聚合硫酸鐵(簡稱聚合硫酸鐵、PFS)是一種新型無機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,水解產物脫水性能較好等優(yōu)點,已廣泛應用于化工、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、應用較廣的水處理劑。

聚合硫酸鐵的生產工藝有很多,工業(yè)上普遍采用亞硝酸鹽為催化劑的催化氧化法生產工藝,其產品主要技術指標為Fe3+,含量160-180g/L、堿化度(即[OH]/3[Fe(Ⅲ)])為10%-16%。另據文獻報道,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驗中發(fā)現,當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Fe(Ⅲ)有著強烈的水解聚合趨勢,結合聚合硫酸鐵混凝處理時的實際投加工藝,我們直接采用高濃度原液和調整不同的堿化度兩個方面,研究了聚合硫酸鐵在實際原水中的除濁效果。

1　實驗部分

(1)主要儀器　DBJ-621定時變速攪拌機;比光式濁度儀。

(2)不同堿化度聚合硫酸鐵的制備　實驗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)絮凝實驗　實驗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,采用現稀釋現用加入法,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)進入混凝試驗和減少聚合硫酸鐵投加量的人為誤差。混凝攪拌沉降，取1000mL水樣,加入一定量的聚合硫酸鐵,在100～120r/min轉速下攪拌2min,在40～60r/min轉速下攪拌5min,靜置15min,取上層清液測殘留濁度。

2　結果與討論

(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行了混凝除濁試驗,其聚合硫酸鐵原液加入量為40mg/L,結果見表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。但當堿化度超過20%后,除濁效果降低。這是因為堿化度在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)逐漸轉化為以低電荷的高聚物為主,投加后易轉化為Fe(OH)3沉淀物,難以發(fā)揮電荷中和而凝聚脫穩(wěn)作用,更多地表現出粘結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。當聚合硫酸鐵加入量不足時,其水解生成的有色氫氧化鐵會重新被原水中負電膠粒吸附分散穩(wěn)定而導致濁度升高;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,當聚合硫酸鐵加入量在40～70mg/L時,殘留濁度均較低,除濁徹底,說明聚合硫酸鐵混凝劑達到較佳除濁效果時存在一個較寬的安全投加范圍,至于投加量大于70mg/L的除濁效果,從混凝工藝和經濟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,在低濁度實際原水中的除濁試驗結果表明,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、混凝過程的作用機理和影響因素復雜多變,被處理原水或廢水成分的狀態(tài)和構成多樣,因此,應進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,以提高其使用的經濟性。