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摘 要

聚硅酸金属盐絮凝剂是一类新型无机高分子复合絮凝剂，该类絮凝剂分子量高、絮凝性能优异、成本低，因此是当前国内外无机高分子絮凝剂研究的一个热点，但聚硅酸易胶凝、不稳定的性质限制了其应用。

本实验研究了以硅酸钠、硫酸铝、硫酸铁、浓硫酸和氢氧化钠等为原料制备的无机高分子絮凝剂聚硅酸铝铁（PAFS）对废水处理效果的研究。考察了Fe、Al、Si摩尔比、聚合pH，反应温度、反应时间、絮凝剂的投加量等因素对去除废水浊度效果的影响，并且针对处理造纸废水，将聚硅酸铝铁（PAFS）与聚合氯化铝（PAC）进行了絮凝性能对比。通过冷场发射扫描电镜、傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪对絮凝剂的结构和形貌进行表征，通过烧杯絮凝试验对絮凝剂的絮凝性能进行表征。

结果表明：n(Al)/n(Fe)=2、n(Al Fe)/n(SiO₂)=2，废水pH=5，反应温度为40 ℃，反应时间为40min，PAFS投加量为0.2 mL时，PAFS对废水的浊度有比较好的去除效果。并且PAFS不仅对高浊度的废水去除率很大，对低浊度的废水浊度去除率也很大，处理完后的废水浊度能满足国家排放标准的要求。

关键词：聚硅酸铝铁；絮凝剂；浊度；稳定性；废水处理

ABSTRACT

Metal-polysilicate flocculants is a new type of inorganic polymer flocculants. This flocculants has become a research hotspot of inorganic macromolecule flocculants because of its high molecular weight, excellent flocculation performance and low cost. But it is limited in application since polysilicic is unstable and easy to form gel.

Experimental study of sodium silicate, aluminum sulfate, ferricsulfate, sulfuric acid and sodium hydroxide, process for preparation of inorganicpolymer coagulant polysilicate aluminum ferric (PAFS) on the effects of waste water treatment research. Molar ratio of inspection Fe, Al, Si, aggregation, pH, reaction temperature, reaction time, flocculant dosage effect on removal result of turbidity, and for the treatment of paper-making wastewater polysilicate aluminum ferric (PAFS) and poly aluminium chloride (PAC) to flocculation performance. Through the ice by scanning electron microscopy, Fouriertaans form infraredspectrometer, x-ray diffractometer characterize the structure and morphology of the flocculant by a jar flocculation test of flocculant in flocculating properties were characterized.

Results show that: n(Al)/(Fe)=2, n(Al Fe)/(SiO2)=2, waste water pH=5, temperature 40 ℃, response time 40 min, when PAFS dosage is 0.2 mL, PAFS turbidity of wastewater with good effect. As well as PAFS are not only of hig turbidity wastewater removal tate is large,removal rate of waste water of low turbidity turbidity is also very large, processed effluent turbidity can meet the requirement of national emission standards.

Key Words: Polysilicate aluminum ferric; Flocculant; turbidity; stability;Waste water treatment

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 絮凝剂的简介及发展历程 1

1.2 絮凝剂的分类 2

1.2.1无机絮凝剂 2

1.2.2有机絮凝剂 3

1.2.3微生物絮凝剂 3

1.2.4复合絮凝剂 4

1.3 聚硅酸铝铁絮凝剂的制备方法 5

1.3.1 聚合法 6

1.3.2 复合法 6

1.4 絮凝剂机理 6

1.4.1压缩双电层 6

1.4.2吸附电中和 7

1.4.3吸附架桥 7

1.4.4沉淀物卷扫网捕 8

1.5 聚硅酸的稳定性 8

1.6 本课题的主要研究内容 9

第二章 实验仪器及实验步骤 10

2.1 实验仪器和材料 10

2.2 聚硅酸铝铁絮凝剂的制备 11

2.2.1 实验准备工作 11

2.2.2 聚硅酸铝铁絮凝剂制备的详细步骤 11

2.2.3絮凝实验 12

第三章 实验结果与讨论 13

3.1 聚硅酸的稳定性分析 13

3.1.1 不同pH下聚硅酸凝胶时间分析实验 13

3.1.2 不同SiO₂浓度下聚硅酸胶凝时间分析实验 14

3.2 聚硅酸铝铁絮凝剂对废水的处理效果 15

3.2.1 n(Al)/n(Fe)和n(Al Fe)/n(SiO₂)对聚硅酸铝铁的影响 15

3.2.2 pH值对聚硅酸铝铁的影响 17

3.2.3 反应温度对聚硅酸铝铁的影响 18

3.2.4 聚硅酸铝铁处理污水的正交试验 19

3.2.5 PAFS与PAC絮凝性能的比较 22

3.3 絮凝剂的表征 22

3.3.1 冷场发射扫描电镜（SEM）对聚硅酸铝铁内部形态的分析 22

3.3.2傅里叶红外光谱仪对聚硅酸铝铁形态的分析 24

3.3.3 X射线衍射仪 25

第四章 结论与展望 26

4.1 结论 26

4.2 展望 26

参考文献 28

致谢 30

第一章 绪论

在水处理工艺中，絮凝沉淀是应用最普遍的关键环节之一，它决定着后续的工艺流程、最终出水水质和成本费用，而絮凝处理效果的关键取决于絮凝剂的品质，所以，研制和开发新型高效、无毒、廉价的无机高分子絮凝剂成为水处理领域中一项迫切的任务。

1.1 絮凝剂的简介及发展历程

随着经济发展，环境保护比如处理废水和固体废物就变得日益迫切。絮凝是其中一个重要的废水处理方法，其中无机絮凝剂发挥了关键作用。聚硅酸复合絮凝剂，如聚硅酸硫酸锌盐，聚硅酸氯化铝和聚硅硫酸铝盐，是20世纪90年代，在聚硅酸铝和离子絮凝剂的基础上研发出的一种新型无机复合絮凝剂。在水溶液中，带负电荷的PS和带正电荷的金属离子聚合到一起形成具有不同的大小或结构的高聚合物^[1]。因此，聚硅酸复合絮凝剂有更好的电中和，吸附和网捕作用。但是，它们的制备常常采用昂贵的工业级材料。

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