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混凝是水处理工艺中的一项重要技术,在生产、生活中用水及污水处理中都有广泛应用,混凝过程中所需的絮凝剂用量较大、总类也较多。发展经济、高效的絮凝剂是社会的需求,聚合硫酸铁(Polv Ferric Sulfate,简称PFS)作为一种无毒的、高效的无机高分子絮凝剂,凭借其优良的处理性能,在水处理中得到越来越广泛的应用。
硫酸法生产钛白粉过程中产生的污染物种类较多,包括废气、废渣、废水,而且污染物总量较大,其中以废酸和硫酸亚铁产生量最多、污染最严重,目前多数生产企业没有很好的处置和利用这部分污染物,对厂区和周围环境造成严重危害,并一定程度影响企业的经济效益。
以江苏太白集团有限公司钛白粉生产中的硫酸亚铁和废硫酸为原料,添加适当的催化剂和氧化剂,在常压中温条件下,成功制备了混凝剂PFS;对制备PFS产品的微观品质进行多方面表征;以高岭土悬浊液、酸性红模拟废水、江苏坤风纺织品有限公司印染废水为试验对象,分析了影响混凝效果的主要因素,研究了自制絮凝剂在浊度、SS、色度、COD等污染指标上的去除效果;同时与市售聚合硫酸铁絮凝剂的混凝效果进行了对比试验。
实验室制备PFS的最优条件为:七水硫酸亚铁用量200g,废硫酸用量70mL,氧化剂H2O2用量40mL,催化剂亚硝酸钠用量3g,氧化聚合反应温度70℃,反应时间3.5 h,n[SO42-]/n[Fe]比为1.25。
制备的PFS经X-射线衍射、扫描电镜、透射电镜及红外光谱法进行结构、形态特征分析,产品PFS为含有少量晶体的无定型结构的羟基硫酸铁的聚合物。
制备的PFS处理性能良好,在处理模拟废水和实际废水时,絮体生长速率快,絮体颗粒达到平衡耗时短,最终絮体平均粒径较大。
在处理模拟废水时,处理效果影响因素大小顺序为:药剂投加量,溶液pH值,搅拌速度,沉淀时间;最佳絮凝组合条件为:PFS投加量50mg/L,溶液pH=8,慢搅拌速度30r/min,沉淀时间15min。
在处理实际印染废水时,絮凝剂的投加量和废水pH值对混凝效果影响较大,当投加量为500mg/L,废水pH=7~10时,对水样COD、SS和色度均有最佳的处理效果,分别为70%、89%、86%。自制PFS与市售PFS产品的处理效果相当。
本研究制备PFS具有工艺简单,反应时间短,生产成本较低,产品质量较高等特点,既解决了钛白粉厂硫酸亚铁和废酸的处理难题,又可变废为宝,实现污染物、废弃物的资源化利用,研究成果应用于钛白粉生产企业,可产生较好的环境效益和经济效益。