【技术讨论】论水处理中高分子铁盐絮凝剂的应用研究

近年来，水源水质不断恶化但城市供水水质标准日趋严格，这就对水厂出水水质提出了更高要求。由于传统  絮凝剂  受到诸多因素的限制，絮凝(漆雾凝聚剂)效果已很难满足目前的处理要求，高分子絮凝剂(漆雾凝聚剂)以其超强的凝聚效果、良好的脱色能力等优点，在  水处理  过程中起着越来越重要的作用。   

1.无机高分子絮凝剂的絮凝机理及优势  

无机高分子絮凝剂的作用机理是多核羟基络合物的中间产物，与颗粒物的吸附实际上是表面络合配位作用，吸附在表面后会从溶液中吸取羟基，继续其水解沉淀过程，直至饱和成为氢氧化物沉淀凝胶，与颗粒物生成絮团。因此无机高分子絮凝剂和有机高分子絮凝剂(漆雾凝聚剂)相比较具有较多的优势：适应性广泛，絮凝沉降性能好，具有高效低耗的特点;水解产物或中间产物无毒或低毒;制备絮凝剂的原材料来源广泛，价格低廉;制备絮凝剂的工艺简便易行。  

2.聚合高分子铁盐絮凝剂的研制  

无机高分子铁盐絮凝剂的生产在水处理中的应用已取得了一定进展，目前聚合铁盐主要有聚合硫酸铁、聚合氯化铁、聚合磷酸铁等。  

(1)聚合硫酸铁：一种在硫酸铁分子族的网状结构中插入羟基后形成的无机高分子絮凝剂，在水中以各种多核羟基络离子的形式存在，同时具有电中和和吸附架桥能力，具有很强的除浊、除色及去除重金属的能力。此外，对浮游微生物也有较好的去除效果。  

(2)聚合氯化铁：可按任意比例与水混合，水解速度快，腐蚀性小，适用范围广，净水效果比氯化铁好，特别适用于处理低温水。随着聚铁盐研究的深入，在聚合氯化铁的基础上利用煤矸石、铁矿石等为原料研制出铁铝复合絮凝剂聚合氯化铝铁。  

(3)聚铁的改性：为提高单一聚合铁盐聚合度、稳定性及净水效果等，对聚合铁盐进行复合改性。一方面可在合成时加入某种添加剂，使其插入聚合铁的分子网络中或与之形成配合物;另一方面在铁盐体系中引入阳离子或阴离子，对聚合铁盐絮凝剂进行复合改性。包括加入Al、Mg等进行阳离子改性，可充分发挥各种盐类的优势和它们的协同增效作用;引入阴离子，特别是高价阴离子，如硅酸根，不仅可增加聚合度，还可能产生新的物种;阴、阳离子都加入，形成阴阳离子复合改性体系。有关聚铁研究表明Fe3+具有强烈的水解倾向，聚铁的絮凝性能与盐基度有关，盐基度越高，其分子聚合度越大，絮凝性能就越好，因此在聚铁生产基础上加入少量改性剂，使其盐基度提高，更好的改善絮凝效果。  

3.复合型高分子铁盐絮凝剂的研制  

无机高分子絮凝剂的研制主要向引入其他离子、制备复合型絮凝剂方向发展，因此，引入羟基、聚硅酸、磷酸根等以增强铁盐聚合物的聚集能力，从而改善絮凝效果。  

(1)聚氯硫酸铁：利用硫酸-盐酸混合酸为原料可制得聚氯硫酸铁，这是在聚合硫酸铁基础上研制的复合铁盐絮凝剂，它具有良好的电荷中和与吸附架桥功能。在给水处理中，聚氯硫酸铁沉降快，沉降的污泥脱水性能好。在相同的絮凝条件下，聚氯硫酸铁的投加量仅为聚合硫酸铁的二分之一，且絮凝效果更好。聚氯硫酸铁在pH=6～9的范围内具有良好的絮凝去浊性能。聚氯硫酸铁的混凝效果优于 PFS和三氯化铁，当投加量在10×10-6～15×10-6时，处理后的原水浊度符合饮用水标准。  

(2)聚合硅酸类复合铁盐：相对于聚合铁而言，对聚硅酸的聚合机制研究较为透彻，当聚硅酸铁盐用作絮凝剂投进水中后，一方面稀释作用、pH的升高会引起铁盐水解程度的变化和形态的转化，铁水解产物与聚硅酸结合，pH的升高导致聚硅酸的进一步聚合直至形成溶胶物;另一方面，铁的各水解产物在混合过程中被水中悬浮物颗粒吸附使颗粒脱稳，聚硅酸大分子或溶胶对吸附了铁水解产物的悬浮物产生架桥及黏附作用产生了大的絮体，从而取得净水效果，以上过程同时进行且可迅速完成。  

目前，聚硅硫酸铁絮凝剂的合成方式主要有：将硫酸铁引入到活化后的硅酸聚合物中，陈化后得到聚硅硫酸铁絮凝剂;将聚硅酸与聚合硫酸铁在一定条件下复合，得到聚合硫酸铁-聚硅酸复合型絮凝剂。此外，如将聚硅酸与聚合氯化铁复合可得聚合硅酸氯化铁。  

(3)聚合磷酸类复合铁盐：在聚合铁盐中引入适量的磷酸盐可制得聚合磷酸类复合铁盐，磷酸根能影响Fe3+的水解反应，增强桥连作用，形成多核络合物，显著提高聚合铁盐的絮凝速度和絮凝能力。絮凝剂絮凝能力的提高与磷酸根置换聚合铁的羟基，在铁原子间架桥形成高价的多核络合物有关。此外将一定配比的三氯化铁、磷酸氢二钠一起研磨，搅拌均匀后置于瓷坩埚放入高温炉，控制温度280～320℃，分解一段时间，取出冷却至室温，加入适量去离子水，充分搅拌成软固体物即得聚磷氯化铁。在聚合氯化铁中引入适量磷酸根，对聚铁有增聚作用，其混凝去污能力超过PFC。  

此外，将聚铁与专用助凝剂Mz混合，可形成高聚合体复盐，其聚合和处理效果优于常见的铁盐絮凝剂。此外在聚铁生产的基础上进行改性，其絮凝效果也远远优于传统聚铁盐。  

4.无机-有机高分子铁盐絮凝剂的研制  

无机高分子絮凝剂虽然对水处理的适应性强，但生成的絮体体积小，絮凝速度受到影响。有机高分子絮凝剂同无机高分子絮凝剂相比，具有用量少，絮凝速度快，受共存盐类、PH值及环境温度影响小等优点。此外，有机高分子絮凝剂脱色性好，某些有机絮凝剂的脱色率比无机絮凝剂高20%～30%。但由于某些有机高分子絮凝剂在水解或降解过程中的产物有毒，所以在实践应用中发现无机-有机物进行共聚生成新型聚合物，使它不仅可消除副产物毒性而且其絮凝性能得到提高。有机无机复合絮凝剂的品种日趋多样，性能也向多元化发展。作用机理主要与协同作用相关。无机高分子成分吸附杂质和悬浮微粒，使形成颗粒并逐渐增大;而有机高分子成分通过自身的桥联作用，利用吸附在有机高分子上的活性基团产生网捕作用，网捕其它杂质颗粒一同下沉。同时，无机盐的存在使污染物表面电荷中和，促进有机高分子的絮凝作用，大大提高絮凝效果。  

无机一有机高分子复合的优越性主要体现在：无机高分子絮凝剂的吸附架桥能力较弱，而有机高分子絮凝剂的加人会弥补这一弱点，使得絮凝剂的絮凝性能提高;絮体形成速度加快，体积更大，沉降性能更好;絮凝的有效pH范围会变宽;絮凝剂的投量会减少，处理成本会降低。  

5.结束语  

(1)应加强絮凝学科的基础研究：复合絮凝剂的组分复杂，其在水中存在的形态及相互作用还有很多模糊之处，通过加强对絮凝化学、絮凝动力学等的研究，进一步揭示复合絮凝剂的复杂作用机理，才能确定优势絮凝性能的物质及其形态，推动高效絮凝剂的开发。  

(2)应加强絮凝剂的改性研究：普通聚铁因生产过程中使用了亚硝酸钠作为催化剂，其潜在的不安全性影响了作为生活饮用水处理剂的广泛应用，而改性后的聚铁则能有效去除亚硝酸盐，减少在使用过程中的二次污染。  

(3)应加强复合絮凝剂的配比和最佳工艺研究：每种复合絮凝剂的组分在形态结构和絮凝效果中的作用大小，需要在实验中加以确定。此外，最佳配比和工艺的研究可有效降低生产成本，获得良好的经济效益。  

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