聚硅硫酸亞鐵的混凝特性及影響因素

聚硅硫酸亞鐵的混凝特性及影響因素摘要：用硫酸亞鐵和水玻璃制備了聚硅硫酸亞鐵(PFSS)混凝劑，考察了硅鐵摩爾比、pH、溫度和質(zhì)量濃度等因素對PFSS混凝性能的影響，采用分光光度計(jì)和函數(shù)記錄儀聯(lián)用系統(tǒng)對PFSS的混凝沉降過程進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，隨著PFSS中硅鐵摩爾比的增加和水溫升高，其混凝性能得到強(qiáng)化和提高。與硫酸亞鐵相比，PFSS有更寬的pH適應(yīng)范圍和優(yōu)良的混凝沉降性能。當(dāng)用硅鐵摩爾比為1:1~2:1的PFSS處理濁度為20.5NTU的高嶺土水時(shí)，在PFSS的質(zhì)量濃度為0.75mg/L、pH大于7的條件下，可使水濁度降低到2NTU以下，其混凝性能遠(yuǎn)優(yōu)于硫酸亞鐵。關(guān)鍵字：混凝劑聚硅硫酸亞鐵硫酸亞鐵聚合硫酸鐵水處理混凝處理是是給水排水處處理中最常采采用的一種水水處理方法，而而混凝處理的的關(guān)鍵是混凝凝劑的選擇?；旎炷齽┑难兄浦萍捌浠炷靥匦匝芯?，對對于新型混凝凝劑的研究開開發(fā)和水處理理技術(shù)的發(fā)展展，具有重要要的實(shí)際意義義。聚合氯化化鋁(PAC)[11~3]和聚聚合硫酸鐵(PFS)[44,5]等無無機(jī)高分子混混凝劑的研制制和應(yīng)用，大大大促進(jìn)了混混凝劑的研究究和混凝技術(shù)術(shù)的發(fā)展。但但鋁鹽混凝劑劑殘留鋁的環(huán)環(huán)境效應(yīng)[66]、鐵鹽混混凝劑的腐蝕蝕性以及它們們在處理低溫溫低濁水時(shí)所所遇到的困難難，向人們提提出了新的問問題。20世紀(jì)90年代之后聚聚硅酸鹽類混混凝劑的研制制成功[7,,9]，克服服了以往單純純鋁、鐵鹽類類混凝劑的缺缺點(diǎn)，使無機(jī)機(jī)高分子混凝凝劑的研究和和應(yīng)用步入新新階段。對聚聚硅酸鹽類混混凝劑，其混混凝性能除與與金屬離子的的一級水解常常數(shù)有較大關(guān)關(guān)系外[100]，還與混混凝劑中的活活性SiO2濃度等有關(guān)關(guān)[9]。這表表明金屬離子子的水解過程程和活性硅酸酸對聚硅酸鹽鹽類混凝劑的的混凝性能有有較大影響。在在該類混凝劑劑中，研究較較多的是聚硅硅酸硫酸鐵、聚聚硅酸硫酸鋁鋁以及聚硅酸酸鋁鐵復(fù)合鹽鹽等。對于聚聚硅酸硫酸亞亞鐵(PFSSS)混凝劑的制制備和混凝性性能研究等，目目前尚未見報(bào)報(bào)道。由由于Al3+和Fe3+的水解速速度快，幾乎乎在微秒級的的瞬間完成，檢檢測其水解過過程變化十分分困難[111]?？紤]到Fe2+的一級水水解常數(shù)小，水水解較慢，而而且水解產(chǎn)物物又伴隨氧化化過程的發(fā)生生，本文首次次采用硫酸亞亞鐵和水玻璃璃制備了PFSS混凝劑，研研究了其混凝凝性能及影響響因素。1實(shí)驗(yàn)部分1.1儀器和和藥劑HI93221型pH計(jì)(HANNNAinsstrumeents,意大利)；STZ90光散射濁度度測定儀(無錫)；ZR智能型混凝凝試驗(yàn)攪拌器器(深圳)；722光柵分光光光度計(jì)和函數(shù)數(shù)記錄聯(lián)用儀儀(經(jīng)改造，上上海)；數(shù)顯磁力力攪拌器(HANNNAinsstrumeents,意大利)。水玻璃，工工業(yè)級；硫酸酸亞鐵，分析析純；高嶺土土，化學(xué)純；；PFS(自制)；其它試劑劑均為市售分分析純。1..2混凝劑的制制備用硫硫酸將一定濃濃度的水玻璃璃溶液調(diào)至一一定pH值，活化30min后與硫酸亞亞鐵溶液復(fù)配配制得亞鐵含含量為10g×LL-1、n(SiOO2):n(FFe)=0:1、0.5:1、1:1、2:1的PFSS混凝劑。采采用氯酸鈉直直接氧化硫酸酸亞鐵制得堿堿化度為12%的PFS，然后稀釋釋至鐵質(zhì)量濃濃度為10g//L，備用。1..3混凝實(shí)驗(yàn)取1000mmL濁度為20.500NTU的高嶺土水水樣，投加一一定量的混凝凝劑，在智能能型混凝攪拌拌器上試驗(yàn)其其混凝性能。設(shè)設(shè)定混凝攪拌拌程序，攪拌拌速度由快到到慢分別為：：300r//min、200rr/min、150rr/min、100rr/min、70r//min、50r//min、30r/mmin其攪拌時(shí)間間分別控制為為：1min、1min、2min、3min、6min、6min、6min共計(jì)攪拌25min。然后靜置置沉降10miin后取上清液液測定剩余濁濁度。如未特特別說明，水水樣pH在6.78~~6.82之間，溫度度在22±2℃范圍內(nèi)。另取150mL經(jīng)過預(yù)沉的的高嶺土水樣樣(吸光度A0=0.1000)于一特制的的小燒杯中，在在磁力攪拌條條件下投加一一定量的PFSS，根據(jù)數(shù)顯顯器控制攪拌拌速度分別為為:3000r/minn、200rr/min、150rr/min、100rr/min、60r/mmin，攪拌時(shí)間間各為1min、1min、2min、3min、6min。為了不影影響絮凝過程程中已形成礬礬花的沉降性性能，在慢速速攪拌結(jié)束后后，立即將燒燒杯直接移入入經(jīng)過改裝的的光柵分光光光度計(jì)的比色色槽內(nèi)，使680nm入射光透過過水樣的中部部，用函數(shù)記記錄儀在線監(jiān)監(jiān)測靜置沉降降過程中水樣樣吸光度(濁度)隨時(shí)間的變變化，考察混混凝劑的混凝凝沉降性能。濁濁度與吸光度度間的關(guān)系符符合線性回歸歸方程：N=2210.2991A-0..789，相關(guān)系數(shù)r＝0.99995。式中，A為吸光度，N為由標(biāo)準(zhǔn)肼肼法測得的濁濁度(NTU)。2結(jié)果與討論論2.1PFSSS質(zhì)量濃度和n(SiOO2)/n(FFe)比對混凝效效果的影響圖1給出了了不同n(SiOO2)/n(FFe)比的PFSS，其質(zhì)量濃濃度(以Fe質(zhì)量濃度計(jì)計(jì)，下同)的變化對對對除濁效果的的影響。圖2則是在固定PFSS質(zhì)量濃度為0.75mmg×L-11的條件下，用用分光光度計(jì)計(jì)和函數(shù)記錄錄儀聯(lián)用系統(tǒng)統(tǒng)，在線監(jiān)測測的不同n(SiOO2)/n(FFe)比的PFSS在混凝過程程中的沉降曲曲線。由由圖1可知，在PFSS的質(zhì)量濃度度相同時(shí)，處處理后的剩余余濁度隨n(SiOO2)/n(FFe)的增加而明明顯減小。為為使PFSS具有良好的的除濁效果，n(SiOO2)/n(FFe)比在1:1~11:2為好。但即即使在較高的的n(SiOO2)/n(FFe)比條件下，如如果PFSS過量投加時(shí)時(shí)（Fe2＋大于5mg//L），靜置沉沉降后的上清清液仍會(huì)隨放放置時(shí)間延長長出現(xiàn)“返混”現(xiàn)象。這一一點(diǎn)與其它聚聚硅酸鹽類混混凝劑有較大大的差別。由圖2知，不含硅硅和含硅較低低的PFSS混凝劑，其其絮凝體較小小，絮體在水水中沉降較慢慢，曲線上初初期變化較平平緩；同時(shí)，絮絮體受系統(tǒng)周周圍環(huán)境(如光、熱和和振動(dòng)等)影響較大，致致使曲線在緩緩慢下降的過過程中有波動(dòng)動(dòng)的現(xiàn)象。對對于硅含量較較高即n(SiOO2)/n(FFe)30.5的PFSS混凝劑，其其絮體較大，沉沉降速度較快快，混凝效果果好。這是因因?yàn)槠渲芯酃韫杷岱肿拥木砭頀吆途奂?，不但使使電中和后的的懸浮物凝聚聚成大顆粒而而除去，而且且對懸浮在水水中的細(xì)小氫氫氧化鐵膠粒粒也有較強(qiáng)的的吸附和網(wǎng)捕捕作用。與電電中和作用不不同，聚硅酸酸分子的卷掃掃和聚集作用用主要在慢攪攪過程進(jìn)行，由由于亞鐵的緩緩慢水解氧化化過程也主要要在慢攪時(shí)發(fā)發(fā)生，故SiO2含量越高，處處理后的濁度度和色度越低低。因此，混混凝曲線初期期的斜率可以以直觀的反映映沉降速度，間間接反映絮凝凝體的大小，而而由曲線后期期的相對高度度則可以區(qū)分分混凝劑的最最終混凝效果果。2.2溫度和熟化化時(shí)間對PFSS性能的影響響不同水溫下下，PFSS的質(zhì)量濃度度為0.60mg/L，n(SiOO2)/n(FFe)比為0.5/11.0時(shí)，對高嶺嶺土原水進(jìn)行行混凝處理的的結(jié)果表明，當(dāng)當(dāng)水溫為20、26、32和40℃時(shí)，其濁度度分別為7.8、7.2、6.1、4.2NTTU?？梢姵凉釢嵝阅茈S著水水溫的升高而而提高。除了了剩余濁度降降低之外，溫溫度的升高也也明顯使絮凝凝體增大、沉沉降速度加快快。因?yàn)樯郎販夭粌H促使了了PFSS中亞鐵水解解氧化，同時(shí)時(shí)也促進(jìn)了活活性硅酸的聚聚合度進(jìn)一步步增大，從而而強(qiáng)化了PFSS的混凝性能能。當(dāng)用聚硅硅酸鹽類混凝凝劑處理煉油油廠和油田的的含油污水時(shí)時(shí)，原水溫度度對混凝性能能的影響更為為顯著，而用用PFS和PAC為混凝劑時(shí)時(shí)，溫度的影影響相對較小小。此外外，對相同配配比的PFSS而言，其混混凝效果隨貯貯存熟化時(shí)間間的變化結(jié)果果與聚硅酸硫硫酸鋁[122]基本一致致，均呈先增增強(qiáng)后減弱的的趨勢。這是是由于初期PFSS中活性聚硅硅酸的聚合度度低，分子鏈鏈較短，吸附附聚集卷掃能能力較弱，隨隨著熟化時(shí)間間的延長，聚聚合度逐漸增增大，卷掃聚聚集的能力提提高，絮凝效效果增強(qiáng)。但但當(dāng)聚硅酸的的聚合度進(jìn)一一步增大時(shí)，聚聚硅酸分子逐逐漸由鏈狀形形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)，最終形成成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，成成為凝膠[113]，其卷卷掃聚集作用用受到限制，水水處理性能降降低。2.33pH對PFSS混凝性能的的影響藥劑投量為為0.75mmg/L時(shí)，原水pH對混凝效果果的影響見圖圖3?？梢?，當(dāng)當(dāng)水呈弱酸性性時(shí)（如pH5~7），PFSS的混凝效果果較差。隨pH升高，剩余余濁度逐漸降降低。且相同同pH值下，PFSS中n(SiOO2)/n(FFe)比越大，混混凝效果越好好。pH低時(shí)Fe2+難于水解解，氧化過程程也較緩慢。此此時(shí)，對懸浮浮物的電中和和能力弱，從從而影響懸浮浮物和膠體的的脫穩(wěn)和凝聚聚，活性聚硅硅酸的吸附、架架橋和卷掃能能力難以較好好的發(fā)揮，導(dǎo)導(dǎo)致混凝效果果較差。隨pH升高，亞鐵鐵水解速度加加快，而且水水解的進(jìn)行也也促進(jìn)了亞鐵鐵的氧化，對對懸浮物電中中和脫穩(wěn)能力力增強(qiáng)。這不不僅促進(jìn)了凝凝聚，也促使使活性聚硅酸酸的架橋卷掃掃能力的發(fā)揮揮，從而產(chǎn)生生良好的絮凝凝現(xiàn)象。PFSS中n(SiOO2)/n(FFe)比越高，聚硅硅酸分子長鏈鏈的卷掃和聚聚集作用越強(qiáng)強(qiáng)，形成的礬礬花越大,處理后濁度度越低,對pH的適用范圍圍也相對拓寬寬。但因PFSS中亞鐵的水水解pH值較高[144]，使得PFSS只有在中性性至堿性的環(huán)環(huán)境中才能發(fā)發(fā)揮良好的混混凝效果。22.3PFFSS應(yīng)用前景分分析根據(jù)上述述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可可知，當(dāng)PFSS中n(SiOO2)/n(FFe)比31/1，并在弱堿堿性或堿性條條件下使用時(shí)時(shí)，PFSS有良好的混混凝除濁效果果。與現(xiàn)有的的鐵鹽混凝劑劑如硫酸亞鐵鐵和PFS相比，各混混凝劑在制備備、成本和使使用難易等方方面，各有優(yōu)優(yōu)缺點(diǎn)。對于于硫酸亞鐵而而言，雖然其其作為一種太太白粉副產(chǎn)品品量大價(jià)廉，但但是在一般的的給排水處理理中，因效果果很差，已經(jīng)經(jīng)很少單獨(dú)使使用，只有在在特殊的廢水水處理中如某某些活性染料料的染色廢水水處理中，在在高堿性條件件下用作混凝凝、還原脫色色劑。至于PFS，有關(guān)其研研制、性能研研究和應(yīng)用等等方面的文獻(xiàn)獻(xiàn)報(bào)道很多，其其生產(chǎn)制備工工藝一般用硫硫酸亞鐵為原原料，在一定定的溫度和壓壓力下，以亞亞硝酸鹽和氧氧氣分別為催催化、氧化劑劑的方法，生生產(chǎn)工藝稍復(fù)復(fù)雜些；或采采用直接氧化化法的簡單工工藝進(jìn)行生產(chǎn)產(chǎn)，但其成本本相對較高。在在一般的水處處理中，PFS有良好的使使用性能，但但是其對設(shè)備備的腐蝕性較較大，且容易易使處理后的的水的色度升升高，這影響響了該混凝劑劑在大范圍內(nèi)內(nèi)的推廣應(yīng)用用。PFSS作為聚硅酸酸鹽類混凝劑劑中的一種，不不僅可以在常常溫常壓條件件下很容易進(jìn)進(jìn)行生產(chǎn)制備備，價(jià)格低廉廉，且還因有有活性聚硅酸酸的卷掃、架架橋和吸附等等作用，使該該混凝劑具有有混凝反應(yīng)速速度快、絮凝凝體大和沉降降快的特點(diǎn)。這這使其有良好好的應(yīng)用前景景。但是，因因在PFSS中存在亞鐵鐵離子，其水水解pH值較高，需需要在弱堿性性或堿性的條條件下，才能能更好的發(fā)揮揮混凝沉降性性能。參考文獻(xiàn)[1]LIRui-ssheng((李潤生).NeewWatterTrreatmeentAggentPPolyalluminiiumChhloridde(水處理新藥藥劑堿式氯化化鋁)[M]..Beijjing(北京):ChhinaAArchittecturre＆BuilldingPresss(中國建筑工工業(yè)出版社),19981.[2]BennschottenJEV,EdzwaaldJK.Waat.Rees.[J]],19990,244(12):1519..[3]TANNGHonng-xiaao(湯鴻霄).ActtaSciientiaaeCirrcumsttantiaae(環(huán)境科學(xué)學(xué)學(xué)報(bào))[J],,19988,18(1):11.[4]MikkamiYY,TakkeiI..JP:49-533195[PP],19974.[5]WennPC..CollloidsSurfaacesAA:Phyysicocchem.Eng.Aspeccts[J]].20001,1882:577.[6]CraapperDR.Sciennce[J]],19773,1880:5111.[7]HaaaseD,,SpiyyatosN.USSPateent488775977[P],1989..[8]HassegawaaT,HHashimmetoKK,OniitsukaaT.WWaterSci.Tech..[J].,,19911,23(7):11713[9]LIMing--yu(李明玉),CHEENWeii-hongg(陳偉紅),TAANGQii-hongg(唐啟紅),etal.TechhnologgyofWaterrTreaatmentt(水處理技術(shù))[J],,20011,27(44):2077[10]CHHENWeei-honng(陳偉紅),LIIMingg-yu(李明玉),TAANGQii-hongg(唐啟紅),etal.ChemmicalReseaarch((化學(xué)研究)[J],,20000,11(44):28[11]LUUANZhhao-kuun(欒兆坤),QUUJiu--hui(屈久輝),TAANGHoong-xiiao(湯鴻霄).Envviron..Chemm.(環(huán)境化學(xué))[J]],19997,16(6):5006[12]LIIMingg-yu(李明玉),CHHENWeei-honng(陳偉紅),DUUHai--kuan((杜海寬),etal.WWaterandWWastewwater((給水排水)[J]],20000,266(11):116[13]AIIZhi--ping((艾子萍),GAAOBaoo-yu(高寶玉).Envviron..Chemm.(環(huán)境化學(xué))[J],,1994,,13(2):1119[14]CHHIYunn-xianng(慈云祥),ZHHOUTiian-zhhe(周天澤).CooordinnationnComppoundinAnnalytiicalCChemisstry((分析化學(xué)中中的配位化合合物)[M]..Beijjing(北京):BeiijinguniveersityyPresss(北京大學(xué)出出版社),19986:1116CoagulaationCharaacteriisticandIInflueencinggFactorofPoolyferrrousSulfaateSiilicatteAbstracct

Thhecoaagulanntofpolyfferrouussullfatesiliccate(PPFSS)wasppreparredfrromfeerrousssulffateaandsoodiumsiliccate.TheiinflueencesofthhemollerattiooffSiO22toFFe,thhemasssconncentrrationnofPPFSS,

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