新型高效气浮絮凝剂及设备的开发应用研究
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摘要
气浮设备和絮凝剂是气浮净水技术的核心，研究新型复合聚硅硫酸铁铝絮凝剂及CAF涡凹气浮设备将解决实际问题，具有十分重要的现实意义。
用钛白废酸和粉煤灰为原料，设计出一条新工艺流程制取新型复合聚硅硫酸铁铝(PFASSi)，其最佳工艺条件为：当酸浸时间为1.5h，NaCl助溶剂与粉煤灰的质量比例为0.05：1，固液比为1：10，浸取温度为90℃时，铝的酸浸取率最大可达39.26％；当碱浸时间为2h，浸取碱液浓度为5mol／L，固液比为1：10，浸取温度为90℃时，硅的碱浸取率最大可达35.88％；在常压、40℃的条件下，以NaNO_2为催化剂，空气为氧化剂，KI为助催化剂，氧化反应时间为2h；以氧化聚合一步法制取聚合硫酸铁铝。然后加入聚合硅酸复合即可制得聚硅硫酸铁铝的红棕色液体产品。
在混凝处理焦化废水、滇池含藻水和三种再生造纸废水时，与PAC、PFS相比，PFASSi具有用量少，沉降速度快，费用低，对藻类、油、CODcr、SS、色度或浊度的净化效率高，适用的pH值范围较宽等优点；PFASSi的形态分布和混凝研究表明，针对不同的废水研究开发了不同的专一复合PFASSi絮凝剂；它的最优技术指标为B=1.5～2.0，Fe+Al／Si或Fe／Al摩尔比均为10：1，pH为2.0～4.0。
论文初步建立了CAF涡凹型气浮机工作及设计计算理论体系。设计制作了小型CAF样机，同时采用PFASSi絮凝剂为主要絮凝剂对四种废水进行了气浮净水试验研究。结果表明：用小型CAF样机气浮处理滇池含藻水、两种再生造纸废水以及焦化废水预处理是可行的，具有用药量低、气浮时间短、净化效果好的优点。除藻率和除油率分别可达99％和99.8％，SS和浊度的净化效率分别可达96％和92％以上，预处理焦化废水时，COD的净化效率可达56.5％。气浮除藻后的水可作为工业用水，再生造纸废水处理后可回用。单独使用絮凝剂时，无机絮凝剂的净化效果顺序为PFASSi＞PFS＞PAC；复配药剂的处理效果要优于单一用药，而且无机与有机絮凝剂配合使用有利于降低药耗和提高净水效果。
应用分形理论研究分析PFASSi及与PAM复合处理废水时生成的絮体的形成、生长和不规则程度，生成的絮体分形维数为1.53～1.65或1.55～1.73；解释了混凝过程的吸附架桥、沉淀网捕作用机理和气浮过程的凝聚、絮粒与气泡粘附及上浮作用机理。建立了絮体生成的DLA分形模型：V_n=kn△u+p；经过理论推理建立了理想化的气浮絮体分形模型：其分形维数为：，提高结合气浮絮粒的个数n有利于提高分维D_f和气浮效率；将无机高分子和有机高分子絮凝剂复合使用，通过CAF气浮机叶轮或涡轮的长时间高强度机械搅拌使气浮絮体发生脱水收缩，促进致密型气浮絮体的生成，气浮效果更好。
Flotation equipment and flocculation are cores of flotation. Studying novel complex flocculant of polymer ferric aluminum silicate sulfate (PFASSi) and CAP high-efficient flotation equipment has very important to solve practical problem of wastewater treatment.
Using waste-acid of TiO2-indurstry and fly ash(FA) as materials, and, PFASSi is prepared with a novel technology. The best Al-acid stripping rate is 39.26% when mass ratio of NaCl/FA is 0.05:1, solid-liquid ratio is 1:10 under 90 for 1.5 h. The best Si-alkaline stripping rate is 35.88% when alkaline concentration is 5mol/L, solid-liquid proportion is 1:10 under 90癈 for 2h. Polymer ferric aluminum sulfate (PFASS) flocculant has been obtained by means of one-step oxidation-polymerize reaction under 40 and normal pressure for 2h,using NaNO2 as catalyst, air as oxidation, and KI as aid catalyst. After then, red-brown liquid flocculant of PFASSi has been made by means of complex-polymerize.
Compared with PAC and PFS, PFASSi has obvious superiority with less-dosage, floe quicker-sediment, lower-cost, wider-pH, and higher-efficient of removing algae, oil, CODcr, SS, color and turbidity in treating algae water of Dian Chi, coking- plant wastewater and three kinds of paper-recovery industry wastewater. The studying results of the species distribution and coagulation-flocculation of PFASSi show that there are different special complex flocculation of PFASSi for treating different wastewater. the optimal technical indexes of PFASSi product are as follows: B=l.5-2.0, npe+Ai/nsi or nFe/nAi=10:l, pH=2.0-4.0 and valid concentration is about 0.2-0.4mol/L.
In this paper, the design theory of CAP equipment is preliminarily established. A miniature CAP flotation equipment is designed and made. The wastewater, which is algae water of Dian Chi, coking- plant wastewater and two kinds of paper-recovery industry wastewater, are treated by the CAP equipment respectively. The flotation experimental results show that the reagent consumption is low, the flotation time is short and the purification efficiency is high. The removing efficiency of algae and oil are 99% and 99.8% respectively, the purifying efficiency of SS and turbidity are above 96%and 92% separately; the COD purification efficiency of coking-plant wastewater is 56.5%. Especially, wastewater treatment from algae water of Dian Chi and wastewater of paper-recovery industry is reused or recycled. If single flocculant of the inorganic flocculant is adopted, it has been indicated from the flotation experiment the order of their purification efficiency is: PFASSi> PFS> PAC. If complex reagent with PAM and PFASSi
or PFS or PAC is adopted, , the efficiency is higher and the consumption is lower, compared with single reagent.
The floe growth, irregularity and formation have been studied for treating aforesaid four kinds of sewage by using PFASSi or complex with PFASSi and PAM. Fractal dimension of their floe are 1.53-1.63 or 1.55-1.73 . It has been explained and concluded from the fractal theory study of coagulation-flocculation and flotation that the mechanism of coagulation-flocculation and the adherence of floes and bubbles is strong adsorption, bridging and network capturing. DLA fractal model of floe
growth is established, which is Vn = kn + p. Ideal fractal model of floe in flotation
is also established by means of theoretical deduction, which
is fractal dimension).
The more increasingly the floes and bubbles are adhered, the better the flotation efficiency and Df are. Flotation purification efficiency becomes better and floes carrying bubble becomes more compact, when using inorganic polymer flocculant (IFF) and organic polymer flocculant (OFF) as flocculant under long time intense agitating in CAP flotation machine.
用钛白废酸和粉煤灰为原料，设计出一条新工艺流程制取新型复合聚硅硫酸铁铝(PFASSi)，其最佳工艺条件为：当酸浸时间为1.5h，NaCl助溶剂与粉煤灰的质量比例为0.05：1，固液比为1：10，浸取温度为90℃时，铝的酸浸取率最大可达39.26％；当碱浸时间为2h，浸取碱液浓度为5mol／L，固液比为1：10，浸取温度为90℃时，硅的碱浸取率最大可达35.88％；在常压、40℃的条件下，以NaNO_2为催化剂，空气为氧化剂，KI为助催化剂，氧化反应时间为2h；以氧化聚合一步法制取聚合硫酸铁铝。然后加入聚合硅酸复合即可制得聚硅硫酸铁铝的红棕色液体产品。
在混凝处理焦化废水、滇池含藻水和三种再生造纸废水时，与PAC、PFS相比，PFASSi具有用量少，沉降速度快，费用低，对藻类、油、CODcr、SS、色度或浊度的净化效率高，适用的pH值范围较宽等优点；PFASSi的形态分布和混凝研究表明，针对不同的废水研究开发了不同的专一复合PFASSi絮凝剂；它的最优技术指标为B=1.5～2.0，Fe+Al／Si或Fe／Al摩尔比均为10：1，pH为2.0～4.0。
论文初步建立了CAF涡凹型气浮机工作及设计计算理论体系。设计制作了小型CAF样机，同时采用PFASSi絮凝剂为主要絮凝剂对四种废水进行了气浮净水试验研究。结果表明：用小型CAF样机气浮处理滇池含藻水、两种再生造纸废水以及焦化废水预处理是可行的，具有用药量低、气浮时间短、净化效果好的优点。除藻率和除油率分别可达99％和99.8％，SS和浊度的净化效率分别可达96％和92％以上，预处理焦化废水时，COD的净化效率可达56.5％。气浮除藻后的水可作为工业用水，再生造纸废水处理后可回用。单独使用絮凝剂时，无机絮凝剂的净化效果顺序为PFASSi＞PFS＞PAC；复配药剂的处理效果要优于单一用药，而且无机与有机絮凝剂配合使用有利于降低药耗和提高净水效果。
应用分形理论研究分析PFASSi及与PAM复合处理废水时生成的絮体的形成、生长和不规则程度，生成的絮体分形维数为1.53～1.65或1.55～1.73；解释了混凝过程的吸附架桥、沉淀网捕作用机理和气浮过程的凝聚、絮粒与气泡粘附及上浮作用机理。建立了絮体生成的DLA分形模型：V_n=kn△u+p；经过理论推理建立了理想化的气浮絮体分形模型：其分形维数为：，提高结合气浮絮粒的个数n有利于提高分维D_f和气浮效率；将无机高分子和有机高分子絮凝剂复合使用，通过CAF气浮机叶轮或涡轮的长时间高强度机械搅拌使气浮絮体发生脱水收缩，促进致密型气浮絮体的生成，气浮效果更好。
Flotation equipment and flocculation are cores of flotation. Studying novel complex flocculant of polymer ferric aluminum silicate sulfate (PFASSi) and CAP high-efficient flotation equipment has very important to solve practical problem of wastewater treatment.
Using waste-acid of TiO2-indurstry and fly ash(FA) as materials, and, PFASSi is prepared with a novel technology. The best Al-acid stripping rate is 39.26% when mass ratio of NaCl/FA is 0.05:1, solid-liquid ratio is 1:10 under 90 for 1.5 h. The best Si-alkaline stripping rate is 35.88% when alkaline concentration is 5mol/L, solid-liquid proportion is 1:10 under 90癈 for 2h. Polymer ferric aluminum sulfate (PFASS) flocculant has been obtained by means of one-step oxidation-polymerize reaction under 40 and normal pressure for 2h,using NaNO2 as catalyst, air as oxidation, and KI as aid catalyst. After then, red-brown liquid flocculant of PFASSi has been made by means of complex-polymerize.
Compared with PAC and PFS, PFASSi has obvious superiority with less-dosage, floe quicker-sediment, lower-cost, wider-pH, and higher-efficient of removing algae, oil, CODcr, SS, color and turbidity in treating algae water of Dian Chi, coking- plant wastewater and three kinds of paper-recovery industry wastewater. The studying results of the species distribution and coagulation-flocculation of PFASSi show that there are different special complex flocculation of PFASSi for treating different wastewater. the optimal technical indexes of PFASSi product are as follows: B=l.5-2.0, npe+Ai/nsi or nFe/nAi=10:l, pH=2.0-4.0 and valid concentration is about 0.2-0.4mol/L.
In this paper, the design theory of CAP equipment is preliminarily established. A miniature CAP flotation equipment is designed and made. The wastewater, which is algae water of Dian Chi, coking- plant wastewater and two kinds of paper-recovery industry wastewater, are treated by the CAP equipment respectively. The flotation experimental results show that the reagent consumption is low, the flotation time is short and the purification efficiency is high. The removing efficiency of algae and oil are 99% and 99.8% respectively, the purifying efficiency of SS and turbidity are above 96%and 92% separately; the COD purification efficiency of coking-plant wastewater is 56.5%. Especially, wastewater treatment from algae water of Dian Chi and wastewater of paper-recovery industry is reused or recycled. If single flocculant of the inorganic flocculant is adopted, it has been indicated from the flotation experiment the order of their purification efficiency is: PFASSi> PFS> PAC. If complex reagent with PAM and PFASSi
or PFS or PAC is adopted, , the efficiency is higher and the consumption is lower, compared with single reagent.
The floe growth, irregularity and formation have been studied for treating aforesaid four kinds of sewage by using PFASSi or complex with PFASSi and PAM. Fractal dimension of their floe are 1.53-1.63 or 1.55-1.73 . It has been explained and concluded from the fractal theory study of coagulation-flocculation and flotation that the mechanism of coagulation-flocculation and the adherence of floes and bubbles is strong adsorption, bridging and network capturing. DLA fractal model of floe
growth is established, which is Vn = kn + p. Ideal fractal model of floe in flotation
is also established by means of theoretical deduction, which
is fractal dimension).
The more increasingly the floes and bubbles are adhered, the better the flotation efficiency and Df are. Flotation purification efficiency becomes better and floes carrying bubble becomes more compact, when using inorganic polymer flocculant (IFF) and organic polymer flocculant (OFF) as flocculant under long time intense agitating in CAP flotation machine.
引文
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