聚硅硫酸亚铁的混凝特性及影响因素

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1、聚硅硫酸亚铁的混凝特性及影响因素摘要：用硫酸亚铁和水玻璃制备了聚硅硫酸亚铁(PFSS)混凝剂，考察了硅铁摩尔比、pH、温度和质量浓度等因素对PFSS混凝性能的影响，采用分光光度计和函数记录仪联用系统对PFSS的混凝沉降过程进行了研究。结果表明，随着PFSS中硅铁摩尔比的增加和水温升高，其混凝性能得到强化和提高。与硫酸亚铁相比，PFSS有更宽的pH适应范围和优良的混凝沉降性能。当用硅铁摩尔比为1:1~2:1的PFSS处理浊度为20.5NTU的高岭土水时，在PFSS的质量浓度为0.75mg/L、pH大于7的条件下，可使水浊度降低到2NTU以下，其混凝性能远优于硫酸亚铁。

2、关键词：混凝剂聚硅硫酸亚铁硫酸亚铁聚合硫酸铁水处理　　混凝处理是给水排水处理中最常采用的一种水处理方法，而混凝处理的关键是混凝剂的选择。混凝剂的研制及其混凝特性研究，对于新型混凝剂的研究开发和水处理技术的发展，具有重要的实际意义。聚合氯化铝(PAC)[1~3]和聚合硫酸铁(PFS)[4,5]等无机高分子混凝剂的研制和应用，大大促进了混凝剂的研究和混凝技术的发展。但铝盐混凝剂残留铝的环境效应[6]、铁盐混凝剂的腐蚀性以及它们在处理低温低浊水时所遇到的困难，向人们提出了新的问题。20世纪90年代之后聚硅酸盐类混凝剂的研制成功[7,9]，克服了以往单纯铝、铁盐类混凝剂的缺

3、点，使无机高分子混凝剂的研究和应用步入新阶段。对聚硅酸盐类混凝剂，其混凝性能除与金属离子的一级水解常数有较大关系外[10]，还与混凝剂中的活性SiO2浓度等有关[9]。这表明金属离子的水解过程和活性硅酸对聚硅酸盐类混凝剂的混凝性能有较大影响。在该类混凝剂中，研究较多的是聚硅酸硫酸铁、聚硅酸硫酸铝以及聚硅酸铝铁复合盐等。对于聚硅酸硫酸亚铁(PFSS)混凝剂的制备和混凝性能研究等，目前尚未见报道。　　由于Al3+和Fe3+的水解速度快，几乎在微秒级的瞬间完成，检测其水解过程变化十分困难[11]。考虑到Fe2+的一级水解常数小，水解较慢，而且水解产物又伴随氧化过程的发生，

4、本文首次采用硫酸亚铁和水玻璃制备了PFSS混凝剂，研究了其混凝性能及影响因素。1实验部分1.1仪器和药剂　　HI9321型pH计(HANNAinstruments,意大利)；STZ90光散射浊度测定仪(无锡)；ZR智能型混凝试验搅拌器(深圳)；722光栅分光光度计和函数记录联用仪(经改造，上海)；数显磁力搅拌器(HANNAinstruments,意大利)。水玻璃，工业级；硫酸亚铁，分析纯；高岭土，化学纯；PFS(自制)；其它试剂均为市售分析纯。1.2混凝剂的制备　　用硫酸将一定浓度的水玻璃溶液调至一定pH值，活化30min后与硫酸亚铁溶液复配制得亚铁含量为10g×L

5、-1、n(SiO2):n(Fe)=0:1、0.5:1、1:1、2:1的PFSS混凝剂。采用氯酸钠直接氧化硫酸亚铁制得碱化度为12%的PFS，然后稀释至铁质量浓度为10g/L，备用。1.3混凝实验　　取1000mL浊度为20.50NTU的高岭土水样，投加一定量的混凝剂，在智能型混凝搅拌器上试验其混凝性能。设定混凝搅拌程序，搅拌速度由快到慢分别为：300r/min、200r/min、150r/min、100r/min、70r/min、50r/min、30r/min其搅拌时间分别控制为：1min、1min、2min、3min、6min、6min、6min共计搅拌25min

6、。然后静置沉降10min后取上清液测定剩余浊度。如未特别说明，水样pH在6.78~6.82之间，温度在22±2℃范围内。　　另取150mL经过预沉的高岭土水样(吸光度A0=0.100)于一特制的小烧杯中，在磁力搅拌条件下投加一定量的PFSS，根据数显器控制搅拌速度分别为:300r/min、200r/min、150r/min、100r/min、60r/min，搅拌时间各为1min、1min、2min、3min、6min。为了不影响絮凝过程中已形成矾花的沉降性能，在慢速搅拌结束后，立即将烧杯直接移入经过改装的光栅分光光度计的比色槽内，使680nm入射光透过水样的中部，用

7、函数记录仪在线监测静置沉降过程中水样吸光度(浊度)随时间的变化，考察混凝剂的混凝沉降性能。浊度与吸光度间的关系符合线性回归方程：N=210.291A-0.789，相关系数r＝0.9995。式中，A为吸光度，N为由标准肼法测得的浊度(NTU)。2结果与讨论2.1PFSS质量浓度和n(SiO2)/n(Fe)比对混凝效果的影响　　图1给出了不同n(SiO2)/n(Fe)比的PFSS，其质量浓度(以Fe质量浓度计，下同)的变化对对除浊效果的影响。图2则是在固定PFSS质量浓度为0.75mg×L-1的条件下，用分光光度计和函数记录仪联用系统，在线监测的不同n(SiO2)/