工业废渣复合混凝剂处理景观中水的研究★

杨 凯 谭 娟

* 王雪峰



·水·暖·电·

工业废渣复合混凝剂处理景观中水的研究★

杨 凯 谭 娟

* 王雪峰

(济南大学土木建筑学院，山东 济南 250022)

以工业废渣浸取液和硫酸锌为原料，制备了工业废渣复合混凝剂,研究了工业废渣复合混凝剂处理景观中水混凝实验的影响因素，结果表明:工业废渣复合混凝剂处理景观中水效果显著,浊度及COD去除率均达到85%以上，总磷去除率达到80%以上。

混凝剂，工业废渣，景观中水，混凝实验

随着社会的发展和人们生活水平的不断提高，住宅小区的人工水景、公园湖、城市小型河道等景观水越来越多的出现在人们的生活中。但是景观水自净能力低，极易受到污染，而景观水的处理问题很少被重视，目前大部分是应用于假山、喷泉等人造景观。但其弊端显而易见。比如容易造成藻类疯长、景观水体发绿甚至发臭等现象。当前景观水的处理方法有循环过滤法、混凝沉淀法、气浮生化法、生态修复法等方法[1]。其中混凝沉淀法由于其投资少，效果好，是目前较为经济有效的处理方法。因此选择高效，无二次污染的混凝药剂，是应用混凝沉淀法处理景观水的关键问题，也是研究的热点[2-7]。例如，用混凝沉淀法处理泰晤士河水时，平均除藻率为59%，可用于含大量悬浮物、藻类中水的处理[8]，对此类水体可取得显著的净化效果。因此，研究混凝剂处理景观中水具有很好的环境效益和经济效益应用前景。

以工业废渣浸取液和硫酸锌为原料，制备工业废渣复合混凝剂,并对其微观形貌结构进行表征。以处理景观中水为例，研究工业废渣复合混凝剂对处理效果的影响因素。

1 实验

1.1 仪器与试剂

实验仪器如下：PB610台式酸度计(新加坡生产),SU3500扫描电子显微镜(日本日立生产)，JJ-4A数显测速六联电动搅拌器(江苏金坛友联仪器研究所生产),LB-BZ-1型水质浊度仪(青岛路博环保伟业科技有限公司生产)，Tensor 27型红外光谱仪(德国Bruker公司生产),AL-32 COD快速测定仪(德国夸克公司生产)，722N型分光光度计(上海光学仪器一厂生产)。

实验试剂包括硫酸锌(ZnSO4，分析纯),NaOH溶液(1.6 mol/L),(1+1)硫酸溶液，10%抗坏血酸溶液，2 mg/L磷标准溶液，实验用水(重蒸水),粉煤灰(济南发电厂)。

1.2 工业废渣复合混凝剂的制备及表征

1)液体工业废渣复合混凝剂的制备。将粉煤灰浸泡在硫酸溶液中水浴加热18 h,冷却后得到粉煤灰浸取液，然后在高速搅拌条件下将20%的ZnSO4溶液滴加到浸取液中获得混合液。将NaOH溶液在40 ℃下与混合液聚合反应一定时间,加入稳定剂,制得工业废渣复合混凝剂样品,得到红棕色液体(密度=1.10 g/cm3～1.15 g/cm3)。

2)工业废渣复合混凝剂的表征。将自制工业废渣复合混凝剂在120 ℃下干燥4 h制成固体粉末，进行红外光谱分析，用溴化钾作母质压片进行定性测定。将工业废渣复合混凝剂固体样品置于扫描电镜下拍照，观察混凝剂表面形貌结构(扩大8 000倍)。

1.3 实验水质条件

实验水样取自山东建筑大学人工湖。其水质如下:pH=7.01～7.13,水温为20 ℃～25 ℃，浊度为7.5 NTU～8.0 NTU,TP为2.0～2.5,COD为130 mg/L～135 mg/L。

1.4 混凝实验与分析方法

工业废渣复合混凝剂的投药量以单位体积中含有铁的摩尔数标定。分别取水样置于六联搅拌机的6个烧杯中,固定自制混凝剂投加量,进行混凝实验。搅拌顺序为：快速搅拌速度260 r/min,搅拌时间1.5 min；慢速搅拌速度为50 r/min,搅拌时间8 min；沉降15 min后于液面下2 cm处取上清液，测定浊度、TP及COD浓度。

浊度采用浊度仪测定，COD采用COD快速测定仪测定，TP浓度采用钼锑抗分光光度法测定。

2 结果分析

2.1 工业废渣复合混凝剂的形貌结构

试样的SEM图呈网状结构。自制工业废渣复合混凝剂的结构密实，分子之间能形成较长的链状结构，同时彼此之间交错形成聚合度高的具有网状结构的大分子物质。其网状结构周围基本上没有散落的小聚合物质，因此自制混凝剂的吸附及网捕卷扫能力强，沉降速度快，絮凝效果好。

2.2 工业废渣复合混凝剂的混凝效能

图1为工业废渣复合混凝剂处理景观中水实验中，投药量、pH对浊度、COD及总磷去除率的影响。从图1可以看出，在初始阶段，随着混凝剂投加量的增大，浊度、COD、总磷的去除率均呈上升趋势。但随着投加量继续加大，混凝剂出现过饱和情况，颗粒表面存在过多的聚合物分子，其表面已无吸附空位而使混凝剂失去吸附架桥功能。同时由于高分子吸附膜的空间位阻效应使颗粒之间互相排斥，从而使颗粒又重新稳定在分散状态。在图1中去除率曲线呈下降趋势。当混凝剂投加量达到210 mg/L时，三者的去除率均达到最大值。所以，综合考虑浊度、COD、总磷的去除率，实验中形成矾花的大小和沉降速度等因素，选取自制混凝剂的最佳投加量为210 mg/L为宜。

从图1中看出，在酸性条件下，浊度、总磷和COD的去除率不高，而在中性或略碱性条件下，这三者的去除效果好。其主要原因为工业废渣复合混凝剂的铁锌水解后，产生多核多羟基带正电荷的络合物。酸性过大时，铁和锌不易发生水解，所以混凝效果差；在中性或略碱性条件下，由于铁、锌发生水解生成多核多羟基络合物，这些络合物的电性中和、吸附架桥以及长链大分子的卷扫网捕作用，使分散的颗粒聚集成大且密实的矾花沉降下来，因而混凝效果好。由实验结果可以得出，自制混凝剂对景观水适用的pH值最佳范围在7～10内。

2.3 工业废渣复合混凝剂的红外光谱图分析

由图2可以看出，自制混凝剂存在两处较强的羟基吸收波数，分别是3 407 cm-1附近以及1 627 cm-1附近。3 407 cm-1附近的宽频带峰是由自制混凝剂样品中与铝离子相连的OH-基团和样品内吸附的水分子及配位水分子中的OH-基团伸缩振动所产生的[9]。1 627 cm-1附近的吸收峰是由结合水的弯曲振动引起的[10]。1 100 cm-1左右的吸收峰则是由于Fe-OH-Fe和Al-OH-Al的伸缩振动引起的，可能是Fe-OH-Fe，Al-OH-Al 位于比Fe-O-Fe，Al-O-Al振动稍高的波数，且其夹角及相邻元素的性质影响了它在红外光谱中的位置[11]，此峰的强度和大小可用来判断混凝剂聚合的程度。975 cm-1左右的吸收峰指示了Al-O-Al中的Al可能被Zn，Fe替代，因此，在自制混凝剂中可能存在更多的Zn-O-Al和Fe-O-Al结构[12]。

由图2可知，自制工业废渣复合混凝剂中铁离子及水解络合铁离子与共存的酸发生了反应，生成了多羟基铁复合聚合物。这说明在工业废渣复合混凝剂中既有以羟基桥联结的铝的聚合物，又有以羟基桥连的铁的聚合物。

3 结语

投药量和pH值是影响工业废渣复合混凝剂混凝效能的重要因素，在最佳投药量和最佳pH值范围内能充分发挥混凝剂中铁铝锌的复合作用,获得最佳混凝效果。

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Research on coagulation behavior of industrial waste residue coagulant in treating landscape water★

Yang Kai Tan Juan* Wang Xuefeng

(SchoolofCivilEngineeringandArchitecture,UniversityofJinan,Jinan250022,China)

Industrial waste residue coagulant was prepared by industrial waste residue and ZnSO4. The influence of factors on coagulation efficiency of landscape water treatment was investigated. The results show that the removal of turbidity and COD for landscape water all have been up to 85%, and the removal of total phosphorus has been up to 80%.

coagulant, industrial waste, landscape water, coagulation experiment

1009-6825(2016)32-0132-03

2016-09-07★:山东省高等学校科研发展计划(项目编号：J12LG52)

杨 凯(1995- )，男，在读本科生； 王雪峰(1994- )，男，在读本科生

谭 娟(1980- )，女，硕士，副教授

X703.5

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