淺析環(huán)境及健康友好型高效水處理絮凝劑——聚合硅酸鐵

譚 喨 劉春學(xué) 張 毅

(1.云南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，云南 昆明 650216;2.云南財(cái)經(jīng)大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650221;3.云南梓康廷環(huán)保科技有限公司，云南 昆明 650203)

1.絮凝劑在水處理中的重要作用

目前在處理城市污水、建材廢水以及節(jié)水回用凈化處理工程技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣、用量最大的就是水處理絮凝劑，因?yàn)樗趶U水處理中發(fā)揮著很重要的作用。水處理絮凝劑的種類(lèi)較多，性質(zhì)也各不相同，但是總的說(shuō)來(lái)，絮凝劑用于除去或降低水中濁度或懸浮物，使其產(chǎn)生大量顆粒的凝聚體，加快水中雜質(zhì)和污泥沉降速度的化學(xué)藥品。水處理絮凝劑用途很廣，即可以自成獨(dú)立的處理系統(tǒng)，又可以與其它處理單元過(guò)程進(jìn)行組合，作為預(yù)處理、中間處理和最終處理過(guò)程。按目前水廠絮凝劑一般平均投加量10～20 g/t 估算，全國(guó)僅城市用水每年絮凝劑需求量達(dá)60～80萬(wàn)噸。工業(yè)廢水和城市污水處理所需絮凝劑約為80～100萬(wàn)t/a，年銷(xiāo)售額為15～18 億元。從昆明地區(qū)看，目前飲用水大概需要350 噸/月的水處理絮凝劑，市政生活污水需要600 噸/月的水處理絮凝劑，工業(yè)污水處理需要1000 噸/月的水處理絮凝劑，僅僅一個(gè)造紙廠就有約1000 噸的需求。

2.酸性廢液的危害及處理方法

鋼材經(jīng)鹽酸酸洗后，會(huì)產(chǎn)生大量的酸洗廢液。鹽酸酸洗廢液的組成主要是氯化氫、氯化亞鐵和水以及少量雜質(zhì)。其含量隨酸洗工藝、操作溫度、鋼材品種和規(guī)格不同而異，一般含氯化亞鐵10～20%，氯化氫3～10%。酸性廢液直接外排的主要危害表現(xiàn)為:腐蝕管道、渠道和水工建筑物;排入水體后將改變水體的pH 值，影響水體的自?xún)糇饔茫茐暮恿鞯淖匀簧鷳B(tài)，導(dǎo)致水生資源減少或毀滅;滲入土壤則造成土質(zhì)的鹽堿化，破壞土層的松疏狀態(tài)，影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)和增產(chǎn)。

因此酸洗廢液按國(guó)家環(huán)保要求是不能直接排放的，傳統(tǒng)的處理方法是采用焙燒回收鹽酸法和中和法。其他的還有氯化鈣、三氯化鐵、聚合氯化鐵等方法。

焙燒回收鹽酸法投資巨大，一般企業(yè)無(wú)法接受。中和法是現(xiàn)有鋼鐵企業(yè)普遍采用的方法，但其存在的缺點(diǎn)也較突出，一方面要消耗大量的堿性藥劑(如燒堿、石灰等)，處理成本十分昂貴。另一方面又會(huì)生成大量難以處置的含鐵污泥，對(duì)環(huán)境造成變相二次污染。氯化鈣法是云南省目前唯一一家合法處理酸洗廢液工廠采用的方法，由于其產(chǎn)品中含鐵和也要處置的含鐵污泥的原因，目前運(yùn)行并不是十分理想。因此，找到一種無(wú)二次污染并能變費(fèi)為寶的處理酸性廢液的方法顯得尤為重要。而酸洗廢液正是制備聚合硅酸鐵的原料。利用酸洗廢液制備硅酸鐵不但處理了危害極大的酸洗廢液，而且能夠制備出水處理絮凝劑，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)現(xiàn)了變廢為寶的目的。

3.目前使用的主要水處理絮凝劑及其缺點(diǎn)

水處理絮凝劑分為無(wú)機(jī)絮凝劑、有機(jī)高分子絮凝劑和微生物絮凝劑，尤其是在我國(guó)絮凝劑市場(chǎng)，無(wú)機(jī)高分子絮凝劑站總產(chǎn)量的八成以上。無(wú)機(jī)絮凝劑主要有鋁鹽和鐵鹽兩種，如硫酸鋁、聚氧化鋁、氯化鐵和硫酸亞鐵等。有機(jī)絮凝劑按其帶電性可分了陰離子型、陽(yáng)離子型和非離子型三類(lèi)。主要有聚丙烯酸鈉、羧甲基纖維素(陰離子型)、聚乙烯基亞胺(陽(yáng)離子型)、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯酰胺(非離子型)等，而微生物絮凝劑多為糖蛋白、粘多糖、蛋白質(zhì)、纖維素、DNA 等高分子化合物，相對(duì)分子質(zhì)量在105 以上。此外，常用的聚鋁等鋁系混凝劑存在著干擾磷代謝、抑制胃蛋白酶活性、對(duì)中樞神經(jīng)有不良影響、能引起神經(jīng)系統(tǒng)疾病等諸多問(wèn)題。

4.聚合硅酸鐵的優(yōu)點(diǎn)

活性硅酸具有很好的助凝效果，而且可以避免有機(jī)高分子可能對(duì)人體健康和自然環(huán)境構(gòu)成的威脅。因此，它在水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。尤其在對(duì)低溫低濁度的源水處理方面，表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。但活性硅酸穩(wěn)定性差、容易聚合凝膠，因此大大限制了其進(jìn)一步工業(yè)化應(yīng)用。在聚合硅酸中引入金屬離子得到的聚合金屬鹽，由于增加了硅酸的穩(wěn)定性和混凝效果，故表現(xiàn)出許多有機(jī)高分子絮凝劑的性質(zhì)。不僅可與溶解有機(jī)物的極性基團(tuán)、帶負(fù)電荷膠體顆粒之間產(chǎn)生靜電作用 (降低電位、壓縮雙電層)從而促進(jìn)絮凝的發(fā)生，而且由于它的鏈狀和網(wǎng)狀聚合分子結(jié)構(gòu)使其具有捕集、架橋和卷掃等功能，可加快絮凝沉降速度。因此自20 世紀(jì)90年代由日本研究開(kāi)發(fā)出聚合硅酸鐵之后，其就以?xún)?yōu)良的混凝性能、低成本和對(duì)人類(lèi)及環(huán)境的高安全性而得到青睞，展現(xiàn)出在凈水處理等領(lǐng)域廣闊的應(yīng)用前景。

使用酸洗廢液的銷(xiāo)售成本為453.53 元，不使用酸洗廢液的銷(xiāo)售成本為705.32 元。但即使不使用酸洗廢液做原料，聚合硅酸鐵也比目前使用最廣泛的聚合氯化鋁更有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

5、結(jié)論

因此，無(wú)論從性能、價(jià)格、環(huán)境和健康安全性上聚合硅酸鐵都是聚合氯化鋁的替代產(chǎn)品。最重要的是聚合硅酸鐵的制備可以達(dá)到是酸洗廢液資源化利用的目的，解決酸洗廢液處理的難題［6］。而且在聚合硅酸鐵的生產(chǎn)過(guò)程中由于所有參與反應(yīng)的原料最后都會(huì)完全在產(chǎn)品中，所以無(wú)任何生產(chǎn)廢棄物。各反應(yīng)都在常溫下進(jìn)行，也就沒(méi)有了尾氣，同時(shí)也就不需要加熱，相關(guān)能耗很低［7，8］?？偟膩?lái)說(shuō)，聚合硅酸鐵生產(chǎn)是無(wú)三廢的環(huán)境和健康友好型高效水處理絮凝劑產(chǎn)品。

［1］李和平，袁宗宣.活性硅酸聚合硫酸鐵的研究［J］.重慶環(huán)境科學(xué)，2002，22 (1):36—38.

［2］鄭懷禮，袁宗宣，龔迎昆.無(wú)機(jī)高分子復(fù)合絮凝劑PFSS的制備與性能研究［J］.精細(xì)化工，2002，19 (8):450-452.

［3］劉紅，許佩瑤，譚雪梅.聚合硫酸鐵一聚硅酸復(fù)合絮凝劑處理高濃度乳化液廢水的研究［J］.工業(yè)水處理，2000，20(7):34-36.

［4］張向京，劉迎祥，金君素，等.用聚合硅酸鐵處理砷化鎵生產(chǎn)廢水的研究［J］.化工環(huán)保，2003，23 (5):257—260.

［5］李峰，李濟(jì)吾.水處理絮凝劑的研究進(jìn)展［J］.中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2004，10:11-13.

［6］吳智仁，高衛(wèi)民，邵青，徐崗.聚合硅酸鐵的制備方法和應(yīng)用［J］.工業(yè)水處理，2010，30 (5):16-18.

［7］呂松，袁斌，等.聚合硅酸鐵鹽類(lèi)混凝劑研究進(jìn)展［J］.華北電力技術(shù)，2001，11:11-12.

［8］隋潔，魯毅強(qiáng)，石健.鋼鐵酸洗廢液的資源化處理技術(shù)［J］.工業(yè)用水與廢水，2003，34 (3):36-39.