必要的媒介。活化硅酸用于调节和稳定pH值，且这种酸能够显著提升共聚絮凝剂的作用。聚合硅酸金属复合絮凝剂，是一种新型的聚合絮凝剂，突破了传统絮凝剂的局限，然而几乎没有用硅酸来制备并改善絮凝剂的研究。

然而，由于海河水环境保护的严格需要，必须用有效的技术处理船的含油污水，这个研究的要求是制备高效处理船排放的高浓度含油污水的絮凝剂。在现有的研究基础上，一种新型的符合絮凝剂聚硅酸铝铁(PAFSi)，用活化硅酸作为不同情况下的媒介。其结构和形态学已用X光射线、扫描电子显微镜、红外光谱分析了。Si/Fe摩尔比率、Al/Fe摩尔比率、碱度、准备温度都已经研究并且调为最适条件了。另外，为了研究废水的初始pH、剂量、化学需氧量和去除率的速度梯度絮凝剂的效果，絮凝剂已经做了优化。与此同时，絮凝机理已经用详细的研究系统地描述了混凝剂的投加量和电动势的pH。

2.实验

2.1.材料

除了FeSO 4 · 7H2O是工业级的，本实验所有的材料都是分析级的。我所有实际购买自南京化学玻璃仪器有限公司，在实验中没有进一步的净化。

2.2.废水样品的特性

模拟含油废水是按照MEPC.107（49）用水和表面活性剂制备的。原水通过测定其油和COD来表征。对废水的化学分析表明：油、COD、pH分别为5000 plusmn; 100 mg/L，20000 plusmn; 400和7.0 plusmn; 0.2。油的含量测定是根据中国的石油天然气工业标准SY/T0530-93。

2.3.制备聚硅酸铝铁

我们在实验室制备了一系列的铝铁硅酸符合絮凝剂。用铝酸钠氧化50-70g FeSO 4 ·7H2O，在烧杯中缓慢搅拌直到得到同类的液体混合物。加入10%–40% Al 2 (SO4) 3溶液至反应容器来制备含铝、铁的新的液体混合物。恒温水浴70℃条件下，缓慢搅拌30min，得到活化铝铁溶液。把一定剂量的聚硅酸缓慢加入搅拌中的金属盐溶液。10min后加入一定剂量的NaHCO3 粉末得到所需的碱度，再在水浴中搅拌60min，置于保温箱24h待聚合熟化。

2.4 .PAFSi的特性

2.4.1. X射线衍射分析

把液体絮凝剂样本放在真空烘箱中数日后磨成粉，样品的X射线图谱的测定值在5 ◦–90 ◦ 之间。

2.4.2.扫描电子显微镜

用扫描电子显微镜观察絮凝剂的形态，放大3000到5000倍记录图像。

2.4.3.傅里叶变换红外光谱计

PAFSi粉末的红外光谱的测定，是把溴化钾颗粒放在红外光谱仪，结果为4000–400 cm minus;1。

2.5.电动势分析

废水电动式的测定，是在絮凝结束后，立刻用激光粒度仪测定。电动势由电脑的测定软件输出。电动势的测定是检验PAFSi剂量和初始pH60 mg·L minus;1的废水的功能。

2.6.准备过程的优化

准备过程的优化时，絮凝实验的G值、pH、剂量分别为400 sminus;1、7和60 mg Lminus;1。准备过程中使用固定絮凝条件，通过絮凝实验，单因子实验常用于研究最佳优化条件。首先，3.4.1中，硅/铁摩尔比、碱度、准备温度分别为1:3、0.4和 60℃。絮凝效果中铝铁摩尔比的效果已经得到了探究。第二，3.4.2中铝/铁摩尔比、碱度、准备温度分别为1:1、0.4和60℃。絮凝效果中硅铁摩尔比的效果已经得到了探究。第三，3.4.3中铝/铁摩尔比、碱度、准备温度分别为1:1、1:4和60℃，絮凝实验中碱度的效果已经研究过了。最后，3.4.3中铝铁摩尔比、硅铁摩尔比、碱度分别为1:1、1:4和0.6，絮凝实验中准备温度的效果已经得到了探究。

2.7.絮凝实验的准备

2.7.1．絮凝实验

絮凝实验使用程序控制的烧杯试验装置进行的。在烧杯中加入含油废水。用0.5 mol/L的HCl和NaOH调节初始pH。吸取一定量的絮凝剂至废水样品中，快速搅拌，在350r/min快速搅拌3min，之后80r/min搅拌5分钟。沉淀后，取2cm上清液测定油的含量、浊度、COD。

搅拌和混合的水力条件通过以下公式计算平均速度梯度来表征:

G=(p/mu;)^0.5

G为平均速度梯度，P为单位质量的水消耗的能量，mu;为水的动态粘度，G值由程序控制的烧杯试验装置计算。絮凝实验时，我们只要设定G值，程序就能根据数据来计算了。单位质量的水消耗的能量在100 minus;1、200sminus;1、300sminus;1、400sminus;1、500sminus;1、600s -1时分别为10.05Wmminus;3、10.05Wmminus;3、20.1Wmminus;3、30.15Wmminus;3、40.20 Wmminus;3、50.25Wmminus;3、60.30Wmminus;3。

2.7.2.絮凝实验中G值的作用

在优化了絮凝实验的准备条件后，硅/铁摩尔比1:4，铝/铁摩尔比1：1，碱度0.5，准备温度为70℃是对实验有利的，优化后制备的PAFSi用于研究絮凝实验的优化，pH和剂量分别为7和40 mg·Lminus;1，絮凝效果G值得作用已经研究和优化过了。

2.7.3．絮凝初始实验废水的pH的作用

此部分，G值和剂量分别为400sminus;1和40 mg·Lminus;1，絮凝效果的初始的实验废水的pH的作用已经系统地研究和优化过了。

2.7.4.絮凝实验的PAFSi的剂量的作用

在此部分，G值和pH剂量分别为400sminus;1和7，絮凝效果的PAFSi的剂量已经系统地研究和优化过了。

3.结果与讨论

3.1.X射线图谱分析

图1显示不同的硅/铁摩尔比和聚合硫酸铁的PAFSi 的X射线图谱。与聚合硫酸铁34 ◦，33.2 ◦和31.9 ◦ 相比，PAFSi 图谱衍射峰的强度提升到某个程度。但是当PAFSi强度提升到铁的浓度，尤其是硅/铁摩尔比从1：4到1：6时，高浓度的硅并没有提升到11.0 ◦，13.3 ◦，16.7 ◦和18.3 ◦。与聚合硫酸铁的图谱相比，PAFSi图谱出现了几个新的峰 20.9 ◦，22.6 ◦，23.5 ◦，31.8 ◦，33.0 ◦，33.9◦， 37.8 ◦ ，46.2 ◦ 等，可能是由于多余的硅和铝。除此之外，衍射晶体的光谱，如 Fe 2 (SO4) 3 , Al 2 (SO4) 3 , Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 ,Fe(OH) 3 , Al(OH) 3 , Fe 3 O 4 和SiO 2 不能被观察到，说明Fe 3 , Al 3 , SO 2minus; 4和Si已经形成了新的复合物。PAFSi的X射线图谱中展示的复合物得不到标准的分子式，含铁、铝的硅酸钠溶液可能形成了化学键Fe–Si, Al–Si, Fe–O–Si和Al–O–Si，表明PAFSi包含了新的Fe–Si–Al类型，而不是简单的混合原材料。PAFSi图谱表明PAFSi 的主要阶段与Fe 0.2 (Fe,Ti) 0.6 (SO 4 )(OH) 0.8 ·0.2H 2 O的衍射晶体相似，即碱性硫酸铁盐的非整比化合物，说明PAFSi是羟基聚合物。

图1 聚合硅酸铝铁（PAFSi）和PFS的XRD光谱。

3.2.红外光谱

图2 PAFSi和PFS的FTIR光谱

图2显示的是不同硅/铁摩尔比和聚合硫酸铁的PAFSi的红外图谱。不同硅/铁摩尔比的红外图谱相似，但是Si/Fe = 1:4时，波数和峰值强度又很小的变化。在3388和3601 cm minus;1发现的吸收带是由于聚硅酸和附加到铝、铁上的-OH的伸缩振动所致。1632 cm minus;1处的吸收峰主要是由Al–O和Fe–O键产生。1140 cm minus;1 到1270 cm minus;1 的吸收峰说明了Al–OH–Al和Fe–OH–Fe结构中的配位水和衍射晶体的弯曲振动。 Fe–O–Si 和Al–O–Si的弯曲振动吸收峰出现在1017 cm minus;1。618 cm

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