聚硅酸铁去除溶解性有机物的机理

Posted 2023-01-12 高岭土

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采用共聚工艺制备聚硅酸铁(PSF)混凝剂，研究了其对溶解性有机物(DOMs)(以腐殖酸HA为替代物)的氧化性能，并对比研究了PSF与复合铝铁(PFA)对有机物的去除性能，最后对PSF去除DOMs机理进行了初步解析。结果表明：PSF具有氧化性能，改变了HA的分子结构、表面性质以及HA/水溶液的界面性质，使吸附性能增强。不同pH值对HA、PSF、高岭土之间的络合模式具有不同的影响。PSF的混凝机理是以氧化/吸附一电ee和/脱稳为前提条件，以吸附架桥为必要条件，以卷扫网捕为补充条件。
混凝主要是为去除杂质颗粒及浊度物质而设计的过程。近些年来的严重污染使水体中的DOMs大幅度增加，如何高效去除有机物(尤其是DOMs)是许多水处理专家研究的重点。铁盐混凝剂在除有机物方面占有优势已经得到公认[2、3]。聚硅铁类混凝剂的研究始于上世纪90年代初，其去除DOMs机理还仅限于电中和、吸附、架桥等基本认识，这限制了PSF的进一步发展。作者采用独特的共聚工艺制备了对DOMs具有很高去除性能的PSF(已经在多处水源水得到证明，如黄河水、松花江水等)，然后根据氧化吸附实验及去除有机物性能对去除DOMs的机理
进行研究，首次发现PSF的氧化性能在去除DOMs中占有举足轻重的地位。大部分DOMs以腐殖酸(HA)形式存在，因此作者以HA作为DOMs的替代物。
1实验部分
1.1主要仪器及试剂
T0C—VCPN自动测定仪(日本)，3000HS电位粒度分析仪(英国)，DHSJ-3F型pH计(中国上海)，ZR4—6型混凝六联搅拌机(中国深圳)，T6新世纪紫外/可见分光光度计(中国北京)。水玻璃(w(SiO2)=26%，模数=3.16，ρ=1.36kg.
dm-3)、FeSO4.7H20、NaC1O3、H2SO2均为工业级原料，腐殖酸(HA)、高岭土为化学纯，复合铝铁(PFA，w(Al2O3)=6.76%，w(Fe)=0.6)为哈尔滨某水厂提供，实验用水为二次去离子水，以下简称去离子水。
1.2聚硅酸铁(PSF)的制备
将水玻璃稀释为7%，在高速搅拌条件下加入到20的H2SO4溶液中，pH值为3.5，室温下聚合2h，制得聚硅酸PS。将35.21gFeSO4.7H2O的H2SO4溶液在40～60℃下与PS快速混合，同时加入0.9gNaC103，熟化1.5h，加入
稳定剂，稀释到Fe的浓度为0.18mol.L-1，制得透明棕黄色的PSF，pH值为1.55。
1.3PSF对HA的氧化性能
以在254nm处的吸光值(UV)来确定HA相对含量或浓度。
1.3.1投药量及pH值对残余HA浓度的影响
将13mL质量浓度为5g.L的HA储备液加到32L去离子水中，充分混合均匀，静置6h，水质如下：温度为16℃，UV254为0.1l5～0.141cm-1，浊度为1.1NTU，pH值为5.14，DOC值为7.369～8.012mg.L-1(以O2计)。然后用0.1mol.L-1的HC1或NaOH将水样pH值调到4、7、11，静置1h，以使水样稳定。搅拌实验中，混凝剂工作液浓度为0.018mg.L-1，有效成份PSF以Fe计，PFA以Al计。将1L水样置于六联搅拌机上，快速搅拌瞬间投加混凝剂，并于30S设置第二次清洗投加。搅拌条件为：快搅200r.min-1，1min；慢搅40r.min-1，10min；沉降10min，在液面下2cm处取上清液200mL，用0.45μm的滤膜过滤后，测定UV254及DOC。
1.3.2混凝时间对残余HA浓度及溶液氧化还原电位(ORP)的影响
水样配置方法、pH调节、搅拌程序同1.3.1，根据1.3.1的结果选择PSF投量为0.107mmol.L-1，加入PSF1min后开始用针式进样器取样，时间间隔为1～5min，UV254测定同1.3.1。水溶液的ORP采用pH211复合电极连续监测。
1.3.3静置时间对混凝上清液中残余HA浓度的影响(PSF与PFA对比)
复配水配置：将1mLHA储备液加到1L去离子水中，充分混合均匀，静置6h，水质如下：UV254为0.245cm-1，温度为16℃，浊度为1.1NTU，pH值为5.8。分别以PSF、PFA作为混凝剂，投药量为0.322mmol.L-1。搅拌程序同1.3.1，取出上清液静置，每隔一定时间监测上清液的UV25。
1.3.4高岭土对混凝剂处理后的HA吸附性能(PSF与PFA对比)
选择高岭土做吸附剂研究用混凝剂处理后的HA的吸附性能。实验水样、搅拌程序同1.3.1，PSF、PFA的投量均取0.107mmol.L-1。
(1)混凝沉后水
搅拌实验后在液面下2cm处取上清液70mL，用0.45rn的滤膜过滤后，测定UV254及DOC快搅40S时取上清液，稀释5倍后立即测定Zeta电位。
(2)混凝沉后水+高岭土
将5mL高岭土储备液加到1.3.4
(1)中的混凝沉后水(780mL)中，100r.min搅拌18h，沉淀1h，取上清液进行分析，同1.3.1。搅拌6OS时取上清液，稀释5倍后立即测定Zeta电位。
1.4PSF与PFA混凝去除有机物性能的对比
实验原水性质见表1。搅拌实验同1.3.1。测定指标为UVDOC、CODM(CODcr)及色度。