浅述聚合硫酸铝生产技术及应用

Posted 2023-01-12 絮凝

篇首语：吾生也有涯,而知也无涯。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了浅述聚合硫酸铝生产技术及应用相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

分析了聚合硫酸铝生产技术应用现状，提出了聚合硫酸铝生产技术的研究方向和发展前景。
1前言
我国是水资源短缺和污染比较严重的国家之一，随着工业生产的发展，用水量急剧增加，工业废水也相应增加，不论饮用水，工业用水，还是废水都必须经过处理才能使用或排放。大力发展水处理化学品对节约用水、治理污水起着重要的作用。水处理剂是工业用水、生活用水、废水处理过程中所必需使用的化学药剂。其中絮凝剂是水处理剂中的一种，作为水处理方面的絮凝剂主要是无机絮凝剂和有机絮凝剂，无机絮凝剂主要为铁盐和铝盐两大类，由于有机高分子絮凝剂可能存在的毒性，加之价格昂贵等原因，很少在净水处理上应用。铁盐絮凝荆，其絮凝效果不错，但由于铁离子对饮用水及各种工业用水有着不良影响及其使用时对设备的强烈腐蚀性，在给水处理中一般也不予使用。在水处理方面，应用最
广泛的还是铝盐絮凝剂。随着水处理工业的发展，对絮凝剂的絮凝性能提出了更高的要求，聚铝作为一种高效的无机絮凝剂，其絮凝性能是普通铝盐絮凝效果的2～3倍，这类絮凝剂是由若干结构简单的碱式铝离子如Al(OH)2+、Al2(OH)2、Al3(OH)4等进一步水解，缩合生成的复杂多核多羟基配位聚合物，它们都是通过中和悬浮粒子表面电荷，再经过凝聚和絮凝两个步骤而达到净水效果的。因此对聚合硫酸铝絮凝剂进行研究，探讨其最佳工艺过程，制备稳定高效的水处理絮凝剂具有很大的现实意义o
2现状与进展
目前，普遍使用的无机高分子絮凝剂有铁系和铝系两大类，聚合硫酸铝和聚合硫酸铁分别是铝系和铁系的典型代表，两者有着不同的絮凝特性。聚合硫酸铝水解弱，絮凝体积小，疏松，沉降慢，但残余色度小，性能指标如表1所示；而聚合硫酸铁水解强，絮凝体积大，密实，沉降快，强度好，但残余色度大o

作为水处理方面的絮凝剂主要是铁盐和铝盐两类无机化合物，由于有机合成高分子絮凝剂可能存在的毒性，加之价格较贵，很少在净水处理中应用。铁盐絮凝剂主要有二氯化铁、硫酸(亚)铁、聚合硫酸铁等，但是由于铁离子对饮用水及各种工业用水有着不良影响及其使用时对设备的强烈腐蚀性，在给水处理中一般也不予使用，在水处理(饮用水、给水、废水等)工艺上应用最广泛的还是铝盐絮凝剂，它主要有硫酸铝、氯化铝、硫酸铝钾等无机絮凝剂，它们在水处理上发挥着重要作用，但是随着水处理工业的发展，对它们无论是在絮凝性能上还是药剂投加量上都提出了更高的要求，有文献报道，为了提高铝盐的絮凝效果和减少铝盐药剂的投加量，采用碱化度为3O%-55%。添加稳定剂如洒石酸一洒石酸钠
(1：2)来提高聚合硫酸铝稳定性，以达到较长期贮存的目的。
随着工业生产的发展，用水量急剧增加，工业废水也相应增加，不论饮用水、工业用水，还是废水都必须经过处理才能使用或排放。水处理方法很多，如
絮凝沉淀法、生化法、离子交换法等等。但是应用最广泛、成本最低的处理方法还是絮凝沉淀法。
许多科研工作者进行了聚合硫酸铝絮凝剂的研究。据报道，以硫酸铝为原料采用中和法研制聚合硫酸铝新型絮凝剂，并针对聚合硫酸铝稳定性相对较差这一缺点，进行了聚合硫酸铝稳定剂的选择及剂量确定工作。通过对其性能研究表明，聚合硫酸铝无论是在絮凝性能上还是投加量上都比传统Al2(S04)3絮凝剂优越，并且它有更宽广的温度使用范围和对原水pH的适用范围。在水处理的实际应用上表明，聚合硫酸铝对工业用水和工业废水都有良好的处理效果，且投加量小o也有以硫酸铝为原料，采用碱法进行实验，选用尿素、氢氧化钙、碳酸氢
钠三种典型的碱化剂，研究反应温度、pH值、碱化度对聚合硫酸铝絮凝效果的影响，找到最佳的反应温度、最佳pH值和最佳碱化度；发现氢氧化钙作为聚合硫酸铝制备的碱化剂比较经济；最佳聚合反应温度为84℃左右，pH值为3。5左右，碱化度控制在6O%左右，制得的产品不仅具有优异的絮凝效果，而且其本身还具备了一定的稳定性，在此基础上加入柠檬酸作为稳定剂，可以制得性能优异而稳定的聚合硫酸铝产品。
在生产工艺上，先加入稳定剂，然后进行熟化，这样不仅可以提高熟化温度，而且可以起到提高产品质量的作用。另外一种聚合硫酸铝合成工艺，是以
硫酸铝、碳酸氢钠等物质为原料，反应温度70℃；反应时间2h，合成出聚合硫酸铝(PAs)，其pH值为4.1，碱化度为58%，铝含量(以A1203计)为16.O%，其合成反应式如下：2kA12(S04)3.14H2O+6kNaHC03+H202[A2(OH)3(SO4)1.5]k+
3kNa2SO4+yH2O+6kCO2其通式可用Al2((0H)(SO4)3一n/2)k，表示，式中1≤n≤6，k≤10，为了提高合成出的PAS稳定性，向PAS中加入少量有机酸作稳定剂.熟化3-4天，制得产品。
聚合硫酸铝铁可以处理含硫油田污水，在处理二次采油后得到的含一定量聚丙烯酰胺的石油污水过程中，部分油井污水出现大量S2-离子，浓度超过
20mg.1-1，采用铝盐体系不能使含聚合物油田污水完全澄清，而铁盐或铁盐加酸体系加入后立刻出现大量黑色沉淀，虽然加大铁盐用量可使黑色沉淀消失，但成本大大增加；研究发现，在酸性条件下加入三价铁盐(硫酸铁或三氯化铁)制成混合液处理含S2-油田污水均可以加快沉降速度，减少用药量，提高絮凝效果。铁盐加入量由于聚合硫酸铝铁的吸附与接枝共聚可以远远大于理论上产生Fe2S3沉淀的Fe3+最大容忍浓度，从而达到既加强絮凝效果又避免黑色沉淀的双重目的。
3新技术展望
研究人员已经制备出含多元离子的聚合硫酸铝，以硫酸铝为原料，对其混凝特性进行了实验研究，考察了它的最佳混凝性能和稳定性条件，并就实验结果进行了性能对比。指出，制备多元离子聚合硫酸铝MPAS时，A1203质量分数控制在8.O%～8.5%为宜。结果表明，多元离子聚合硫酸铝比硫酸铝和传统的聚合硫酸铝具有更好的化学稳定性和混凝除浊性能。该项研究重新探索了PAS的生产工艺，在聚合反应过程中添加有协同作用的无机盐，使之成为含有多种离子的复合型PAS，以期获得高效、低耗的效果，对于减少铝离子的累积性危害，提高水质有着现实的积极作用。
据有关文献，利用粉煤灰和黄铁矿烧渣一步合成新型絮凝剂聚合硫酸铝铁(PAFS)。在污水处理的除浊试验中，各项指标如PAFS的适宜投药量、沉降时间和最佳pH值，与市售PAC絮凝剂进行了比较。结果表明，PAFS絮凝剂除浊效果优于PAC，是值得重视的一种无机复合絮凝剂。
4结论
目前国内外大部分净水厂采用的混凝剂仍以铝盐和铁盐最为普遍，其中硫酸铝(AS)最具广泛的代表性。为了改善絮凝效果，减少药剂用量，达到提高水质、降低成本的目的，聚合铝和聚合铁异军突起，它的优越性能广为人们所重视，并成为无机盐混凝剂研究与应用的发展方向。
在给水处理方面，应用较为广泛的仍是聚合氯化铝(PAC)，聚合硫酸铝(PAS)的研究与开发相对滞后，它的制备技术研究尚不够广泛和深入。聚合硫酸铝絮凝剂国外已有报道，但在国内，这方面工作还较相对落后，因此积极研究和开发聚合硫酸铝这类无机高分子絮凝剂具有重要的现实意义。