聚合氯化鐵處理贛江飲用水的實(shí)驗(yàn)研究

魯秀國(guó)，武今巾，黃林長(zhǎng)，張耀

(華東交通大學(xué) 土木建筑學(xué)院，江西 南昌 330013)

本實(shí)驗(yàn)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(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

贛江水(贛江屬于三類(lèi)地表水體)，取自江西南昌秋水廣場(chǎng)；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(shí)驗(yàn)用水為蒸餾水。

JPHS-3E型pH計(jì)；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(shí)驗(yàn)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(yīng)時(shí)間40～50 min。加入鹽酸8 mL，穩(wěn)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(shí)驗(yàn)制備的PFC和市場(chǎng)上銷(xiāo)售的PFC配制成20 g/L的PFC溶液，用酸或者堿調(diào)pH至 3～5[10]。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

根據(jù)江西省環(huán)保部門(mén)的監(jiān)測(cè)，整條贛江(Ⅰ～Ⅲ)類(lèi)水質(zhì)保持在80%以上[11]。因此，本次絮凝實(shí)驗(yàn)不考慮COD的去除效果，重點(diǎn)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(shí)驗(yàn)攪拌儀下，攪拌下加入PFC溶液。攪拌一段時(shí)間后，靜置至完全沉淀。取液面以下2～3 cm處的上清液進(jìn)行水質(zhì)分析?？疾霵FC投加量、水pH值、溫度、轉(zhuǎn)速、沉降時(shí)間等因數(shù)對(duì)絮凝性能的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 PFC的投加量對(duì)濁度的影響

用堿將贛江水的pH值調(diào)到7～8，常溫下，轉(zhuǎn)速100 r/min，投加PFC進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)結(jié)束后靜置30 min，考察PFC的投加量對(duì)濁度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

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

由圖1可知，自制和市場(chǎng)PFC對(duì)濁度的影響表現(xiàn)出先快速下降，后逐漸升高；在投加量相同的情況下，市場(chǎng)PFC對(duì)濁度的去除效果更好；市場(chǎng)PFC投加量150 mg/L時(shí)，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(huì)發(fā)生絮凝反應(yīng)，膠體懸浮在水中，絮凝效果自然差；在絮凝劑不斷增加時(shí)，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(wěn)，最終沉淀下來(lái)；絮凝劑投加過(guò)多，會(huì)使得水中帶負(fù)電的粒子發(fā)生改變，出現(xiàn)膠體粒子相互排斥，表現(xiàn)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(duì)濁度的影響

用酸或堿調(diào)贛江水的pH值，在常溫，轉(zhuǎn)速100 r/min，PFC投加量200 mg/L下進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)結(jié)束后靜置30 min?？疾靝H對(duì)濁度的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 pH值對(duì)濁度的影響Fig.2 Effect of pH on turbidity

由圖2可知，剩余濁度呈現(xiàn)出先減小后維持不變，最后升高的趨勢(shì)；自制PFC與市場(chǎng)PFC相比，對(duì)pH的適應(yīng)性強(qiáng)，自制PFC在pH為7～9范圍內(nèi)，剩余濁度基本變化不大，其中pH為7.2時(shí)，剩余濁度為5.33 NTU，去除率達(dá)到了79.5%，而市場(chǎng)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(shí)，PFC中的鐵離子無(wú)法水解，導(dǎo)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(tài)的羥基絡(luò)合物，故絮凝效果提高，當(dāng)pH超過(guò)一定的范圍，鐵離子水解產(chǎn)生沉淀，無(wú)法發(fā)揮電性中和及網(wǎng)捕卷掃的作用，故濁度去除效果差。

2.3 溫度對(duì)濁度的影響

用堿將贛江水的pH值調(diào)到8～9，轉(zhuǎn)速100 r/min，PFC投加量為200 mg/L，調(diào)節(jié)反應(yīng)溫度，進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)結(jié)束后靜置30 min，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 溫度對(duì)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(gè)低濁度的范圍，市場(chǎng)PFC對(duì)濁度的去除比自制的高，溫度45 ℃時(shí)，自制PFC和市場(chǎng)PFC處理贛江水后的濁度為4.31 NTU和2.05 NTU，對(duì)濁度去除率達(dá)到了87.1%和93.1%。原因是：溫度升高，水中膠粒粒子運(yùn)動(dòng)速率加快，單位時(shí)間發(fā)生碰撞的次數(shù)增加；同時(shí)絮凝劑的金屬離子發(fā)生水解反應(yīng)，水解反應(yīng)本身就是吸熱反應(yīng)，故絮凝效果增強(qiáng)。綜合考慮，該絮凝溫度保持常溫即可。

2.4 轉(zhuǎn)速對(duì)濁度的影響

用堿將贛江水的pH值調(diào)到8～9，設(shè)置轉(zhuǎn)速，PFC投加量200 mg/L，在常溫進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)結(jié)束后靜置30 min，結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4可知，反應(yīng)后水的剩余濁度在一定范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速越快，剩余濁度越低，當(dāng)轉(zhuǎn)速超過(guò)某個(gè)值的時(shí)候，轉(zhuǎn)速越高濁度反而越高，其中自制PFC在轉(zhuǎn)速150 r/min時(shí)，剩余濁度為4.74 NTU，濁度去除率達(dá)到了85.8%；市場(chǎng)PFC在轉(zhuǎn)速100 r/min時(shí)，剩余濁度為3.27 NTU，去除率達(dá)到了90.2%。主要原因是：絮凝反應(yīng)在攪拌的過(guò)程中，轉(zhuǎn)速越快，有利于藥劑快速均勻的進(jìn)入水中，進(jìn)而形成礬花沉淀下去，當(dāng)轉(zhuǎn)速太快時(shí)，礬花不容易形成或者已經(jīng)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(zhuǎn)速是150 r/min。

圖4 轉(zhuǎn)速對(duì)濁度的影響Fig.4 Effect of rotation speed on turbidity

2.5 沉降時(shí)間對(duì)濁度的影響

用堿將贛江水的pH值調(diào)到8～9，轉(zhuǎn)速150 r/min，PFC投加量200 mg/L，常溫下進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)結(jié)束每隔5 min取上清液測(cè)定剩余濁度，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 沉降時(shí)間對(duì)濁度的影響Fig.5 Effect of sedimentation time on turbidity

由圖5可知，市場(chǎng)PFC和自制PFC的沉降性能還是有差別的，市場(chǎng)PFC在15 min時(shí)，已經(jīng)沉降完成，而自制的PFC需要的沉降時(shí)間為20 min。當(dāng)自制的PFC投加量為200 mg/L，轉(zhuǎn)速150 r/min，水pH值為8～9，在常溫下進(jìn)行絮凝反應(yīng)，沉降20 min后，剩余濁度為4.68 NTU，去除率86.0%。

3 結(jié)論

(1)用鹽酸酸洗廢液制備PFC，將其與市場(chǎng)上銷(xiāo)售的PFC進(jìn)行絮凝實(shí)驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)條件相同情況下，自制PFC比市場(chǎng)PFC對(duì)贛江水濁度的去除率低，其產(chǎn)品性能是可以接受的。

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