淺析環境及健康友好型高效水處理絮凝劑——聚合硅酸鐵

譚 喨 劉春學 張 毅

(1.云南省地質環境監測院，云南 昆明 650216;2.云南財經大學城市與環境學院，云南 昆明 650221;3.云南梓康廷環保科技有限公司，云南 昆明 650203)

1.絮凝劑在水處理中的重要作用

目前在處理城市污水、建材廢水以及節水回用凈化處理工程技術領域中應用最廣、用量最大的就是水處理絮凝劑，因為它在廢水處理中發揮著很重要的作用。水處理絮凝劑的種類較多，性質也各不相同，但是總的說來，絮凝劑用于除去或降低水中濁度或懸浮物，使其產生大量顆粒的凝聚體，加快水中雜質和污泥沉降速度的化學藥品。水處理絮凝劑用途很廣，即可以自成獨立的處理系統，又可以與其它處理單元過程進行組合，作為預處理、中間處理和最終處理過程。按目前水廠絮凝劑一般平均投加量10～20 g/t 估算，全國僅城市用水每年絮凝劑需求量達60～80萬噸。工業廢水和城市污水處理所需絮凝劑約為80～100萬t/a，年銷售額為15～18 億元。從昆明地區看，目前飲用水大概需要350 噸/月的水處理絮凝劑，市政生活污水需要600 噸/月的水處理絮凝劑，工業污水處理需要1000 噸/月的水處理絮凝劑，僅僅一個造紙廠就有約1000 噸的需求。

2.酸性廢液的危害及處理方法

鋼材經鹽酸酸洗后，會產生大量的酸洗廢液。鹽酸酸洗廢液的組成主要是氯化氫、氯化亞鐵和水以及少量雜質。其含量隨酸洗工藝、操作溫度、鋼材品種和規格不同而異，一般含氯化亞鐵10～20%，氯化氫3～10%。酸性廢液直接外排的主要危害表現為:腐蝕管道、渠道和水工建筑物;排入水體后將改變水體的pH 值，影響水體的自凈作用，破壞河流的自然生態，導致水生資源減少或毀滅;滲入土壤則造成土質的鹽堿化，破壞土層的松疏狀態，影響農作物的生長和增產。

因此酸洗廢液按國家環保要求是不能直接排放的，傳統的處理方法是采用焙燒回收鹽酸法和中和法。其他的還有氯化鈣、三氯化鐵、聚合氯化鐵等方法。

焙燒回收鹽酸法投資巨大，一般企業無法接受。中和法是現有鋼鐵企業普遍采用的方法，但其存在的缺點也較突出，一方面要消耗大量的堿性藥劑(如燒堿、石灰等)，處理成本十分昂貴。另一方面又會生成大量難以處置的含鐵污泥，對環境造成變相二次污染。氯化鈣法是云南省目前唯一一家合法處理酸洗廢液工廠采用的方法，由于其產品中含鐵和也要處置的含鐵污泥的原因，目前運行并不是十分理想。因此，找到一種無二次污染并能變費為寶的處理酸性廢液的方法顯得尤為重要。而酸洗廢液正是制備聚合硅酸鐵的原料。利用酸洗廢液制備硅酸鐵不但處理了危害極大的酸洗廢液，而且能夠制備出水處理絮凝劑，產生經濟效益。實現了變廢為寶的目的。

3.目前使用的主要水處理絮凝劑及其缺點

水處理絮凝劑分為無機絮凝劑、有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑，尤其是在我國絮凝劑市場，無機高分子絮凝劑站總產量的八成以上。無機絮凝劑主要有鋁鹽和鐵鹽兩種，如硫酸鋁、聚氧化鋁、氯化鐵和硫酸亞鐵等。有機絮凝劑按其帶電性可分了陰離子型、陽離子型和非離子型三類。主要有聚丙烯酸鈉、羧甲基纖維素(陰離子型)、聚乙烯基亞胺(陽離子型)、聚環氧乙烷、聚丙烯酰胺(非離子型)等，而微生物絮凝劑多為糖蛋白、粘多糖、蛋白質、纖維素、DNA 等高分子化合物，相對分子質量在105 以上。此外，常用的聚鋁等鋁系混凝劑存在著干擾磷代謝、抑制胃蛋白酶活性、對中樞神經有不良影響、能引起神經系統疾病等諸多問題。

4.聚合硅酸鐵的優點

活性硅酸具有很好的助凝效果，而且可以避免有機高分子可能對人體健康和自然環境構成的威脅。因此，它在水處理領域得到廣泛應用。尤其在對低溫低濁度的源水處理方面，表現出明顯的優勢。但活性硅酸穩定性差、容易聚合凝膠，因此大大限制了其進一步工業化應用。在聚合硅酸中引入金屬離子得到的聚合金屬鹽，由于增加了硅酸的穩定性和混凝效果，故表現出許多有機高分子絮凝劑的性質。不僅可與溶解有機物的極性基團、帶負電荷膠體顆粒之間產生靜電作用 (降低電位、壓縮雙電層)從而促進絮凝的發生，而且由于它的鏈狀和網狀聚合分子結構使其具有捕集、架橋和卷掃等功能，可加快絮凝沉降速度。因此自20 世紀90年代由日本研究開發出聚合硅酸鐵之后，其就以優良的混凝性能、低成本和對人類及環境的高安全性而得到青睞，展現出在凈水處理等領域廣闊的應用前景。

使用酸洗廢液的銷售成本為453.53 元，不使用酸洗廢液的銷售成本為705.32 元。但即使不使用酸洗廢液做原料，聚合硅酸鐵也比目前使用最廣泛的聚合氯化鋁更有價格優勢。

5、結論

因此，無論從性能、價格、環境和健康安全性上聚合硅酸鐵都是聚合氯化鋁的替代產品。最重要的是聚合硅酸鐵的制備可以達到是酸洗廢液資源化利用的目的，解決酸洗廢液處理的難題［6］。而且在聚合硅酸鐵的生產過程中由于所有參與反應的原料最后都會完全在產品中，所以無任何生產廢棄物。各反應都在常溫下進行，也就沒有了尾氣，同時也就不需要加熱，相關能耗很低［7，8］。總的來說，聚合硅酸鐵生產是無三廢的環境和健康友好型高效水處理絮凝劑產品。

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