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纳米二氧化硅与聚合硫酸铁复配去除污水中COD

发布时间:2016年6月25日     点击数:2476

依据纳米材料的强化絮凝功能,我们用常规无机絮凝剂聚合硫酸铁和少量的纳米二氧化硅在一定的实验室条件下进行了复配絮凝实验,结果表明污水中COD的去除率较单一的聚合硫酸铁处理时提高了32.7%。本文在此基础上,进一步用正交实验优化了纳米二氧化硅与聚合硫酸铁的复配方式,并对影响复配絮凝处理效果的主要因子进行了分析。

1实验

1.1实验器材

试剂:纳米Si02(粒径10nm)、固体聚合硫酸铁(下文均用聚合硫酸铁表示)。

仪器:KHCOD-12型COD消解装置、UV-1601紫外可见分光光度计、光电分析天平(感量0.0001g)、粉碎机(转速12000r.min-l)、HH4型恒温水浴锅、S-212型电子恒速搅拌器、秒表及其它成套玻璃容器。

1.2实验水样

取自北京市小月河的生活污水水样。原水水质:pH值=7.7,T=25℃,浊度=320.5NTU,COD=454.8mgL-1。

絮凝剂投加量为120mgL-1。

1.3实验过程

纳米二氧化硅与聚合硫酸铁的复配方式:首先将固体聚合硫酸铁用粉碎机充分粉碎,再与纳米Si02在粉碎机中进行充分粉碎混合,然后配成1%的液体复合絮凝剂,以原品质量计。将上述配制好的复合絮凝剂在60℃左右的恒温水浴中,用电子恒速搅拌器以100r.min-l的转速搅拌25min,通过这种水热搅拌法得到处理过的液体复合絮凝剂。

烧杯絮凝实验:取水样500mL于1L的烧杯中,在快速搅拌(转速为300r.min-1)下投加絮凝剂,反应1min后,改变搅拌速度为50r.min-l,继续搅拌10min静置25min于距上清液面约2cm处吸取上清液,采用标准曲线法测定COD。

1.4正交实验方案的确定

实验研究表明,纳米Si02与聚合硫酸铁的复配条件不同,絮凝剂的处理效果不同。分析实验结果可知,纳米Si02与聚合硫酸铁的质量百分组成、水浴温度、混合搅拌时间是影响复配絮凝剂对COD去除的主要因子。因此选用三因子四水平的正交表L9(34)安排实验,表1是正交实验的因子与水平,表2是具体的实验方案。

2结果与讨论

按照表2的实验方案进行实验,结果表明,纳米Si02与聚合硫酸铁的复配条件不同,絮凝剂对COD的去除效果不同。各因子的级差大小关系:RA>RB>Rc,说明聚合硫酸铁与纳米Si02质量百分组成这一因子对COD处理效果影响最大,温度和搅拌时间的影响较小,而温度比搅拌时间的影响大一些。纳米S02与聚合硫酸铁的最佳复配参数为A3B2C1,这是本实验条件下对COD去除效果最好的参数条件,即首先将纳米Si02粉末与聚合硫酸铁固体粉末用粉碎机进行充分混合后,再配置成1%的液体复合絮凝剂(两者质量百分组成为(85%+15%),然后将此液体在60℃的恒温水浴中,用电子恒速搅拌器以100r.min-l的转速搅拌25min。下面具体讨论显著影响处理效果的各个因子。

2.1质量百分组成

聚合硫酸铁与纳米Si0,的质量百分组成(85%+15%)为配比的最佳水平,且该因子对COD去除率影响最大,说明了纳米Si02的含量直接决定了处理效果,机理是纳米材料的强化絮凝作用,也是本文实验的理论基础。

2.2反应温度

采用“水热法”复合聚合硫酸铁与纳米Si02时,实验中温度的最佳水平为水浴温度60℃。分析原因:低温不利于两者复合形成可能存在的化学键,但温度太高,又容易使分子挥发、分解,降低有效成分的含量。同时,水浴温度在50~70℃范围内变化时,絮凝剂对COD的处理效果影响很小,级差RB只有1.6%,这说明“水热法”在此温度范围内可减少纳米粒子团聚,提高处理效果。

2.3反应时间

对混合搅拌时间而言,级差Rc只有0.7%,影响很小,实验中的最佳水平是25min。分析原因:复合液体露置于空气中,故高温下搅拌时间太长易造成有效成分的挥发和分解,降低处理效果。

3结论

通过正交试验,确定了聚合硫酸铁与纳米Si02在实验中较佳的复配方式,在本文实验条件下,较好地发挥了纳米材料的强化絮凝性能,提高了污水中COD的去除率。由于本文实验条件有限,将纳米Si02与聚合硫酸铁更合理地复配并应用于水处理的研究尚需进一步实现。

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