聚硅酸钛的制备及其在焦化废水处理中的应用

发布时间：2020-03-20 00:08

【摘要】：焦化废水中的COD、氨氮及有机污染物含量高,是一种处理难度较大的工业污水。现有研究表明,焦化废水混凝预处理一般不能有效去除有机污染物,因此可能会对生化处理中的微生物有抑制作用,影响后续处理效果,加重深度处理负担。钛盐絮凝剂因其无生物毒性、混凝效果优良等特点,近年来备受关注。本论文研究了聚硅酸钛(PTSC)高效絮凝剂的制备方法及其在实际焦化废水混凝处理中的应用,旨在有效降低焦化废水中有机污染物浓度,提高废水可生化性和深度处理效率。主要内容如下:(1)以硅酸钠、四氯化钛为原料采用复合聚合法制备了PTSC絮凝剂,通过响应面分析法考察了Si/Ti摩尔比(A)、碱化度(B)、活化时间(C)对高岭土-腐殖酸模拟废水混凝处理的影响,优化出PTSC的制备条件:Si/Ti(A)=0.51、碱化度B值(B)=0.39、活化时间(C)=17.70 h,此条件下PTSC对模拟废水的浊度、UV_(254)去除率可达到98.3%、96.2%。通过FTIR和XRD分析对其进行表征,结果表明PTSC絮凝剂存在Si-O-Ti、Ti-OH结构。(2)研究了不同絮凝剂投加量下,PTSC、聚合氯化铝(PAC)和阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)对高岭土-腐殖酸模拟废水的混凝性能和沉降性能。结果表明,在相同投加量范围内,PTSC比CAPM、PAC具有更佳的混凝、沉降效果。将PTSC絮凝剂应用于焦化废水的原水和生化出水中,发现在投加量为300 mg/L时,对焦化废水原水中浊度、UV_(254)、COD、DOC去除率可分别达到98%、11%、30%、25%,对生化出水中浊度、UV_(254)、COD、DOC的去除率可分别达到92%、28.5%、59%、64.5%。通过GC-MS分析发现,经过PTSC絮凝剂处理后的焦化废水原水和生化出水,有机物浓度明显下降,种类明显减少。(3)以γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷(APDES)、四氯化钛为原料用复合法制备PT-AP絮凝剂,通过单因素实验考察了Si/Ti摩尔比、碱化度B值、活化时间对高岭土-腐殖酸模拟废水混凝性能的影响,优化出制备条件。通过对高岭土-腐殖酸模拟废水的处理实验,结果表明PT-AP絮凝剂在Si/Ti摩尔比为0.5、碱化度B值为0.5、活化时间在0.5-60天时,投加量为50 mg/L时对浊度和UV_(254)的去除率就可达到98%和98.7%,相比无机絮凝剂PTSC对模拟废水的处理效果,投加量减少了10 mg/L,但浊度去除率和UV_(254)去除率更高,混凝效果更好。使用全反射红外(ATR-FTIR)对PTC、PT-AP进行表征,发现PTC中存在Ti-O-Ti结构,PT-AP絮凝剂中存在Si-O-Ti和Ti-O-Ti结构。
【图文】：

技术路线图,技术路线,絮凝剂,模拟废水

第一章绪论活化时间（C）为影响因子，以浊度去除率和 UV254去除率为评价指标，利用 Box-Behnken Design（BBD）响应面分析法设计了实验方案，优化制备条件。（2）PTSC 絮凝剂在处理高岭土-腐殖酸模拟废水和实际焦化废水中的应用，对比了 PTSC、PAC、CPAM 絮凝剂的混凝性能及沉降性能，结合 Zeta 电位的变化讨论其混凝机理。最后将 PTSC 絮凝剂用于实际焦化废水原水和生化出水中，采用 GC-MS 分析混凝前后废水中有机物浓度及种类的变化。（3）以 γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷（APDES）为有机硅源制备有机改性聚硅酸钛絮凝剂，考察 Si/Ti 摩尔比、碱化度、活化时间、废水 pH 值对模拟废水的处理效果，优化了 PT-AP 絮凝剂的制备条件，并对比了其与 PTSC 对高岭土-腐殖酸模拟废水的处理效果。本论文技术路线如图 1.1 所示：

模拟废水,摩尔比,混凝,电中和

第二章聚硅酸钛（PTSC）的制备以及对有机物的去除能力均下降。可能是因为加入了大量聚硅酸而导致絮凝剂中 Ti4+离子的电中和能力减弱，造成混凝效果变差[76]。综上所述， Si/Ti 摩尔比应该在小于1 的范围内优化，因此选择为 0.1、0.5、1 三个水平进行后续响应面分析从而进一步优化 PTSC 的制备条件。
【学位授予单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X784

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