絮凝劑聚合硫酸鐵的制備方法對比分析

郭立新，王開花(呼和浩特民族學院，內蒙古 呼和浩特 010051)

0 引言

近年來，現代化工技術發展日新月異，在廢水處理方面絮凝劑的種類更是數不勝數，總體分為物理法、化學法和生物法。生物法利用微生物降解作用和絮凝劑絮凝作用將水體中的大部分污染物絮凝處理成本較低。物理化學法主要有吸附法和電化學法，但此法對于高濃度廢水的處理效果并不理想，對吸附設備也有較高的要求。

化學沉淀法應用范圍廣泛，該法制備的絮凝劑一般分為有機絮凝劑和無機絮凝劑，有機絮凝劑種類多，最具有代表性的是聚丙烯酰胺，但是這種絮凝劑的制備工序和流程都比較復雜，造價成本高，且處理過程易產生有機副產物。無機高分子絮凝劑制備流程簡易、造價低、處理效果良好且對環境無害，最具代表的有聚合硫酸鐵。聚合硫酸鐵的優點很多，主要有來源廣、絮凝效果好、價格低廉、可以去除水中BOD、COD及大部分重金屬離子等有點，應用于重度污染的河湖治理、工業廢水的處理和污水處理廠的運行等。

1 聚合硫酸鐵絮凝劑的研究現狀

1974年日本鐵礦業株式會社第一次以硫酸亞鐵和硫酸為原料，通過亞硝酸鈉催化氧化硫酸亞鐵經反應17個小時后制得聚合硫酸鐵絮凝劑[1],從此打開了聚合硫酸絮凝劑的大門，聚合硫酸絮凝劑如雨后春筍一般開始了蓬勃的發展。

經過近20年的研究，我國學者對聚合硫酸鐵的制備來源的研究有了很大的進步，更多的向工業廢渣和廢酸的方向發展，通過廢酸溶解廢渣獲得母液來制取聚合硫酸絮凝劑。楊杰等[2]利用不同的氧化劑制備了聚合硫酸鐵，并以鹽基度為考察標準，研究了氧化劑的種類、反應溫度、反應時間以及硫酸亞鐵與硫酸的摩爾比對反應工藝的影響。張愛麗等[3]將聚合硅酸與聚合硫酸鐵復合得到F-PFS。張開仕等[4]利用粉煤灰、廢鐵屑、廢硫酸等廢棄物制備出了性能較好的絮凝劑PFASS。劉佩紅等[5]采用硫鐵礦燒渣為主要原料，生產制備新型聚合雙酸鐵鋁混凝劑及其水處理混凝性能進行了研究。白風榮等[6]以赤鐵礦為主要原料，用硫酸提取Al3+、Fe3+制備了聚合硫酸鋁鐵(PAFS)。上述研究為后續聚合硫酸絮凝劑的研究提供了寶貴的經驗和啟發，學者們陸續發現了更多的可行之路。

2 聚合硫酸鐵的制備

一般的聚合硫酸鐵絮凝原理較為簡單，可以概括為吸附架橋、壓縮雙電層、吸附電中和、網捕卷掃等原理。通常由催化劑催化硫酸亞鐵氧化為硫酸鐵，然后通過控制硫酸鐵水解過程，使其形成不同形態的羥基化合物，最后由不同羥基類鐵化物聚合形成不同類型的大分子羥基絡合物。

2.1 用催化濕式過硫酸鈉氧化脫硫廢渣制備聚合硫酸鐵

郭冉等[7]利用熱輔助脫硫廢渣中的Fe2+活化Na2S2O8獲得SO42-，然后硫酸根自由基氧化脫硫廢渣中的硫化物和低價態鐵制得硫酸鐵母液。該方法的制備條件是調節母液的初始pH為9，調節反應溫度為55 ℃、反應時間為2 h，此條件下Fe2(SO4)3水解后聚合成聚合硫酸鐵絮凝劑。本方法利用熱輔助脫硫廢渣活化Na2S2O8，活化率提高了5.5倍，反應速度有很大的提高。

2.2 用稀土鑭改性制備聚合硫酸鐵

拜俊岑等[8]利用稀土鑭對絮凝劑進行改性處理，制備固體稀土鑭改性聚合硫酸鐵絮凝劑。它的作用原理同有機絮凝劑類似，利用稀土鑭在一定程度上增長絮凝劑的鏈狀架構，即可以獲得絮凝效果優良，吸附能力強的成品。利用稀土鑭對絮凝劑改性處理，增長鏈結構，大大增強其吸附能力。

2.3 利用鋁箔廢酸制備聚合硫酸鐵鋁

張驍等[9]以鋁箔酸洗廢液為原料，通過酸溶—堿化—水解熟化等工序制備了聚合硫酸鐵鋁。此方法多應用于鋁制工業中，具有以廢治廢的特點、成本低、操作簡單。不僅可以回收鋁資源，還可以減少固體廢渣排放量，同時具有良好的經濟效益和環保效益。缺點是反應時間較長，且對硫酸濃度有較高要求。

2.4 固體生物聚合硫酸鐵的制備

徐小慧等[10]以工業FeSO4·7H2O為原料，制備生物聚合硫酸鐵(BPFS)，利用減壓蒸發技術進一步制得固體生物聚合硫酸鐵。對該產品進行結構分析，分析表明該產物是一種非晶態物質，固體粉末顆粒沒有呈現特定的晶型結構、密度小、分子比表面積大。結構分析表明了該產品在吸附微小顆粒方面有著獨特的優勢。

3 聚合硫酸鐵制備方法對比分析

通過對上述四種方法的制備條件和絮凝效果進行數據總結，可以得到表1的數據。

表1 四種方法的制備條件對比

由表1可以看出，聚合硫酸鐵的制備具有相當廣泛的來源，而且大部分來源廣泛、價格低廉。其中，每種絮凝劑在其制備的過程對配料比、pH、酸度和鹽基度都有嚴格的要求。如表1所示，催化法的配料比要嚴格控制在1.5、pH在9左右才能制備出成品，如果配料比大于1.5時，則會導致亞鐵離子不能完全氧化過硫酸根離子，無法生成硫酸；配料比小于1.5時，則會導致亞鐵離子過量，多于的亞鐵離子會污染母液，使得產品不純。同樣的，其他三種方法如果不按照規定的條件去制備，也會造成此類問題。

4 結語

通過對國內廣泛應用的四種絮凝劑制備方法的分析，可以看出四種方法各有優劣，這是由于每種絮凝劑所作用的環境不一樣導致的。針對排污量小、規模小的企業適用于催化法制取的聚合硫酸鐵；稀土鑭改性法制取的聚合硫酸鐵尚處于研究和開發階段；酸溶堿化法制取的聚合硫酸鐵適用于出水要求高、規模大的企業；固體生物法也處于研究和開發，但是該法與微生物相結合，如果能克服缺點，就能得到長足發展。學者們充分發揮了因地制宜的思想，根據環境和條件的不同研究出了最適合生產的絮凝劑。絮凝劑的發展不僅能提高產能，也可以減少排放。

學者們在不同的方向上對絮凝劑展開了研究，不遺余力地研究出了與生產相對應的制備方法，雖然每種方法都有不足之處。但這并不影響絮凝劑在水處理工程中的重要應用，絮凝劑的發展也是保護環境、提高產能、加大社會經濟效益的重要環節。