探究堿化度對聚合硫酸鐵混凝效果的影響

聚合硫酸鐵(簡稱聚合硫酸鐵、PFS)是一種新型無機(jī)陽離子型高分子鐵系混凝劑)。它具有投藥量少,pH適用范圍寬,濁度、色度和COD去除率高,水中殘留鐵離子少,水解產(chǎn)物脫水性能較好等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于化工、冶金、電力、采礦、煤炭、石油、市政等部門的給排水處理作業(yè)中,是一種高效、應(yīng)用較廣的水處理劑。

聚合硫酸鐵的生產(chǎn)工藝有很多,工業(yè)上普遍采用亞硝酸鹽為催化劑的催化氧化法生產(chǎn)工藝,其產(chǎn)品主要技術(shù)指標(biāo)為Fe3+,含量160-180g/L、堿化度(即[OH]/3[Fe(Ⅲ)])為10%-16%。另據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,在用0.3MFe(Ⅲ)與NaOH制備的不同OH/Fe的聚合硫酸鐵對高嶺土懸濁液混凝實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)OH/Fe為0～0.4階段,Fe(Ⅲ)主要以低聚物存在,混凝效能較高;OH/Fe>0.4后,Fe(Ⅲ)生成高聚物,混凝效能略有下降;OH/Fe>1.5后,Fe(Ⅲ)趨向于生成溶膠和沉淀物,混凝效能明顯降低。根據(jù)Fe(Ⅲ)有著強(qiáng)烈的水解聚合趨勢,結(jié)合聚合硫酸鐵混凝處理時(shí)的實(shí)際投加工藝,我們直接采用高濃度原液和調(diào)整不同的堿化度兩個(gè)方面,研究了聚合硫酸鐵在實(shí)際原水中的除濁效果。

1　實(shí)驗(yàn)部分

(1)主要儀器　DBJ-621定時(shí)變速攪拌機(jī);比光式濁度儀。

(2)不同堿化度聚合硫酸鐵的制備　實(shí)驗(yàn)采用氯酸鈉直接氧化法制備Fe3+含量為14.6%,堿化度分別為0.1%,4.9%,10.1%,15.1%,19.8%,24.8%的高濃度液體聚合硫酸鐵。

(3)絮凝實(shí)驗(yàn)　實(shí)驗(yàn)水樣為合肥市董鋪水庫原水,水溫25℃,濁度60,pH7.4。聚合硫酸鐵的加入法,采用現(xiàn)稀釋現(xiàn)用加入法,稱取10克Fe3+含量為14.6%的各種不同堿化度的高濃度液體聚合硫酸鐵,快速稀釋至100mL容量瓶中,搖勻,立即按一定量加入原水中,以盡量保持Fe(Ⅲ)在高濃度狀態(tài)進(jìn)入混凝試驗(yàn)和減少聚合硫酸鐵投加量的人為誤差?；炷龜嚢璩两?，取1000mL水樣,加入一定量的聚合硫酸鐵,在100～120r/min轉(zhuǎn)速下攪拌2min,在40～60r/min轉(zhuǎn)速下攪拌5min,靜置15min,取上層清液測殘留濁度。

2　結(jié)果與討論

(1)堿化度對除濁效果的影響　Fe3+含量為14.6%的不同堿化度聚合硫酸鐵對合肥市董鋪水庫原水進(jìn)行了混凝除濁試驗(yàn),其聚合硫酸鐵原液加入量為40mg/L,結(jié)果見表1。
 

從表1可以看出,聚合硫酸鐵的堿化度在0～20%之間除濁效果差別不大,均有較佳的除濁效果。但當(dāng)堿化度超過20%后,除濁效果降低。這是因?yàn)閴A化度在0～20%之間,其Fe(Ⅲ)的形態(tài)以低聚物為主,膠粒電荷量大,可發(fā)揮較佳的電荷中和而凝聚脫穩(wěn)作用,且伴隨著Fe(Ⅲ)的快速水解聚合,可發(fā)揮較佳的專屬吸附、粘結(jié)架橋及卷掃絮凝作用,故有較佳的除濁效果;堿化度超過20%后,其Fe(Ⅲ)的形態(tài)逐漸轉(zhuǎn)化為以低電荷的高聚物為主,投加后易轉(zhuǎn)化為Fe(OH)3沉淀物,難以發(fā)揮電荷中和而凝聚脫穩(wěn)作用,更多地表現(xiàn)出粘結(jié)架橋和卷掃絮凝作用,除濁效果明顯降低。

(2)不同加入量的除濁效果及安全投加范圍　Fe3+含量為14.6%,堿化度為15.1%的聚合硫酸鐵在不同加入量時(shí)的除濁效果見表2。
 

從表2可以看出,聚合硫酸鐵加入量超過某一濃度后,才能發(fā)揮較佳的除濁效果。當(dāng)聚合硫酸鐵加入量不足時(shí),其水解生成的有色氫氧化鐵會重新被原水中負(fù)電膠粒吸附分散穩(wěn)定而導(dǎo)致濁度升高;隨著加入量的增加,發(fā)生電荷中和凝聚脫穩(wěn)及吸附架橋和卷掃絮凝作用增加,殘留濁度逐漸降低;加入量超過某一濃度后,殘留濁度很快降低,發(fā)揮較佳的除濁效果。

另外,當(dāng)聚合硫酸鐵加入量在40～70mg/L時(shí),殘留濁度均較低,除濁徹底,說明聚合硫酸鐵混凝劑達(dá)到較佳除濁效果時(shí)存在一個(gè)較寬的安全投加范圍,至于投加量大于70mg/L的除濁效果,從混凝工藝和經(jīng)濟(jì)角度上看已無測試的必要。

(3)采用氯酸鈉直接氧化法制備的高濃度聚合硫酸鐵混凝劑,在低濁度實(shí)際原水中的除濁試驗(yàn)結(jié)果表明,堿化度為0～20%之間聚合硫酸鐵均有較佳的除濁性能,超過20%后,除濁效果明顯下降。

(4)聚合硫酸鐵混凝劑安全投加量范圍寬,除濁徹底,但是聚合硫酸鐵制備方法多樣、混凝過程的作用機(jī)理和影響因素復(fù)雜多變,被處理原水或廢水成分的狀態(tài)和構(gòu)成多樣,因此,應(yīng)進(jìn)一步探索不同堿化度的聚合硫酸鐵在各種原水或廢水中的混凝效能,以提高其使用的經(jīng)濟(jì)性。