浅析环境及健康友好型高效水处理絮凝剂——聚合硅酸铁

谭 喨 刘春学 张 毅

(1.云南省地质环境监测院，云南 昆明 650216;2.云南财经大学城市与环境学院，云南 昆明 650221;3.云南梓康廷环保科技有限公司，云南 昆明 650203)

1.絮凝剂在水处理中的重要作用

目前在处理城市污水、建材废水以及节水回用净化处理工程技术领域中应用最广、用量最大的就是水处理絮凝剂，因为它在废水处理中发挥着很重要的作用。水处理絮凝剂的种类较多，性质也各不相同，但是总的说来，絮凝剂用于除去或降低水中浊度或悬浮物，使其产生大量颗粒的凝聚体，加快水中杂质和污泥沉降速度的化学药品。水处理絮凝剂用途很广，即可以自成独立的处理系统，又可以与其它处理单元过程进行组合，作为预处理、中间处理和最终处理过程。按目前水厂絮凝剂一般平均投加量10～20 g/t 估算，全国仅城市用水每年絮凝剂需求量达60～80万吨。工业废水和城市污水处理所需絮凝剂约为80～100万t/a，年销售额为15～18 亿元。从昆明地区看，目前饮用水大概需要350 吨/月的水处理絮凝剂，市政生活污水需要600 吨/月的水处理絮凝剂，工业污水处理需要1000 吨/月的水处理絮凝剂，仅仅一个造纸厂就有约1000 吨的需求。

2.酸性废液的危害及处理方法

钢材经盐酸酸洗后，会产生大量的酸洗废液。盐酸酸洗废液的组成主要是氯化氢、氯化亚铁和水以及少量杂质。其含量随酸洗工艺、操作温度、钢材品种和规格不同而异，一般含氯化亚铁10～20%，氯化氢3～10%。酸性废液直接外排的主要危害表现为:腐蚀管道、渠道和水工建筑物;排入水体后将改变水体的pH 值，影响水体的自净作用，破坏河流的自然生态，导致水生资源减少或毁灭;渗入土壤则造成土质的盐碱化，破坏土层的松疏状态，影响农作物的生长和增产。

因此酸洗废液按国家环保要求是不能直接排放的，传统的处理方法是采用焙烧回收盐酸法和中和法。其他的还有氯化钙、三氯化铁、聚合氯化铁等方法。

焙烧回收盐酸法投资巨大，一般企业无法接受。中和法是现有钢铁企业普遍采用的方法，但其存在的缺点也较突出，一方面要消耗大量的碱性药剂(如烧碱、石灰等)，处理成本十分昂贵。另一方面又会生成大量难以处置的含铁污泥，对环境造成变相二次污染。氯化钙法是云南省目前唯一一家合法处理酸洗废液工厂采用的方法，由于其产品中含铁和也要处置的含铁污泥的原因，目前运行并不是十分理想。因此，找到一种无二次污染并能变费为宝的处理酸性废液的方法显得尤为重要。而酸洗废液正是制备聚合硅酸铁的原料。利用酸洗废液制备硅酸铁不但处理了危害极大的酸洗废液，而且能够制备出水处理絮凝剂，产生经济效益。实现了变废为宝的目的。

3.目前使用的主要水处理絮凝剂及其缺点

水处理絮凝剂分为无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂，尤其是在我国絮凝剂市场，无机高分子絮凝剂站总产量的八成以上。无机絮凝剂主要有铝盐和铁盐两种，如硫酸铝、聚氧化铝、氯化铁和硫酸亚铁等。有机絮凝剂按其带电性可分了阴离子型、阳离子型和非离子型三类。主要有聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素(阴离子型)、聚乙烯基亚胺(阳离子型)、聚环氧乙烷、聚丙烯酰胺(非离子型)等，而微生物絮凝剂多为糖蛋白、粘多糖、蛋白质、纤维素、DNA 等高分子化合物，相对分子质量在105 以上。此外，常用的聚铝等铝系混凝剂存在着干扰磷代谢、抑制胃蛋白酶活性、对中枢神经有不良影响、能引起神经系统疾病等诸多问题。

4.聚合硅酸铁的优点

活性硅酸具有很好的助凝效果，而且可以避免有机高分子可能对人体健康和自然环境构成的威胁。因此，它在水处理领域得到广泛应用。尤其在对低温低浊度的源水处理方面，表现出明显的优势。但活性硅酸稳定性差、容易聚合凝胶，因此大大限制了其进一步工业化应用。在聚合硅酸中引入金属离子得到的聚合金属盐，由于增加了硅酸的稳定性和混凝效果，故表现出许多有机高分子絮凝剂的性质。不仅可与溶解有机物的极性基团、带负电荷胶体颗粒之间产生静电作用 (降低电位、压缩双电层)从而促进絮凝的发生，而且由于它的链状和网状聚合分子结构使其具有捕集、架桥和卷扫等功能，可加快絮凝沉降速度。因此自20 世纪90年代由日本研究开发出聚合硅酸铁之后，其就以优良的混凝性能、低成本和对人类及环境的高安全性而得到青睐，展现出在净水处理等领域广阔的应用前景。

使用酸洗废液的销售成本为453.53 元，不使用酸洗废液的销售成本为705.32 元。但即使不使用酸洗废液做原料，聚合硅酸铁也比目前使用最广泛的聚合氯化铝更有价格优势。

5、结论

因此，无论从性能、价格、环境和健康安全性上聚合硅酸铁都是聚合氯化铝的替代产品。最重要的是聚合硅酸铁的制备可以达到是酸洗废液资源化利用的目的，解决酸洗废液处理的难题［6］。而且在聚合硅酸铁的生产过程中由于所有参与反应的原料最后都会完全在产品中，所以无任何生产废弃物。各反应都在常温下进行，也就没有了尾气，同时也就不需要加热，相关能耗很低［7，8］。总的来说，聚合硅酸铁生产是无三废的环境和健康友好型高效水处理絮凝剂产品。

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