聚合氯化鐵處理贛江飲用水的實驗研究

魯秀國，武今巾，黃林長，張耀

(華東交通大學 土木建筑學院，江西 南昌 330013)

本實驗利用廢棄的鹽酸酸洗廢液制備PFC，用于贛江飲用水的處理，為生活中酸洗廢液制備PFC提供一定依據。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

贛江水(贛江屬于三類地表水體)，取自江西南昌秋水廣場；鹽酸酸洗廢液，取自河北衡水某鋼鐵廠；硫酸、鹽酸、氫氧化鈉、高錳酸鉀、氯酸鈉、草酸鈉、磷酸氫二鉀等均為分析純；實驗用水為蒸餾水。

JPHS-3E型pH計；AL204電子分析天平；87-1磁力加熱攪拌器；TDT-2型濁度儀；TA6-1程控混凝實驗攪拌儀。

1.2 PFC絮凝劑的制備

取100 mL的酸洗廢液，加入氯酸鈉4.3 g，反應時間40～50 min。加入鹽酸8 mL，穩定劑(磷酸氫二鉀)0.1 g，熟化12 h，得到具有一定鹽基度的PFC[9]。

分別將實驗制備的PFC和市場上銷售的PFC配制成20 g/L的PFC溶液，用酸或者堿調pH至 3～5[10]。

1.3 實驗方法

根據江西省環保部門的監測，整條贛江(Ⅰ～Ⅲ)類水質保持在80%以上[11]。因此，本次絮凝實驗不考慮COD的去除效果，重點考察濁度的去除效果。

取500 mL贛江水于1 L燒杯中，將其置于程控混凝實驗攪拌儀下，攪拌下加入PFC溶液。攪拌一段時間后，靜置至完全沉淀。取液面以下2～3 cm處的上清液進行水質分析。考察PFC投加量、水pH值、溫度、轉速、沉降時間等因數對絮凝性能的影響。

2 結果與討論

2.1 PFC的投加量對濁度的影響

用堿將贛江水的pH值調到7～8，常溫下，轉速100 r/min，投加PFC進行絮凝實驗，反應結束后靜置30 min，考察PFC的投加量對濁度的影響，結果見圖1。

圖1 投加量對濁度的影響Fig.1 Effect of dosage on turbidity

由圖1可知，自制和市場PFC對濁度的影響表現出先快速下降，后逐漸升高；在投加量相同的情況下，市場PFC對濁度的去除效果更好；市場PFC投加量150 mg/L時，效果最佳，剩余濁度為4.15 NTU，去除率為87.5%；自制PFC最佳投加量為200 mg/L，剩余濁度為7.03 NTU，去除率為78.9%。主要原因是：投加量太少，水中的膠體會發生絮凝反應，膠體懸浮在水中，絮凝效果自然差；在絮凝劑不斷增加時，PFC是高分子絮凝劑，具有吸附架橋、電性中和，使得水中的膠體離子脫穩，最終沉淀下來；絮凝劑投加過多，會使得水中帶負電的粒子發生改變，出現膠體粒子相互排斥，表現出濁度去除效果下降。因此，PFC最佳投加量為200 mg/L。

2.2 pH值對濁度的影響

用酸或堿調贛江水的pH值，在常溫，轉速100 r/min，PFC投加量200 mg/L下進行絮凝實驗，反應結束后靜置30 min。考察pH對濁度的影響，結果見圖2。

圖2 pH值對濁度的影響Fig.2 Effect of pH on turbidity

由圖2可知，剩余濁度呈現出先減小后維持不變，最后升高的趨勢；自制PFC與市場PFC相比，對pH的適應性強，自制PFC在pH為7～9范圍內，剩余濁度基本變化不大，其中pH為7.2時，剩余濁度為5.33 NTU，去除率達到了79.5%，而市場PFC的最佳pH為9.5，剩余濁度為2.43 NTU，濁度的去除率92.4%。原因在于：pH值較低時，PFC中的鐵離子無法水解，導致電性中和能力差，隨著pH值的升高，絮凝劑中的鐵離子水解形成不同形態的羥基絡合物，故絮凝效果提高，當pH超過一定的范圍，鐵離子水解產生沉淀，無法發揮電性中和及網捕卷掃的作用，故濁度去除效果差。

2.3 溫度對濁度的影響

用堿將贛江水的pH值調到8～9，轉速100 r/min，PFC投加量為200 mg/L，調節反應溫度，進行絮凝實驗，反應結束后靜置30 min，結果見圖3。

圖3 溫度對濁度的影響Fig.3 Effect of temperature on turbidity

由圖3可知，隨著溫度的升高剩余濁度逐漸減小，總體上看，剩余濁度都維持在一個低濁度的范圍，市場PFC對濁度的去除比自制的高，溫度45 ℃時，自制PFC和市場PFC處理贛江水后的濁度為4.31 NTU和2.05 NTU，對濁度去除率達到了87.1%和93.1%。原因是：溫度升高，水中膠粒粒子運動速率加快，單位時間發生碰撞的次數增加；同時絮凝劑的金屬離子發生水解反應，水解反應本身就是吸熱反應，故絮凝效果增強。綜合考慮，該絮凝溫度保持常溫即可。

2.4 轉速對濁度的影響

用堿將贛江水的pH值調到8～9，設置轉速，PFC投加量200 mg/L，在常溫進行絮凝實驗，反應結束后靜置30 min，結果見圖4。

由圖4可知，反應后水的剩余濁度在一定范圍內，轉速越快，剩余濁度越低，當轉速超過某個值的時候，轉速越高濁度反而越高，其中自制PFC在轉速150 r/min時，剩余濁度為4.74 NTU，濁度去除率達到了85.8%；市場PFC在轉速100 r/min時，剩余濁度為3.27 NTU，去除率達到了90.2%。主要原因是：絮凝反應在攪拌的過程中，轉速越快，有利于藥劑快速均勻的進入水中，進而形成礬花沉淀下去，當轉速太快時，礬花不容易形成或者已經形成的礬花被打碎，懸浮在液面未沉淀下去，故而剩余濁度高。因此，自制PFC最佳轉速是150 r/min。

圖4 轉速對濁度的影響Fig.4 Effect of rotation speed on turbidity

2.5 沉降時間對濁度的影響

用堿將贛江水的pH值調到8～9，轉速150 r/min，PFC投加量200 mg/L，常溫下進行絮凝實驗，反應結束每隔5 min取上清液測定剩余濁度，結果見圖5。

圖5 沉降時間對濁度的影響Fig.5 Effect of sedimentation time on turbidity

由圖5可知，市場PFC和自制PFC的沉降性能還是有差別的，市場PFC在15 min時，已經沉降完成，而自制的PFC需要的沉降時間為20 min。當自制的PFC投加量為200 mg/L，轉速150 r/min，水pH值為8～9，在常溫下進行絮凝反應，沉降20 min后，剩余濁度為4.68 NTU，去除率86.0%。

3 結論

(1)用鹽酸酸洗廢液制備PFC，將其與市場上銷售的PFC進行絮凝實驗對比，發現在反應條件相同情況下，自制PFC比市場PFC對贛江水濁度的去除率低，其產品性能是可以接受的。

(2)自制PFC在投加量200 mg/L，轉速150 r/min，pH值8～9，常溫下進行絮凝反應，沉降20 min，反應最佳，反應后剩余濁度為4.68 NTU，去除率86.0%。