复合亚铁混凝剂的制备及性能研究

复合亚铁混凝剂的制备及性能研究钢材酸洗工艺中排放出的废液主要成分是Fe2+和酸，pH值一般在0.2－1.0,一般的处理方法是中和沉淀，但设备资金投入较大[1-2]。笔者利用来源广泛的盐酸型酸洗废液作为原料，引人硫酸根离子和聚硅酸，并添加稳定剂，对制取高效复合的亚铁型混凝剂进行了研究。1实验部分1.1复合亚铁混凝剂的制备向盐酸酸洗废液中加人适量的工业硫酸，然后添加硅酸钠，室温活化约lh，再加人一种无机稳定剂，加盖密封数小时，利用其自身的反应热进行熟化复合，经过溶解扩散等作用，即形成复合亚铁混凝剂。产品为淡黄绿色溶液，含铁、SiO2和SO42-的质量分数分别为5％－8.5％，0.5％，2％，密度为1.2－1.3g／cm3。1.2试剂高岭土（C.P），0.36mol／L复合亚铁（稀释后，以亚铁计），0.36mol/L聚铁（以铁计），0.36mol／L七水硫酸亚铁（A.R，以亚铁计），10％的NaOH溶液（A.R）。1.3水样水样1：用1：1的自来水与去离子水调配成高岭土质量浓度为10g／L的模拟悬浊水样，用时稀释成100mg／L。该水样浊度为26NTU，pH值为6.78。水样2：取某印染厂常用的5种染料：艳兰BES、金黄BES、红BES、深兰FBN、黑KNGZRC，分别配制成5g／L的溶液，用时稀释成50mg／L的模拟有色水样。水样色度为128倍，pH值为7.5左右。1.4实验方法向水样中加人一定量的混凝剂，快搅（200r／min）lmin后，慢搅（60r／min）10min，静置沉淀10min后，取上清液测定。2复合亚铁的性能实验2.1除浊实验本实验通过对模拟高岭土悬浊废水（水样1）的除浊实验，对比复合亚铁和聚铁、硫酸亚铁的除浊性能，结果如图1所示。2.1.1混凝剂用量对浊度去除率的影响如图1，在相同投铁量的情况下，3种混凝剂的除浊效果排序为：复合亚铁＞聚铁＞七水硫酸亚铁，且复合亚铁的混凝性能优势在低投药量的情况下表现得尤为明显。在投药量为0.075mL／L以上较宽的范围内，复合亚铁的除浊率均在90％以上，在投药量为0.lmL／L时，除浊率达到最高95.4％；聚铁在投药量大于0.125mL／L时，除浊率才达到90％以上，最高为91.3％；而七水硫酸亚铁的除浊率最高只能达到89.6％。另外，在实验中发现，复合亚铁投人水样后产生的矾花明显比聚铁和七水硫酸亚铁的大、密实，沉降速度快。这说明复合亚铁有良好的混凝除浊性能。复合亚铁之所以有良好的混凝性能，一方面是因为Fe2+离子构成为3d6，具有不完全的d轨道，对核的屏蔽作用小，Fe2+的离子半径（0.76A0）又较小，所以Fe2+有较强的正电场，这种正电场有较强的正电荷，可与废水中胶体颗粒所带负电中和，聚集成絮状颗粒；另一方面硅酸钠具有桥联配位作用和金属盐效应日[3-4]，活化后，硅酸分子之间通过硅羟基脱水聚合，形成具有一定聚合度的聚硅酸，与阳离子的铁聚合物复合增强了它的凝聚力，也提高了自身的稳定性[5]，其长链结构对悬浮物的卷扫聚集和吸附架桥能力较强，使得矾花直径增大有利于沉降，进而提高混凝效果；同时，一部分Fe2+可能与聚硅酸颗粒和阴离子SO42-发生络合反应，形成Si－O－Fe和Fe－SO42-－Fe等键的鳌合物[6]，有利于复合亚铁的稳定性能和混凝性能的改善。而七水硫酸亚铁和聚铁除浊时以静电中和为主，卷扫聚集能力较小，因此总体混凝效果不如复合亚铁。2.1.2pH值对浊度去除率的影响在3种混凝剂的最佳投药量条件下，用10％的NaOH溶液调节水样1的pH值，做除浊实验，结果见图2。由于复合亚铁是由酸性较强的酸洗废液制成的，而亚铁型混凝剂在使用时，pH值必须在8.5以上且有足够的碱度和氧存在的条件下才能完成氧化，产生有效的混凝效果，所以复合亚铁适合处理偏碱性的废水。由图2可知，pH为7.5－8.5时，复合亚铁和七水硫酸亚铁的除浊率较低，均小于85％，而聚铁的最佳适用pH值范围为5.0-8.5[7]，所以除浊率较高，保持在90％以上。随着pH值的升高，复合亚铁和七水硫酸亚铁的除浊率开始升高，其中复合亚铁的除浊率则保持在93.8％以上，而聚铁的混凝效果开始降低。相比之下，复合亚铁表现出了在碱性、甚至强碱性条件下优异的除浊性能。2.2脱色实验本实验通过对常用染料的模拟有色废水（水样2）处理，对比复合亚铁和七水硫酸亚铁、聚铁的处理效果和反应形态，从而分析探讨复合亚铁的反应机理。由于对各种染料的处理结果相似，限于篇幅，仅以对染料红BES的模拟废水处理效果（图3）为例来说明。从图3来看，复合亚铁脱色效果明显强于七水硫酸亚铁。对于染料红BES，七水硫酸亚铁脱色率在50％以下，而复合亚铁脱色率最高可达96％以上。在达到相同脱色率时，按总铁量复合亚铁投药量只是七水硫酸亚铁投药量的l／4－l／2，这表明复合亚铁具有一定的聚合性。与聚铁相比，复合亚铁矾花大、沉降速度快得多，脱色效果稍优，且总费用（包括碱费）比聚铁低20％以上。实验中发现，七水硫酸亚铁在脱色时，沉淀刚完成，上清液就出现严重的泛黄现象，投碱量也较大；而复合亚铁脱色沉淀完成后，上清液没有或只有轻微泛黄现象，且在投加量少时不需加碱。这说明七水硫酸亚铁主要是依*氧化还原反应脱色，而复合亚铁除此之外，存在电中和吸附，还通过对染料胶体粒子的凝聚卷扫，使水溶液中的染料胶体粒子与水分离，从而达到脱色的目的。表1复合亚铁的应用情况废水来源污染物及其质量浓度／（m·L-1）加药量／（m·L-1）混凝出水中的质量浓／（m·L-1）备注Cr6+25—30l未检出摩托车厂Ni2+50-10010.5～0.9工程应用Zn2+10—2012－4泡沫镍试验厂电镀镍（Ni2+）20-400.8-10.O1-0.09工程应用化学镀镍（Ni2+）200～l20.54—15印染厂COD750-14003120—210工程应用毛巾厂COD300—900266—94小试实验计算机厂电镀铜（Cu2+）20～40l0.099小试实验EDTA铜废液（Cu2+）200011.2小试实验磷化废水总磷200.60.05小试实验复合亚铁在脱色时，若缓慢加碱会有缓冲现象，即加碱时pH值几乎不发生变化，可认为硅、亚铁的聚合是发生在混凝处理的加碱阶段。3复合亚铁的应用表1为复合亚铁的实际工程应用及部分需处理废水小试情况。由表1可知复合亚铁在重金属废水处理方面，不但使镍、铜出水的质量浓度达到0.lmg/L以下，还能有效处理数种化学镀重金属废液；对印染废水，COD去除率可达到84％以上；在处理含Cr6+废水时，在亚铁完全被氧化成三价铁后，仍能保持良好的混凝沉淀性，出水清澈，避免了传统亚铁盐混凝剂出水发黄的现象。4结论①复合亚铁是一种高效复合的混凝剂，适用于处理多种废水，其除浊和脱色性能均优于聚铁和七水硫酸亚铁。②市售的聚铁无机高分子絮凝剂一般是在亚铁氧化为三价铁的基础上制备而成的，工艺相对复杂。而复合亚铁混凝剂直接利用酸洗废水中的亚铁，只需酸泵、贮存、运输设备，占地面积小，生产成本低哟150元/t），处理效果好且无二次污染。达到了“以废治废，清洁生产”的目的。