CN110980903A - 焦化废水预处理用的聚硅酸铝铁絮凝剂制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的焦化废水预处理用聚硅酸铝铁絮凝剂制备方法中，聚硅酸铝铁絮凝剂通过将煤矸石粉末进行酸浸、碱浸，再将酸浸液与碱浸液聚合制得，该制备方法具有制备工艺简易、操作方便优点，聚硅酸铝铁絮凝剂对焦化废水色度、浊度、UV254、COD、DOC的去除率可达到较好效果，且使用量小，混凝出水可达标排放且满足后续处理要求。

Description

焦化废水预处理用的聚硅酸铝铁絮凝剂制备方法
技术领域
本发明涉及环保领域，具体是焦化废水预处理用的聚硅酸铝铁絮凝剂制备方法。
背景技术
煤矸石是我国产量最大的固体废弃物之一，目前对其进行综合利用的程度还较低，大量堆放的矸石不仅占用土地还将对生态环境造成重大危害。但煤矸石的主要成分为SiO2，Al2O3，Fe2O3等，符合制备聚硅酸盐絮凝剂的原料需求。
焦化废水通常是焦化厂在炼焦或制煤气过程中产生的一种高浓度有机废水，在经过生化处理后其仍残留有一定浓度的难降解有机污染物，且以溶解性有机物为主，极性较高。而传统的絮凝剂对这类有机物的去除效率较低，导致在焦化废水的絮凝处理过程中絮凝剂用量大、出水水质较差，难以达标排放或满足后续处理要求。聚硅酸盐絮凝剂作为一种新型无机高分子絮凝剂具有良好的电荷中和、吸附架桥及网捕能力，在对有机物的去除上已显示了良好的潜能；同时其原料来源广，粉煤灰、煤矸石、金属尾矿等硅酸盐固废都能符合要求，这对于提高硅酸盐固废的综合利率用具有重要意义。
然而，当前对聚硅酸盐絮凝剂絮凝性能的研究主要集中在除浊、除色和除COD等指标上，而深入研究絮凝剂对废水中各有机物组分的去除特性还鲜有报道；且由于原料和水质的差异，各研究者合成的絮凝剂最佳配比并不一致。常用絮凝剂(聚合铝、聚合铁等)存在使用量大、对生物难降解有机物去除效果差，混凝出水难以达标排放或难以满足后续处理要求，因而开发新型絮凝剂已经成为焦化废水预处理迫切需求。
发明内容
本发明针对传统混凝剂用量大、对生物难降解有机物去除效果差，混凝出水难以达标排放或难以满足后续处理要求的现状，提供了一种适用于焦化废水的新型高效絮凝剂制备方法。
本发明提供的焦化废水预处理用的聚硅酸铝铁絮凝剂制备方法，包括以下步骤：
(1)取一定量煤矸石，破碎、研磨后筛分，取80目以下的煤矸石粉末备用；
(2)将筛分后的煤矸石粉末放入马弗炉中以一定的煅烧温度煅烧活化一定时间，然后冷却至室温，再加入到20wt％的盐酸进行酸浸，酸浸完成后进行过滤使其固液分离，其中，滤液为酸浸液，滤渣用去离子水冲洗至中性；
(3)将冲洗后的滤渣在100-120℃下干燥2h，然后用氢氧化钠溶液进行碱浸提硅，滤液为碱浸液；
(4)在25℃磁力搅拌下，将2mol/L的盐酸缓慢加入到碱浸液中直到pH为4-5，进行硅酸的活化；
(5)当溶液开始变为淡蓝色时，加入含铝、铁离子的酸浸液并添加少量氯化铁和氯化铝调节铝/铁/硅的摩尔比，最后将溶液置于30℃下的恒温水浴锅中熟化10h，即得聚硅酸铝铁絮凝剂。
与现有技术相比，本发明的聚硅酸铝铁絮凝剂通过将煤矸石粉末进行酸浸、碱浸，再将酸浸液与碱浸液聚合制得，该制备方法具有制备工艺简易、操作方便优点，聚硅酸铝铁絮凝剂对焦化废水色度、浊度、UV254、COD、DOC的去除率可达到较好效果，且使用量小，混凝出水可达标排放且满足后续处理要求。
进一步地，铝/铁摩尔比为1-9，(铝+铁)/硅摩尔比为5-17，采用不同铝/铁摩尔比和(铝+铁)/硅摩尔比的聚硅酸铝铁絮凝剂可制备不同絮凝效果的聚硅酸铝铁絮凝剂，适用于不同絮凝要求的焦化废水预处理。
进一步地，马弗炉的煅烧温度为750-850℃。
进一步地，马弗炉的煅烧活化时间为2-4h。
进一步地，聚硅酸铝铁絮凝剂处理焦化废水时，采用的聚硅酸铝铁絮凝剂投加量为25-200mg/L，不同的聚硅酸铝铁絮凝剂投加量对焦化废水的絮凝性能不同，在实际应用时，可在一定成本条件下选用最佳的聚硅酸铝铁絮凝剂投加量。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
实施例一
焦化废水预处理用的聚硅酸铝铁絮凝剂制备方法，包括以下步骤：
(1)取100g煤矸石，破碎、研磨后筛分，取80目以下的煤矸石粉末备用；
(2)将筛分后的50g煤矸石粉末放入马弗炉中以800℃煅烧温度煅烧活化2h，然后冷却至室温，再加入到20wt％的盐酸进行酸浸，酸浸完成后进行过滤使其固液分离，其中，滤液为酸浸液，滤渣用去离子水冲洗至中性；
(3)将冲洗后的滤渣在110℃下干燥2h，然后用氢氧化钠溶液进行碱浸提硅，滤液为碱浸液；
(4)在25℃磁力搅拌下，将2mol/L的盐酸缓慢加入到碱浸液中直到pH为4.5，进行硅酸的活化；
(5)当溶液开始变为淡蓝色时，加入含铝、铁离子的酸浸液并添加氯化铁和氯化铝调节铝/铁摩尔比为3：1和5：1，最后将溶液置于30℃下的恒温水浴锅中熟化10h，即得聚硅酸铝铁絮凝剂。
将得到的聚硅酸铝铁絮凝剂对焦化废水絮凝效果进行测试，测得结果如下：铝/铁摩尔比为3：1时，色度、COD、UV254去除率分别为67.8％、45.1％、41.3％；铝/铁摩尔比为5：1时，色度、COD、UV254去除率分别为71.6％、48.2％、42.5％。这可能与铝盐、铁盐絮凝剂自身的特性有关。铝盐脱色效果好而沉降性差，铁盐则相反；同时在对具有共轭结构及不饱和有机物的去除上铁盐絮凝剂更具优势。因此造成除色与去除COD、UV254的最佳配比不一致。但过高或过低的铝/铁摩尔比，絮凝效果都不佳，这是因为絮凝过程中铝、铁两者间具有协同作用，适当的配比有利于其达到最佳效果。
实施例二
焦化废水预处理用的聚硅酸铝铁絮凝剂制备方法，包括以下步骤：
(1)取100g煤矸石，破碎、研磨后筛分，取80目以下的煤矸石粉末备用；
(2)将筛分后的50g煤矸石粉末放入马弗炉中以800℃煅烧温度煅烧活化2h，然后冷却至室温，再加入到20wt％的盐酸进行酸浸，酸浸完成后进行过滤使其固液分离，其中，滤液为酸浸液，滤渣用去离子水冲洗至中性；
(3)将冲洗后的滤渣在110℃下干燥2h，然后用氢氧化钠溶液进行碱浸提硅，滤液为碱浸液；
(4)在25℃磁力搅拌下，将2mol/L的盐酸缓慢加入到碱浸液中直到pH为4.5，进行硅酸的活化；
(5)当溶液开始变为淡蓝色时，加入含铝、铁离子的酸浸液并添加氯化铁和氯化铝调节(铝+铁)/硅摩尔比为7：1和13：1，最后将溶液置于30℃下的恒温水浴锅中熟化10h，即得聚硅酸铝铁絮凝剂。
将得到的聚硅酸铝铁絮凝剂对焦化废水絮凝效果进行测试，测得结果如下：(铝+铁)/硅摩尔比为7：1时，色度、COD、UV254去除率分别为66.7％、52.3％、41.7％；(铝+铁)/硅摩尔比为13：1时，色度、COD、UV254去除率分别为72.1％、51.9％、41.2％。
结合实施例一、二，可以确定聚硅酸铝铁絮凝剂的最佳铝/铁摩尔比为3：1，最佳(铝+铁)/硅摩尔比为13：1.
实施例三
焦化废水预处理用的聚硅酸铝铁絮凝剂制备方法，包括以下步骤：
(1)取100g煤矸石，破碎、研磨后筛分，取80目以下的煤矸石粉末备用；
(2)将筛分后的50g煤矸石粉末放入马弗炉中以800℃煅烧温度煅烧活化2h，然后冷却至室温，再加入到20wt％的盐酸进行酸浸，酸浸完成后进行过滤使其固液分离，其中，滤液为酸浸液，滤渣用去离子水冲洗至中性；
(3)将冲洗后的滤渣在110℃下干燥2h，然后用氢氧化钠溶液进行碱浸提硅，滤液为碱浸液；
(4)在25℃磁力搅拌下，将2mol/L的盐酸缓慢加入到碱浸液中直到pH为4.5，进行硅酸的活化；
(5)当溶液开始变为淡蓝色时，加入含铝、铁离子的酸浸液并添加氯化铁和氯化铝调节铝/铁摩尔比为3：1，(铝+铁)/硅摩尔比为13：1，最后将溶液置于30℃下的恒温水浴锅中熟化10h，即得聚硅酸铝铁絮凝剂。
将得到的聚硅酸铝铁絮凝剂往焦化废水投入25mg/L、50mg/L和125mg/L的投加量，分别进行絮凝效果测试，测得结果如下：对于浊度的去除是在投加量为25mg/L时最佳，去除率可达94％，在150mg/L投加量时，去除率为89％；而COD的去除率先升高，在125mg/L时达到最大值为54.3％；DOC和UV254的去除率随投加量升高而增大，在125mg/L投加量时，分别达到34.5％和50.1％。综合考虑，确定聚硅酸铝铁絮凝剂的最佳投加量为125mg/L。

Claims (5)

1.焦化废水预处理用的聚硅酸铝铁絮凝剂制备方法，包括以下步骤：
(1)取一定量煤矸石，破碎、研磨后筛分，取80目以下的煤矸石粉末备用；
(2)将筛分后的煤矸石粉末放入马弗炉中以一定的煅烧温度煅烧活化一定时间，然后冷却至室温，再加入到20wt％的盐酸进行酸浸，酸浸完成后进行过滤使其固液分离，其中，滤液为酸浸液，滤渣用去离子水冲洗至中性；
(3)将冲洗后的滤渣在100-120℃下干燥2h，然后用氢氧化钠溶液进行碱浸提硅，滤液为碱浸液；
(4)在25℃磁力搅拌下，将2mol/L的盐酸缓慢加入到碱浸液中直到pH为4-5，进行硅酸的活化；
(5)当溶液开始变为淡蓝色时，加入含铝、铁离子的酸浸液并添加少量氯化铁和氯化铝调节铝/铁/硅的摩尔比，最后将溶液置于30℃下的恒温水浴锅中熟化10h，即得聚硅酸铝铁絮凝剂。
2.根据权利要求1所述的焦化废水用的聚硅酸铝铁絮凝剂制备方法，其特征在于，所述铝/铁摩尔比为1-9，(铝+铁)/硅摩尔比为5-17。
3.根据权利要求1所述的焦化废水用的聚硅酸铝铁絮凝剂制备方法，其特征在于，所述马弗炉的煅烧温度为750-850℃。
4.根据权利要求1所述的焦化废水用的聚硅酸铝铁絮凝剂制备方法，其特征在于，所述马弗炉的煅烧活化时间为2-4h。
5.根据权利要求1所述的焦化废水用的聚硅酸铝铁絮凝剂制备方法，其特征在于，聚硅酸铝铁絮凝剂处理焦化废水时，采用的聚硅酸铝铁絮凝剂投加量为25-200mg/L。
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