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高分子复合铁盐絮凝剂的研究进展    热     ★★★★ 【字体：小 大】
高分子复合铁盐絮凝剂的研究进展
作者：佚名    文章来源：不详    点击数：    更新时间：2006-11-12


文章摘要： 关键词:铁盐 复合絮凝剂 水处理 研究进展 在市政、工业和民用用水与废水处理中，混凝技术是最为广泛应用的技术之一，絮凝剂是絮凝技术的关键环节之一，按其化学性质可以区分为无机絮凝剂和有机絮凝剂。无机絮凝剂的品种，主要是铁盐、铝盐及其水解聚合物。近年来，研制和应用聚合铝、铁、硅及各种复合型无机高分子絮凝剂成为热点。目前，日本、俄罗斯、西欧无机聚合类絮凝剂的生产已占絮凝剂总产量的30%-60%。由于铝系絮凝剂存在毒性问题，所以对铁系品种的研制、开发就成为无机高分子絮凝剂发展的重点。我国现有复合高分子铁盐絮凝剂的......




关键词:铁盐 复合絮凝剂 水处理 研究进展

在市政、工业和民用用水与废水处理中，混凝技术是最为广泛应用的技术之一，絮凝剂是絮凝技术的关键环节之一，按其化学性质可以区分为无机絮凝剂和有机絮凝剂。无机絮凝剂的品种，主要是铁盐、铝盐及其水解聚合物。近年来，研制和应用聚合铝、铁、硅及各种复合型无机高分子絮凝剂成为热点。目前，日本、俄罗斯、西欧无机聚合类絮凝剂的生产已占絮凝剂总产量的30%-60%。由于铝系絮凝剂存在毒性问题，所以对铁系品种的研制、开发就成为无机高分子絮凝剂发展的重点。我国现有复合高分子铁盐絮凝剂的品种：聚合氯化铝铁(PAFC)、聚合硅酸硫酸铁(PFSS)、聚合硅酸氯化铁(PFSC)、聚合氯硫酸铁(PFCS)、聚合硅酸铁(PF-SI)、聚合磷酸铝铁(PAFP)等。
1 作用原理
对无机絮凝剂作用机理的探讨一直是推动其发展的根本所在，传统铝、铁盐的絮凝作用机理，即以其水解形态与水体颗粒物进行电中和脱稳、吸附架桥或黏附网捕卷扫，从而形成粗大絮体再加以分离。由于水解反应极为迅速，传统铝、铁盐在水解过程中并未形成具有优势絮凝效果的形态。无机高分子絮凝剂之所以高效的原因，就是在于其预制过程中形成具有一定水解稳定性的优势絮凝形态为主的产物。有关聚合铁水溶液的研究表明，Fe(Ⅲ)具有强烈的水解倾向，其配位水分子可以连续离解失去质子而转化为结构羟基，从而生成多种可能的单体形式。继而快速聚合生成低聚体或晶核，并趋向于进一步聚集成高分子形态。而复合无机高分子絮凝剂具有更为突出的效果，其制备方法可以归结为两个大的方面：其一是在聚合铁的制造过程中引入一种或一种以上的阴离子，从而在一定程度上改变聚合物的形态结构及分布，制造出一类理想的新型聚合铁类絮凝剂；其二是依据协同增效的原理将聚合铁与一种或超过一种的其他化合物(包括有机的或无机的)复合制得一类新型高效絮凝剂。但是，在形态、聚合度及相应的凝聚-絮凝效果方面，无机高分子絮凝剂仍处于传统金属盐絮凝剂与有机絮凝剂之间。它的相对分子质量和粒度大小以及絮凝架桥能力仍比有机絮凝剂差很多，而且由于铁离子的热力学性能极不稳定，在水溶液中的溶解度非常小，最终将失稳或转化为晶形沉淀析出。因此如何控制其水解过程，并制备具有较强稳定性能的高分子形态为主的水解产物，是铁系无机高分子絮凝剂成功制备的关键与目标。
2 聚合硅酸类复合铁盐
在传统絮凝剂应用中，已有投加助凝剂来加强絮凝效果的做法。把活化硅酸作为硫酸亚铁的助凝剂投加，曾取得非常好的效果。聚硅酸(PSi)作为阴离子型絮凝剂具有很强的粘结聚集能力。把PSi的各种形态与阳离子性的Fe盐聚合物复合可以增强它的聚集能力，也可以提高PSi的稳定性。研究发现，聚合铁硅型复合絮凝剂形态分布随碱化度、氧化硅的种类和n(Si)/n(Fe)比的不同而有明显差异，其中碱化度是决定形态分布的主要因素。
2.1 聚合硅酸氯化铁
聚合氯化铁是无机高分子絮凝剂的主要品种之一。将聚硅酸与聚合氯化铁复合制得的复合絮凝剂同时兼有两者的絮凝特点，保存时间长，使用方便，而且与传统铁盐絮凝剂相比大大降低了腐蚀性。王东升等以低聚态硅酸为稳定剂，以三氯化铁、碳酸氢钠为原料制备不同聚合度的聚合氯化铁，而后与高聚合度的聚合硅酸复合，使其反应1-4h，制得聚合硅酸氯化铁絮凝剂产品。试验表明，其絮凝效果显著优于三氯化铁。
2.2 聚硅酸硫酸铁(PFSS)
将金属盐引入到聚硅酸中所制得的混凝剂称为聚硅酸金属盐絮凝剂。将铁离子作为偶联金属离子引入到聚硅酸中制得PFSS。研究表明，除浊效果随着n(Fe)/n(SiO2)的增大而提高，当n(Fe)/n(SiO2)达1.5左右时，PFSS的混凝效果趋于最佳。对于n(Fe)/n(SiO2)小的PFSS，在较低的pH范围内取得良好的除浊效果，随着n(Fe)/n(SiO2)升高，PFSS最佳除浊pH范围稍向较高的pH区域移动。
当PFSS用作混凝剂投进水中后，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，在PFSS最佳的除浊pH范围内，由于凝聚了的悬浮物带有较大的负电荷，表明PFSS的混凝过程显然不同于传统的铁盐混凝剂，PFSS表现出吸附架桥及黏附卷扫的典型特征。
3 聚合磷酸类复合铁盐
聚磷类复合铁盐是在聚合铁盐中引入了适量的磷酸盐，通过磷酸根的增聚作用，使得聚磷类复合铁盐中产生了新一类高电荷的带磷酸根的多核中间络合物。理论研究表明其混凝效能明显高于聚合铝(PAC)。文献[10]表明，PO4(3-)能影响Fe3+的水解反应，增加桥连作用，形成多核络合物，能显著提高聚合硫酸铁的絮凝速度和絮凝能力。
石太宏等在基于固体聚硫酸铁(PFS)的基础上提出一种固体聚磷硫酸铁(PPFS)的实验室制法。首先用FeSO4·7H2O制备固体PFS，然后将一定比例的PFS和Na3PO4·12H2O一起研磨，均匀搅拌后置于瓷坩锅中，再放入高温炉，在120-180℃下反应一定时间，得到淡黄色粉末状成品，即为PPFS絮凝剂。测试不同的n(P)/n(Fe)的PPFS的絮凝性能发现，随着n(P)/n(Fe)的提高，絮凝剂的絮凝能力不断提高，这与PO4(3-)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，n(P)/n(Fe)在0.3-0.4有较好的效果。在对某电镀废水的处理试验中，处于最佳pH和最佳投加量情况下，PPFS对CODMn和Cu2+都有很高的去除率。此外，还有研究发现聚磷硫酸铁絮凝剂对印染废水有较好的脱色效果。
4 铝铁共聚复合絮凝剂
铝系、铁系无机絮凝剂作为无机絮凝剂的两大类已有几十年的发展历史，单纯的铝盐存在着沉降速度慢，除色效果差等缺点，而单纯的铁盐虽然沉降速度快，除浊效果好，但铁盐具有很强的腐蚀性。因此将铝、铁共聚合成新的聚合物，使其兼具一般铝盐、铁盐的特点，成为新的研究方向。从结构特性看，聚合铝铁是铝盐和铁

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