聚合氯化铁处理赣江饮用水的实验研究

鲁秀国，武今巾，黄林长，张耀

(华东交通大学 土木建筑学院，江西 南昌 330013)

本实验利用废弃的盐酸酸洗废液制备PFC，用于赣江饮用水的处理，为生活中酸洗废液制备PFC提供一定依据。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

赣江水(赣江属于三类地表水体)，取自江西南昌秋水广场；盐酸酸洗废液，取自河北衡水某钢铁厂；硫酸、盐酸、氢氧化钠、高锰酸钾、氯酸钠、草酸钠、磷酸氢二钾等均为分析纯；实验用水为蒸馏水。

JPHS-3E型pH计；AL204电子分析天平；87-1磁力加热搅拌器；TDT-2型浊度仪；TA6-1程控混凝实验搅拌仪。

1.2 PFC絮凝剂的制备

取100 mL的酸洗废液，加入氯酸钠4.3 g，反应时间40～50 min。加入盐酸8 mL，稳定剂(磷酸氢二钾)0.1 g，熟化12 h，得到具有一定盐基度的PFC[9]。

分别将实验制备的PFC和市场上销售的PFC配制成20 g/L的PFC溶液，用酸或者碱调pH至 3～5[10]。

1.3 实验方法

根据江西省环保部门的监测，整条赣江(Ⅰ～Ⅲ)类水质保持在80%以上[11]。因此，本次絮凝实验不考虑COD的去除效果，重点考察浊度的去除效果。

取500 mL赣江水于1 L烧杯中，将其置于程控混凝实验搅拌仪下，搅拌下加入PFC溶液。搅拌一段时间后，静置至完全沉淀。取液面以下2～3 cm处的上清液进行水质分析。考察PFC投加量、水pH值、温度、转速、沉降时间等因数对絮凝性能的影响。

2 结果与讨论

2.1 PFC的投加量对浊度的影响

用碱将赣江水的pH值调到7～8，常温下，转速100 r/min，投加PFC进行絮凝实验，反应结束后静置30 min，考察PFC的投加量对浊度的影响，结果见图1。

图1 投加量对浊度的影响Fig.1 Effect of dosage on turbidity

由图1可知，自制和市场PFC对浊度的影响表现出先快速下降，后逐渐升高；在投加量相同的情况下，市场PFC对浊度的去除效果更好；市场PFC投加量150 mg/L时，效果最佳，剩余浊度为4.15 NTU，去除率为87.5%；自制PFC最佳投加量为200 mg/L，剩余浊度为7.03 NTU，去除率为78.9%。主要原因是：投加量太少，水中的胶体会发生絮凝反应，胶体悬浮在水中，絮凝效果自然差；在絮凝剂不断增加时，PFC是高分子絮凝剂，具有吸附架桥、电性中和，使得水中的胶体离子脱稳，最终沉淀下来；絮凝剂投加过多，会使得水中带负电的粒子发生改变，出现胶体粒子相互排斥，表现出浊度去除效果下降。因此，PFC最佳投加量为200 mg/L。

2.2 pH值对浊度的影响

用酸或碱调赣江水的pH值，在常温，转速100 r/min，PFC投加量200 mg/L下进行絮凝实验，反应结束后静置30 min。考察pH对浊度的影响，结果见图2。

图2 pH值对浊度的影响Fig.2 Effect of pH on turbidity

由图2可知，剩余浊度呈现出先减小后维持不变，最后升高的趋势；自制PFC与市场PFC相比，对pH的适应性强，自制PFC在pH为7～9范围内，剩余浊度基本变化不大，其中pH为7.2时，剩余浊度为5.33 NTU，去除率达到了79.5%，而市场PFC的最佳pH为9.5，剩余浊度为2.43 NTU，浊度的去除率92.4%。原因在于：pH值较低时，PFC中的铁离子无法水解，导致电性中和能力差，随着pH值的升高，絮凝剂中的铁离子水解形成不同形态的羟基络合物，故絮凝效果提高，当pH超过一定的范围，铁离子水解产生沉淀，无法发挥电性中和及网捕卷扫的作用，故浊度去除效果差。

2.3 温度对浊度的影响

用碱将赣江水的pH值调到8～9，转速100 r/min，PFC投加量为200 mg/L，调节反应温度，进行絮凝实验，反应结束后静置30 min，结果见图3。

图3 温度对浊度的影响Fig.3 Effect of temperature on turbidity

由图3可知，随着温度的升高剩余浊度逐渐减小，总体上看，剩余浊度都维持在一个低浊度的范围，市场PFC对浊度的去除比自制的高，温度45 ℃时，自制PFC和市场PFC处理赣江水后的浊度为4.31 NTU和2.05 NTU，对浊度去除率达到了87.1%和93.1%。原因是：温度升高，水中胶粒粒子运动速率加快，单位时间发生碰撞的次数增加；同时絮凝剂的金属离子发生水解反应，水解反应本身就是吸热反应，故絮凝效果增强。综合考虑，该絮凝温度保持常温即可。

2.4 转速对浊度的影响

用碱将赣江水的pH值调到8～9，设置转速，PFC投加量200 mg/L，在常温进行絮凝实验，反应结束后静置30 min，结果见图4。

由图4可知，反应后水的剩余浊度在一定范围内，转速越快，剩余浊度越低，当转速超过某个值的时候，转速越高浊度反而越高，其中自制PFC在转速150 r/min时，剩余浊度为4.74 NTU，浊度去除率达到了85.8%；市场PFC在转速100 r/min时，剩余浊度为3.27 NTU，去除率达到了90.2%。主要原因是：絮凝反应在搅拌的过程中，转速越快，有利于药剂快速均匀的进入水中，进而形成矾花沉淀下去，当转速太快时，矾花不容易形成或者已经形成的矾花被打碎，悬浮在液面未沉淀下去，故而剩余浊度高。因此，自制PFC最佳转速是150 r/min。

图4 转速对浊度的影响Fig.4 Effect of rotation speed on turbidity

2.5 沉降时间对浊度的影响

用碱将赣江水的pH值调到8～9，转速150 r/min，PFC投加量200 mg/L，常温下进行絮凝实验，反应结束每隔5 min取上清液测定剩余浊度，结果见图5。

图5 沉降时间对浊度的影响Fig.5 Effect of sedimentation time on turbidity

由图5可知，市场PFC和自制PFC的沉降性能还是有差别的，市场PFC在15 min时，已经沉降完成，而自制的PFC需要的沉降时间为20 min。当自制的PFC投加量为200 mg/L，转速150 r/min，水pH值为8～9，在常温下进行絮凝反应，沉降20 min后，剩余浊度为4.68 NTU，去除率86.0%。

3 结论

(1)用盐酸酸洗废液制备PFC，将其与市场上销售的PFC进行絮凝实验对比，发现在反应条件相同情况下，自制PFC比市场PFC对赣江水浊度的去除率低，其产品性能是可以接受的。

(2)自制PFC在投加量200 mg/L，转速150 r/min，pH值8～9，常温下进行絮凝反应，沉降20 min，反应最佳，反应后剩余浊度为4.68 NTU，去除率86.0%。