聚合硅酸硫酸铁钙混凝剂的制备和性能研究

2013-09-14李战，鲁敏

东北电力大学学报 2013年4期

李战，鲁敏

(1.华电能源工程有限公司，哈尔滨 150000;2.东北电力大学化学工程学院，吉林吉林 132012)

聚硅酸盐类混凝剂因具有大分子结构，所以具有良好的吸附架桥能力和电荷中和能力。同时因其絮凝效果好、制备成本低、制备工艺简单和安全无毒等优点而得到了水处理界广泛的重视。该类混凝剂较聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铁(PFS)等具有更为优异的混凝性能，除浊、除色效率高，形成矾花迅速，絮体大且密实，沉降快[1－3]，因此人们主要侧重于复合型絮凝剂的制备及反应机理等基础研究，并且对聚硅酸铝盐及铁盐系列的研究日益深入成熟。据报道[4，5]，金属盐单独作用或和其它物质配合，具有杀菌、脱色、部分降解和氧化有机和无机杂质、去除悬浮物和胶体颗粒的作用。聚合硅酸与多种金属离子形成的聚合物，除具有单元无机高分子絮凝剂的共同优点外，因异核金属离子的交错排列能形成更长、更稳定的分子链，一方面增加其聚合度和分枝程度，提高了其网捕作用;另一方面金属离子的引入增加所带电荷量，增加其吸附点中和能力。通常情况下，参与聚合的种类越多，吸附表面积越大，形成的絮体越大，携带离子电荷更多。这就增加了其表面活性，达到了增加其吸附电中和能力，因而在加入的试剂量少于现用常规试剂的时候，却比常规试剂具有更高的效率。

本文通过向聚合硅酸溶液中加入适当比例的铁钙离子，制得复合二价金属钙离子的聚硅酸硫酸铁类絮凝剂——聚合硅酸硫酸铁钙，通过正交试验确定了最佳制备工艺;同时对其性能进行了研究，取得了较好的处理效果。

1 实验部分

1.1 仪器

pHS－2C精密酸度计;DBJ－621型定时变速搅拌器;JB－1型磁力加热搅拌器;浊度测定仪;

1.2 试剂

硅酸钠、硫酸铁和硫酸钙等均为A.R级;高岭土均为试剂级。

1.3 聚合物的制备

取适量Na2SiO3·9H2O溶解成一定浓度的溶液，加入稀硫酸搅拌，控制pH值。当溶液有一定粘度时停止，密封静置，进行熟化。然后取一定量聚硅酸，搅拌，并向溶液中加入硫酸铁和硫酸钙溶液，调节pH值，密封静置熟化。制得的聚合硅酸硫酸铁钙呈透明黏稠液体，稳定性好，可放置2－3个月。

1.4 絮凝实验

用高岭土和自来水配制浊度为100 mg/L人工浊液。取1000 mL水样分别加入一定量的PCFS，快速(120 r/min)搅拌1 min，慢速(60 r/min)搅拌5 min，静置15 min，取上清液测定剩余浊度。

2 结果与讨论

2.1 正交实验

本正交实验主要对PCFS制备过程中的主要影响因素:Fe/Si摩尔比(A)、Fe/Ca摩尔比(B)、活化时的pH值(C)和活化时间(h)(D)等进行优化。实验过程中SiO2含量为2.00%，采用四因素三水平设计正交实验，结果如表1所示。

表1 正交实验

由级差分析(表1)可知，PCFS制备过程中的影响因素大小为Fe/Si摩尔比(A)＞Fe/Ca摩尔比(B)＞活化时的pH值(C)＞活化时间(h)(D)。制备的最佳工艺条件为Fe/Si摩尔比=11，Fe/Ca摩尔比=51;活化时的pH值=2.0;活化时间=2 h。

2.2 絮凝效果影响因素的考察

2.2.1 水样pH值对絮凝效果的影响

改变水样的pH值，投加最佳工艺条件下制备的PCFS，进行混凝实验，考察对絮凝效果的影响。具体结果如图1所示。

结果表明，在酸性条件下，絮凝剂的效果十分有限。这是因为此时会丧失一部分的絮凝能力。碱性条件下，絮凝效果随逐渐变好的一个原因是，碱液本身就可以去除废水中的一些杂质。但从表中可以看出，pH值在6－9范围内，浊度值变化较小，说明PCFS的pH使用范围较广。这些规律均符合PCFS的卷扫及吸附的絮凝作用机理。

2.2.2 投加量对絮凝效果的影响

在最佳pH值范围内，其他条件同上，改变絮凝剂PCFS的投加量考察对絮凝效果的影响，具体结果如图2所示。

由图2可知，PCFS投加量过大和过小，絮凝效果都会略微变化。用量过小，不能完全破坏胶体稳定性，去浊率低;反之，絮凝剂用量过大即加入过量的反电荷，同样除浊率会降低。对于自配水样，PCFS的最佳投加量为10 mL/L。