聚合硫酸铁在污水处理上在作为絮凝剂时的优势和特点

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聚合硫酸铁在污水处理上在作为絮凝剂时的优势和特点

制备方法
聚合硫酸铁的制备主要有直接氧化法法和催化氧化法。大多数PFS的制备采用直接氧化法，此法工艺路线较简单，用于工业生产可以减少设备投资和生产环节，降低设备成本，但这种生产工艺依赖于氧化剂，如：H2O2、KClO3、HNO3等无机氧化剂。催化氧化法一般是选用一种催化剂，利用氧气或空气氧化制备聚合硫酸铁。以下是制备聚合硫酸铁的具体操作方法：

双氧水氧化法：
双氧水(H2O2)在酸性环境中是一种强氧化剂,可以将亚铁氧化成三价铁从而制得聚合硫酸铁:
2FeSO4 + H2O2+ (1-n/2)H2SO4—→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+ (2-n)H2O
制备过程中,按照生产量和所需要的盐基度,在反应釜中加入硫酸亚铁、水和硫酸混合,当温度升高到30~45℃时,在搅拌过程中,通过加料管在釜底缓慢加入H2O2。H2O2很快将亚铁氧化成三价铁,取样分析待亚铁浓度降至规定浓度时,停止反应。
利用本法生产聚合硫酸铁,具有设备简单、生产周期短、反应不用催化剂、产品不含杂质、稳定性高等特点。但反应过程中, 有H2O2在分解时形成O2气放出在无催化剂时,起不到氧化作用。要减少O2的产生,需要控制H2O2的投加速度制备工艺为间歇式操作,影响生产效率。H2O2成本比较高,它增加了聚合硫酸铁的生产成本,不利于工业化生产。

氯酸钾(钠)氧化法：
氯酸钾是广泛应用于炸药和火柴工业的强氧化剂,同样可以将亚铁氧化成三价铁:
6FeSO4 + KClO3 + 3(1-n/2)H2SO4 —→ 3[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]+ 3(1-n)H2O + KCl
制备时,将硫酸、硫酸亚铁和水按比例加入反应釜中,在常温或稍微高温度下,搅拌中加入氯酸钾。检验亚铁离子减少到规定浓度即可结束。
该法生产工艺简单,设备投资少,产品稳定性好,反应,无空气污染。产品中含有氯酸盐,可兼作混凝与杀菌剂。但制品中残留有较高的氯离子和氯酸根离子,不宜于饮用水处理。同时,由于氯酸钾价格昂贵,产品成本高。

次氯酸钠氧化法：
次氯酸钠属于碱性氧化剂,其氧化还原电位较高,理论上能将亚铁氧化成三价铁:
2NaClO + 2H2SO4—→K2SO4+ 2H2O + Cl2
生产的氯气仍为氧化剂,可以将亚铁氧化成三价铁。但氯气会有少量以气体形式逸出而浪费掉,不能充分利用。同时也会造成环境污染,曾加后处理工序。次氯酸钠是碱性氧化剂,制备聚合硫酸铁时,为了降低pH值, H2SO4的用量较高。用该法制备的聚合硫酸铁稳定性差,不宜长期保存。

硝酸氧化法：
硝酸为中强氧化剂,与亚铁反应如下:
FeSO4 +HNO3 —→ Fe(OH)SO4+ NO2
反应生成的NO2又可以起到氧化作用,因而HNO3的氧化。
该法是以工业硫酸亚铁为原料,采用工业硫酸氧化后以工业浓硝酸氧化。FeSO4:HNO3为1:(0.20~0.30):(0.10~0.32),加入水量小于以上三者总量的20%,于0.1~0.2MPa下，搅拌中通入充足的空气或氧气,于50~70℃氧化,102~103℃水解聚合而成。反映周期控制在30~60min以内。
用HNO3氧化时,成本比较低,反应周期短。所得产品浓度高,易于制成固体产品。若选用工业品原料,所得产品可用于饮用水处理。但反应中生成的NO2,会造成环境污染,需增加吸收装置予以处理。
综上所述,直接氧化法虽然工艺简单,操作简便,但存在氧化剂用量大,成本高,氧化剂引入的离子需分离出去,反应中产生的有害气体需设备吸收处理等问题,因而难于在工业化生产中普及和应用。但实验研究中需要少量的聚合硫酸铁时采用此类方法制备简单易行。

催化氧化法:
聚合硫酸铁在工业生产中多采用催化氧化法。
即以硫酸亚铁及硫酸为原料,借助催化剂(NaNO2)的作用,利用氧化剂使硫酸亚铁在酸性介质中被氧化成三价铁离子。然后用氢氧化钠中和,调整碱化度进行水解,聚合反应制得聚合硫酸铁。

合成方法
聚合硫酸铝液体，将稀硫酸浓度约3%加入到硫酸亚铁中，再加入亚硝酸钠与硫酸亚铁之比约3：100，通入空气或者氧气进行氧化，经水解，聚合反应制得聚合硫酸铁。
聚合硫酸铁固体产品的制造方法：
1、利用液体亚铁为原料，制胜空气作氧化剂，经过低温脱水、粉碎、高温氧化、欣欣然冷却、调聚、固化、陈化、粉碎到成品完成。

凝聚作用
混凝处理过程中，PFS提供多种组分的核羟基络合物时，各组分就开始对矿浆中的微粒或者是对水中的胶体颗粒起多种混凝作用。那些相对分子质量较小的络离子被原水中的负电性胶粒和悬浮物吸引进入紧密层，起了压缩胶粒的双电层、降低ζ电位的作用，使胶粒迅速脱稳聚沉。无机高分子凝结剂的相对分子质量增大，伸展度增大触点增多，粒间的吸附作用增大。在溶液中PFS提供大量的大分子络合物及疏水性氢氧化物聚合体，具有较好的吸附作用。但PFS在溶液中多种核羟基络合物不同于有机高分子絮凝剂，这些高分子物的相对分子质量远小于有机絮凝剂的相对分子质量。其分子的大小与结构特点，使这些络离子在混凝中具有较强的吸附中和作用，因此PFS溶液中的大分子络离子在混凝中的主要贡献是吸附中和胶粒的电荷和兼有粒间团聚作用。PFS絮团的表面积大、表面能高，结构紧凑致密有一定的强度，在沉降过程中对胶体颗粒的吸附量大，具有吸附共沉淀作用且容易发生卷扫沉积现象，沉淀物容积小且沉降速度快，大大提高了PFS的混凝效果 [3] 。

性能指标测定
(1) 密度测定
用测量范围为1.400 g· mL～1.500 g· mL 的比重计测定20℃聚合硫酸铁溶液的密度。
(2) pH值测定
用pH计测定聚合硫酸铁的pH值。
(3) 黏度测定
用已知黏度计常数的品氏毛细管黏度计在20±0.1℃的恒温水槽中测定聚合硫酸铁的黏度 [4] 。

水净化
自来水厂存在的问题
（1）铝的毒性危害，铝是一种慢生毒物，随水进入人体后会积蓄在脑细胞等组织中，长期饮用铝混凝剂处理的自来水会引发老年痴呆症、心血管病、骨质疏松、肾功能紊乱等多种顽症。根据国际老年痴呆协会中国的资料，全球老年痴呆症患者2400多万，其中中国患者700多万，且每年以30万新增病人的速度增加。西方发达国家饮用水水质标准中铝的许可含量为0.05毫克/升。我国自来水水中的铝含量超过此值好几倍。
（2）供水管道腐蚀问题，由于自来水管道电化学腐蚀问题没有解决，用户龙头水的浊度、色度、铁含量、细菌等水质指标值而大幅度升高了，导致自来水质进一步恶化。由于腐蚀，供水金属管道内壁上产生了腐蚀，水流阻力不断增大，供水电耗随之逐年增高，由此造成了的电能损耗。供水管道腐蚀穿孔后，大量自来水白白地漏走了，同时供水管道使用寿命大幅度缩短。
注意事项编辑
因原水性质各异，应根据不同情况，现场调试或作烧杯试验，取得佳使用条件和佳投药量以达到好的处理效果。
1 使用前，将本产品按一定浓度（10-30%）投入溶矾池，注入自来水搅拌使之充分水解，静置至呈红棕色液体，再兑水稀释到所需浓度投加混凝。水厂亦可配成2-5%直接投加，工业废水处理直接配成5-10%投加。
2 投加量的确定，根据原水性质可通过生产调试或烧杯实验视矾花形成适量而定，制水厂可以原用的其它药剂量作为参考，在同等条件下本产品与固体聚合氯化铝用量大体相当，是固体硫酸铝用量的1/3-1/4。如果原用的是液体产品，可根据相应药剂浓度计算酌定。大致按重量比1:3而定。
3 使用时，将上述配制好的药液，泵入计量槽，通过计量投加药液与原水混凝。
4 一般情况下当日配制当日使用，配药需要自来水，稍有沉淀物属正常现象。
5 注意混凝过程三个阶段的水力条件和形成矾花状况。
(1) 凝聚阶段：是药液注入混凝池与原水快速混凝在极短时间内形成微细矾花的过程，此时水体变得更加浑浊，它要求水流能产生激烈的湍流。烧杯实验中宜快速（250-300转/分）搅拌10-30S，一般不超过2min。
(2) 絮凝阶段：是矾花成长变粗的过程，要求适当的湍流程度和足够的停留时间（10-15min），至后期可观察到大量 矾花聚集缓缓下沉，形成表面清晰层。 烧杯实验先以150转/分搅拌约6分钟，再以60转/分搅拌约4分钟至呈悬浮态。
(3) 沉降阶段：它是在沉降池中进行的絮凝物沉降过程，要求水流缓慢，为提率一般采用斜管（板式）沉降池（好采用气浮法分离絮凝物），大量的粗大矾花被斜管（板）壁阻挡而沉积于池底，上层水为澄清水，剩下的粒径小、密度小的矾花一边缓缓下降，一边继续相互碰撞结大，至后期余浊基本不变。烧杯实验宜以20-30转/分慢搅5分钟，再静沉10分钟，测余浊。
6 强化过滤，主要是合理选用滤层结构和助滤剂，以提高滤池的去除率，它是提高水质的重要措施。
7 本产品应用于环保、工业废水的处理，使用方法与制水厂大体相同，对高色度、高COD、BOD的原水处理，辅以助剂作用效果甚佳。

8 采用化学混凝法的企业，原用的设备无需作大的改造，只需增设溶矾池即可使用本产品。
9 本产品须保存在干燥、防潮、避热的地方（< 80℃，切勿损坏包装，产品可长期储存）。
10 本产品溶解才能使用，溶解设备和加药设施应采用耐腐蚀材料。