硫铁矿烧渣应用制备生态安全性水处理絮凝剂的应用基础研究

论文摘要

絮凝是水处理中净化水质的常用手段和方法,目前常用的传统絮凝剂聚合氯化铝(PAC)和聚丙烯酰胺(PAM)等在水处理中均易产生二次污染,聚合氯化铝水解后产生的铝离子通过饮用水进入人体导致贫血和大脑痴呆等疾病,聚丙烯酰胺水解后产生的丙烯酸和有机胺等有机污染物同样危害人体健康。因此,研制一种生态安全性高的絮凝剂是当前水处理领域亟待解决的重要课题。另一方面,硫铁矿烧渣等铁矿废弃物是硫酸工业的固体废弃物,硫铁矿烧渣的综合利用既能消除烧渣对环境的危害,又作为资源进行了综合利用。因此,硫铁矿烧渣的资源化与综合利用具有十分重要的意义。为此,本研究采用硫铁矿烧渣为原料,制备出一种生态安全性较高的絮凝剂——聚合氯化铁(PFC),确定了其最佳工艺条件,并对其絮凝效果进行了表征,絮凝机理进了了初步探讨,最后用生态毒理学试验方法对其生态安全性进行了初步研究。主要研究内容和结果如下:1.采用硫铁矿烧渣制备聚合氯化铁的方法为:盐酸酸溶硫铁矿烧渣得到浸出液,将浸出液分成两部分A和B,在浸出液A中加入氢氧化钠,曝气,制得氢氧化铁胶体;在浸出液B中加入适量氧化剂,再加入一定量的稳定剂,在剧烈搅拌下,将新制备的氢氧化铁胶体加入其中,充分搅拌至沉淀溶解后,加入一定量碱化剂调节盐基度,在一定温度下熟化一定时间得到聚合氯化铁。该方法中制备氢氧化铁胶体的过程中通过曝气使氢氧化亚铁氧化成氢氧化铁,节约了氧化剂的用量。2.采用单因素实验和正交实验确定了盐酸酸溶硫铁矿烧渣的最佳工艺条件为盐酸质量分数30%,硫铁矿烧渣与盐酸质量比为0.35:1,温度95℃,反应时间1.5h。3.采用硫铁矿烧渣制备聚合氯化铁的最佳反应条件为:浸出液B与A的体积比(VB:VA)为3.2:1,氢氧化钠与浸出液A中全铁的摩尔比(nNaOH:nFe(A))为3.5:1,稳定剂磷酸氢二钠与全铁的摩尔比(n稳定剂:nFe)为0.06:1,熟化温度为85℃,熟化时间为3.5h,碱化剂与全铁的摩尔比(n碱化剂:nFe)为0.3:1。4.利用烧杯絮凝法表征其絮凝效果,采用高岭土模拟废水研究了不同投加量、pH值和不同浊度的废水对聚合氯化铁产品絮凝效果的影响。结果表明,随着投加量增加,聚合氯化铁的絮凝效果越好,当达到某一值时,投加量再增加,则会降低处理效果;聚合氯化铁在碱性条件下的处理效果优于酸性条件下,和聚合氯化铝相比,其pH适用范围更宽;聚合氯化铁对不同浊度废水的处理效果都较佳。5.在一定范围内,随着盐基度的提高,聚合氯化铁的絮凝效果增加,当达到一定值时,其效果反而下降。实验室制备的盐基度为9.007%的聚合氯化铁的处理效果比盐基度为14.615%的聚合氯化铁处理效果好。其对生活废水的浊度、吸光度和COD的去除率可达到96.26%、95.81%和92.77%,对啤酒废水的浊度、吸光度和COD的去除率可达到91.99%、86.24%和82.41%。6.对聚合氯化铁的絮凝机理进行了初探。其絮凝机理是压缩双电层机理、吸附电中和机理、吸附架桥机理、沉淀网捕机理的共同作用,它们并不是孤立存在或单独发生的,而是同时存在或发生的,只因水质不一样而使各种机理发生的程度或主次有所差别而已。7.采用小麦发芽与根伸长实验研究了三氯化铁、聚合硫酸铁和聚合氯化铁的生态安全性。结果表明,聚合氯化铁是生态安全性最高的铁盐絮凝剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第一节 硫铁矿烧渣的污染及综合利用现状
• 1.1.1 铁矿废弃物与硫铁矿烧渣
• 1.1.2 硫铁矿烧渣的危害
• 1.1.3 硫铁矿烧渣的综合利用现状
• 第二节 絮凝剂的研究和应用现状
• 1.2.1 絮凝剂的分类
• 1.2.2 无机絮凝剂
• 1.2.3 有机高分子絮凝剂
• 1.2.4 复合絮凝剂
• 1.2.5 絮凝剂在水处理中的应用
• 第三节 常用絮凝剂的生态安全性
• 1.3.1 絮凝剂生态安全概述
• 1.3.2 常用铝盐絮凝剂的环境效应与生态毒性
• 1.3.3 常用有机高分子絮凝剂的环境效应与生态毒性
• 1.3.4 铁盐絮凝剂的生态安全性
• 第四节 课题的选择及研究意义
• 第二章 硫铁矿烧渣残留铁的浸提与影响因素分析
• 第一节 材料和方法
• 2.1.1 原料及主要实验设备
• 2.1.2 酸溶渣实验
• 2.1.3 分析方法
• 第二节 结果与讨论
• 2.2.1 硫铁矿烧渣成分分析及其与盐酸的质量比对铁浸提率和游离酸的影响
• 2.2.2 盐酸质量分数和温度对铁浸提率和游离酸的影响
• 2.2.3 反应时间和搅拌速度对铁浸提率和游离酸的影响
• 2.2.4 正交试验结果及其分析
• 第三节 小结
• 第三章 聚合氯化铁的制备及其影响因素与产品性能
• 第一节 材料和方法
• 3.1.1 原料和主要设备
• 3.1.2 聚合氯化铁的制备步骤
• 3.1.3 烧杯絮凝实验方法
• 第二节 结果和讨论
• 3.2.1 聚合氯化铁的制备
• 3.2.2 影响产品盐基度的因素
• 3.2.3 熟化温度
• 3.2.4 熟化时间
• 3.2.5 稳定剂与全铁的摩尔比
• 3.2.6 正交实验
• 第三节 产品的性能指标
• 第四节 小结
• 第四章 新合成聚合氯化铁的絮凝效果研究及其在污水处理中的应用效果
• 第一节 材料与方法
• 4.1.1 实验试剂
• 4.1.2 仪器
• 4.1.3 烧杯絮凝实验方法
• 第二节 结果与讨论
• 4.2.1 高岭土模拟废水
• 4.2.2 生活污水絮凝效果
• 4.2.3 啤酒废水处理效果
• 第三节 小结
• 第五章 新合成聚合氯化铁絮凝机理
• 第一节 絮凝机理理论
• 5.1.1 压缩双电层机理
• 5.1.2 吸附电中和机理
• 5.1.3 吸附架桥机理
• 5.1.4 沉淀网捕机理
• 第二节 新合成聚合氯化铁的结构形貌与絮凝机理
• 5.2.1 聚合氯化铁的结构形貌
• 5.2.2 聚合氯化铁的絮凝机理
• 第三节 小结
• 第六章 絮凝剂生态安全性研究
• 第一节 材料与方法
• 6.1.1 供试材料和主要仪器设备
• 6.1.2 小麦发芽和根伸长预试验
• 6.1.3 小麦发芽和根伸长正式试验
• 6.1.4 联合毒性试验
• 6.1.5 数据分析
• 第二节 结果与讨论
• 6.2.1 铁盐混凝剂和镉对小麦根伸长的单一抑制效应
• 6.2.2 铁盐混凝剂和镉对小麦种子发芽的单一抑制效应
• 6.2.3 铁盐絮凝剂和镉的联合毒性效应
• 6.2.4 新合成聚合氯化铁的生态毒性
• 第三节 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间发表的学术论文与研究成果