淺析水處理中高分子鐵鹽絮凝劑的應(yīng)用研究

崔德明

【摘 要】近年來，水源水質(zhì)不斷惡化，城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，對水廠出水水質(zhì)提出了更高要求。本文綜述了幾種高分子鐵鹽絮凝劑的研究情況，介紹了該領(lǐng)域內(nèi)取得的進(jìn)展，并指出了發(fā)展前景。

【關(guān)鍵詞】無機(jī)高分子絮凝劑；鐵鹽；水處理

近年來，水源水質(zhì)不斷惡化但城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)格，這就對水廠出水水質(zhì)提出了更高要求。由于傳統(tǒng)絮凝劑受到諸多因素的限制，絮凝效果已很難滿足目前的處理要求，高分子絮凝劑以其超強(qiáng)的凝聚效果、良好的脫色能力等優(yōu)點(diǎn)，在水處理過程中起著越來越重要的作用。

1.無機(jī)高分子絮凝劑的絮凝機(jī)理及優(yōu)勢

無機(jī)高分子絮凝劑的作用機(jī)理是多核羥基絡(luò)合物的中間產(chǎn)物，與顆粒物的吸附實(shí)際上是表面絡(luò)合配位作用，吸附在表面后會(huì)從溶液中吸取羥基，繼續(xù)其水解沉淀過程，直至飽和成為氫氧化物沉淀凝膠，與顆粒物生成絮團(tuán)。因此無機(jī)高分子絮凝劑和有機(jī)高分子絮凝劑相比較具有較多的優(yōu)勢：適應(yīng)性廣泛，絮凝沉降性能好，具有高效低耗的特點(diǎn)；水解產(chǎn)物或中間產(chǎn)物無毒或低毒；制備絮凝劑的原材料來源廣泛，價(jià)格低廉；制備絮凝劑的工藝簡便易行。

2.聚合高分子鐵鹽絮凝劑的研制

無機(jī)高分子鐵鹽絮凝劑的生產(chǎn)在水處理中的應(yīng)用已取得了一定進(jìn)展，目前聚合鐵鹽主要有聚合硫酸鐵、聚合氯化鐵、聚合磷酸鐵等。

（1）聚合硫酸鐵：一種在硫酸鐵分子族的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中插入羥基后形成的無機(jī)高分子絮凝劑，在水中以各種多核羥基絡(luò)離子的形式存在，同時(shí)具有電中和和吸附架橋能力，具有很強(qiáng)的除濁、除色及去除重金屬的能力。此外，對浮游微生物也有較好的去除效果。

（2）聚合氯化鐵：可按任意比例與水混合，水解速度快，腐蝕性小，適用范圍廣，凈水效果比氯化鐵好，特別適用于處理低溫水。隨著聚鐵鹽研究的深入，在聚合氯化鐵的基礎(chǔ)上利用煤矸石、鐵礦石等為原料研制出鐵鋁復(fù)合絮凝劑聚合氯化鋁鐵。

（3）聚鐵的改性：為提高單一聚合鐵鹽聚合度、穩(wěn)定性及凈水效果等，對聚合鐵鹽進(jìn)行復(fù)合改性。一方面可在合成時(shí)加入某種添加劑，使其插入聚合鐵的分子網(wǎng)絡(luò)中或與之形成配合物；另一方面在鐵鹽體系中引入陽離子或陰離子，對聚合鐵鹽絮凝劑進(jìn)行復(fù)合改性。包括加入Al、Mg等進(jìn)行陽離子改性，可充分發(fā)揮各種鹽類的優(yōu)勢和它們的協(xié)同增效作用；引入陰離子，特別是高價(jià)陰離子，如硅酸根，不僅可增加聚合度，還可能產(chǎn)生新的物種；陰、陽離子都加入，形成陰陽離子復(fù)合改性體系。有關(guān)聚鐵研究表明Fe3+具有強(qiáng)烈的水解傾向，聚鐵的絮凝性能與鹽基度有關(guān)，鹽基度越高，其分子聚合度越大，絮凝性能就越好，因此在聚鐵生產(chǎn)基礎(chǔ)上加入少量改性劑，使其鹽基度提高，更好的改善絮凝效果。

3.復(fù)合型高分子鐵鹽絮凝劑的研制

無機(jī)高分子絮凝劑的研制主要向引入其他離子、制備復(fù)合型絮凝劑方向發(fā)展，因此，引入羥基、聚硅酸、磷酸根等以增強(qiáng)鐵鹽聚合物的聚集能力，從而改善絮凝效果。

（1）聚氯硫酸鐵：利用硫酸-鹽酸混合酸為原料可制得聚氯硫酸鐵，這是在聚合硫酸鐵基礎(chǔ)上研制的復(fù)合鐵鹽絮凝劑，它具有良好的電荷中和與吸附架橋功能。在給水處理中，聚氯硫酸鐵沉降快，沉降的污泥脫水性能好。在相同的絮凝條件下，聚氯硫酸鐵的投加量僅為聚合硫酸鐵的二分之一，且絮凝效果更好。聚氯硫酸鐵在pH=6～9的范圍內(nèi)具有良好的絮凝去濁性能。聚氯硫酸鐵的混凝效果優(yōu)于 PFS和三氯化鐵，當(dāng)投加量在10×10-6～15×10-6時(shí)，處理后的原水濁度符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

（2）聚合硅酸類復(fù)合鐵鹽：相對于聚合鐵而言，對聚硅酸的聚合機(jī)制研究較為透徹，當(dāng)聚硅酸鐵鹽用作絮凝劑投進(jìn)水中后，一方面稀釋作用、pH的升高會(huì)引起鐵鹽水解程度的變化和形態(tài)的轉(zhuǎn)化，鐵水解產(chǎn)物與聚硅酸結(jié)合，pH的升高導(dǎo)致聚硅酸的進(jìn)一步聚合直至形成溶膠物；另一方面，鐵的各水解產(chǎn)物在混合過程中被水中懸浮物顆粒吸附使顆粒脫穩(wěn)，聚硅酸大分子或溶膠對吸附了鐵水解產(chǎn)物的懸浮物產(chǎn)生架橋及黏附作用產(chǎn)生了大的絮體，從而取得凈水效果，以上過程同時(shí)進(jìn)行且可迅速完成。

目前，聚硅硫酸鐵絮凝劑的合成方式主要有：將硫酸鐵引入到活化后的硅酸聚合物中，陳化后得到聚硅硫酸鐵絮凝劑；將聚硅酸與聚合硫酸鐵在一定條件下復(fù)合，得到聚合硫酸鐵-聚硅酸復(fù)合型絮凝劑。此外，如將聚硅酸與聚合氯化鐵復(fù)合可得聚合硅酸氯化鐵。

（3）聚合磷酸類復(fù)合鐵鹽：在聚合鐵鹽中引入適量的磷酸鹽可制得聚合磷酸類復(fù)合鐵鹽，磷酸根能影響Fe3+的水解反應(yīng)，增強(qiáng)橋連作用，形成多核絡(luò)合物，顯著提高聚合鐵鹽的絮凝速度和絮凝能力。絮凝劑絮凝能力的提高與磷酸根置換聚合鐵的羥基，在鐵原子間架橋形成高價(jià)的多核絡(luò)合物有關(guān)。此外將一定配比的三氯化鐵、磷酸氫二鈉一起研磨，攪拌均勻后置于瓷坩堝放入高溫爐，控制溫度280～320℃，分解一段時(shí)間，取出冷卻至室溫，加入適量去離子水，充分?jǐn)嚢璩绍浌腆w物即得聚磷氯化鐵。在聚合氯化鐵中引入適量磷酸根，對聚鐵有增聚作用，其混凝去污能力超過PFC。

此外，將聚鐵與專用助凝劑Mz混合，可形成高聚合體復(fù)鹽，其聚合和處理效果優(yōu)于常見的鐵鹽絮凝劑。此外在聚鐵生產(chǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改性，其絮凝效果也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)聚鐵鹽。

4.無機(jī)-有機(jī)高分子鐵鹽絮凝劑的研制

無機(jī)高分子絮凝劑雖然對水處理的適應(yīng)性強(qiáng)，但生成的絮體體積小，絮凝速度受到影響。有機(jī)高分子絮凝劑同無機(jī)高分子絮凝劑相比，具有用量少，絮凝速度快，受共存鹽類、PH值及環(huán)境溫度影響小等優(yōu)點(diǎn)。此外，有機(jī)高分子絮凝劑脫色性好，某些有機(jī)絮凝劑的脫色率比無機(jī)絮凝劑高20%～30%。但由于某些有機(jī)高分子絮凝劑在水解或降解過程中的產(chǎn)物有毒，所以在實(shí)踐應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)無機(jī)-有機(jī)物進(jìn)行共聚生成新型聚合物，使它不僅可消除副產(chǎn)物毒性而且其絮凝性能得到提高。有機(jī)無機(jī)復(fù)合絮凝劑的品種日趨多樣，性能也向多元化發(fā)展。作用機(jī)理主要與協(xié)同作用相關(guān)。無機(jī)高分子成分吸附雜質(zhì)和懸浮微粒，使形成顆粒并逐漸增大；而有機(jī)高分子成分通過自身的橋聯(lián)作用，利用吸附在有機(jī)高分子上的活性基團(tuán)產(chǎn)生網(wǎng)捕作用，網(wǎng)捕其它雜質(zhì)顆粒一同下沉。同時(shí)，無機(jī)鹽的存在使污染物表面電荷中和，促進(jìn)有機(jī)高分子的絮凝作用，大大提高絮凝效果。

無機(jī)一有機(jī)高分子復(fù)合的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在：無機(jī)高分子絮凝劑的吸附架橋能力較弱，而有機(jī)高分子絮凝劑的加人會(huì)彌補(bǔ)這一弱點(diǎn)，使得絮凝劑的絮凝性能提高；絮體形成速度加快，體積更大，沉降性能更好；絮凝的有效pH范圍會(huì)變寬；絮凝劑的投量會(huì)減少，處理成本會(huì)降低。

5.結(jié)束語

（1）應(yīng)加強(qiáng)絮凝學(xué)科的基礎(chǔ)研究：復(fù)合絮凝劑的組分復(fù)雜，其在水中存在的形態(tài)及相互作用還有很多模糊之處，通過加強(qiáng)對絮凝化學(xué)、絮凝動(dòng)力學(xué)等的研究，進(jìn)一步揭示復(fù)合絮凝劑的復(fù)雜作用機(jī)理，才能確定優(yōu)勢絮凝性能的物質(zhì)及其形態(tài)，推動(dòng)高效絮凝劑的開發(fā)。

（2）應(yīng)加強(qiáng)絮凝劑的改性研究：普通聚鐵因生產(chǎn)過程中使用了亞硝酸鈉作為催化劑，其潛在的不安全性影響了作為生活飲用水處理劑的廣泛應(yīng)用，而改性后的聚鐵則能有效去除亞硝酸鹽，減少在使用過程中的二次污染。

（3）應(yīng)加強(qiáng)復(fù)合絮凝劑的配比和最佳工藝研究：每種復(fù)合絮凝劑的組分在形態(tài)結(jié)構(gòu)和絮凝效果中的作用大小，需要在實(shí)驗(yàn)中加以確定。此外，最佳配比和工藝的研究可有效降低生產(chǎn)成本，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

[1]湯鴻霄.無機(jī)高分子絮凝劑的研制趨向中國給水排水，1999.

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