观察废水絮凝

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1、观察废水絮凝 关键词：废水、絮凝、沉淀、膨润土、明矶、粒径、zeta电位、透光率、Litesizer 500 1介绍水处理目标是改变水质，去除水中不需要的颗粒，加入物质调节水 的pH值或电导率等参数。它是一个净化废水并返回水循环的过程。废水包含需要去除的颗粒污染物。每个颗粒有电荷分布在它的表 面，或负或正或者是两者的混合。Zeta电位反映悬浮液中颗粒表面电 荷的大小，同样是胶体悬浮液稳定性的关键指标。Zeta电位绝对值越 大，颗粒间静电排斥力越强，悬浮液存在越稳定。经验显示绝对值大 于30mV通常表明好的胶体悬浮液稳定性。Zeta potential mV图1悬浮液稳定性和zeta电位关系相反

2、，zeta电位绝对值小于30mV被认为是不稳定胶体。这种情 况下，静电排斥力弱，一位置颗粒间吸引力可能超过排斥力，颗粒可 能团聚。这些知识可以被用于优化水处理过程。废水中的颗粒主要是负电 荷，因此加入阳离子添加剂中和并降低zeta电位。反过来有利于形成 大团聚物，可以容易被过滤、沉淀或浮选去除。这个过程被称作絮凝， 使用的阳离子添加剂称为凝结剂。Zeta电位测试通常用于研究需要多 少量的凝结剂净化废水。废水中负电荷颗粒的一种典型物质是膨润土，一种片状纳米颗粒 结构的铝硅酸盐黏土。废水处理工厂通常使用的一种凝结剂是硫酸铝 或者叫明矶，一种阳离子添加剂化学式为Al2（SO4）314H2O。在这篇应

3、 用报告中，我们通过DLS和ELS测试研究了明矶添加剂对膨润土纳米 黏土悬浮液的作用。2实验设计膨润土样品通过分散0.01g的膨润土黏土粉末于10mL去离子水中 制备，超声15分钟来分散颗粒。添加不同浓度的明矶，手摇几分钟进 行混合。Litesizer 500用于测试。Zeta电位用欧米茄样品池在25C下测试， 电压和回合数由仪器自动选择。对于粒径测试，1mL的样品被转移到 一次性样品池中。角度、滤光和聚焦位置自动确定。每个样品进行连 续三次测试。3结果与讨论首先研究不包含添加剂（0ppm明矶）的膨润土样品。结果显示一 个单峰的粒径分布（图2,上图），峰值是547nm，多分散指数是 16.2%

4、 （表1）。Zeta电位是-34.2mV表明胶体悬浮液稳定。加入 0.01ppm的明矶后，粒径分布显示两个不同的峰，向更大粒径偏移和 多分散指数增加（图3上图和表1）。然而，加入明矶没有影响悬浮液 的zeta电位，与未添加的膨润土保持一致（见表1和图2、3的下图）。UQ一 AnqEtflb图2没有添加剂的膨润土：粒径（上图）和zeta电位分布（下图）sNe d-siriblrtori 4Distribution %4zmiQpor+mnr+-QJ一 d-SIT-buion-rrten5-ty 43&0blppmssswy 画 zb”B(hr)挡 ze5ra(T)商图4加入200ppm明矶的膨润

5、土：粒径（上图）和zeta电位（下图）分布实验继续在膨润土中加入更大量的明矶。如表1和图5所示，当明 矶添加到10ppm时粒径缓慢增加到1000nm。然而，直到明矶增加到 10ppm添加对悬浮液的zeta电位没有指示性作用仍然稳定（-30mV左 右）。这表明胶体仍然处于稳定状态，与我们对样品可见的观察一致。然而，当100ppm明矶加入到膨润土时，观察到样品行为重大的 改变（表1，图5）。当zeta电位绝对值开始变小，粒径飙升至3000nm，清楚表明胶体稳定性下降和絮凝过程开始。在明矶加入到 200ppm时，zeta电位绝对值接近于0，表明达到等电点（图4和图 5）。有意思的是，明矶从100pp

6、m增加到200ppm，粒径没有继续增 加仍然是3000nm，表明明矶100ppm时絮凝已经完成。因此，通过添加100ppm的明矶足够降低zeta电位绝对值到30mV 以下，驱使黏土纳米颗粒絮凝，进一步增加明矶不会带来任何用处。Alum concentration ppm图5添加明矶到0.1%膨润土的zeta电位（红色）和粒径（灰色）测试。结果用三 次连续测试平均值土标准偏差表示。值得注意的是，连续测量的透光率数值确认了 100ppm和200ppm 膨润土样品（图6紫线和蓝线）中大团聚的形成。事实上，对于这些 样品，我们观察到在重复系列第一和第三次之间，透光率数值剧烈的 增加。这清楚表明在测试过

7、程中团聚沉淀于欧米伽样品池，导致激光 路径上样品浑浊度的逐渐降低。这与膨润土中添加明矶到10ppm所做 的透光率测试形成强烈对比，透光率数值在重复系列过程中保持稳定- 正如一个稳定胶体悬浮液的预期（图6,灰色、红色和绿色线）。有趣的是，虽然明矶从100ppm增加到200ppm粒径没有进一步增 大，三次运行测试后添加200ppm明矶的膨润土透光率大于100ppm添 加的膨润土（75%对28%）。这表明前者样品沉淀快于后者，这是工厂 通过沉淀进行废水处理的重要性指标。图6 DLS重复系列记录的透光率数值，纯膨润土（灰色）、添加1ppm明矶（红 色），10ppm （绿色），100ppm （紫色）和2

8、00ppm （蓝色）。时间间隔：第一次 到第二次：380秒；第二次到第三次：200秒。【滨】8UEt:一 UISUE4L4结论使用Litesizer 500监测zeta电位和粒径，我们能够确定需要什么 凝结剂浓度让0.1%膨润土胶体悬浮液不稳定。我们观察到需要100ppm 的明矶凝结剂来实现絮凝，正如zeta电位绝对值的下降同时粒径急剧 增大验证。虽然增加明矶到200ppm不会进一步增大粒径峰值，透光 率测试表明样品比100ppm明矶沉淀更快-对废水处理去除颗粒物有重 要意义。通过建立浓度系列，Litesizer 500使用者能够轻松调整给定颗粒 浓度废水的凝结剂剂量。凝结剂最佳剂量可以同时由zeta电位和粒径 测试确定。而且，同时记录的透光率能够给出额外的样品行为有用信 息。