钢铁酸洗废水常温常压下制备高浓度聚铁溶液的研究_谢蔚嵩

文章编号:0490-6756(2006)04-0878-06钢铁酸洗废水常温常压下制备高浓度聚铁溶液的研究谢蔚嵩,谢长红,袁晶,张凌云,谢家理＊(四川大学化学学院,成都610064)摘要:以钢铁酸洗废水为原料,NaClO3为氧化剂,利用反应过程中产生的热量并通过补充投加的方法,在常温常压无需任何加热条件下成功制得了浓度可达210g/L的高浓度聚铁溶液,并用制得的聚铁与改性单宁复配,进一步制得了阳离子单宁·聚铁复合絮凝剂.通过对粘土悬浊液和碱性造纸废水的处理实验证明,所制得的聚铁产品具有较好的絮凝效果,浊度去除率较高,对可过滤态CODCr也有一定的去除效果,而复合絮凝剂具有更好的絮凝效果,对可过滤态CODCr去除率可达50%以上.关键词:钢铁酸洗废水;聚合硫酸铁;复合絮凝剂;造纸废水中图分类号:X703文献标识码:A1引言钢铁酸洗废水就是指钢材酸洗工艺中排放出的含有高浓度Fe2+的一种强酸性废水,其主要成分是Fe2+、酸,pH值一般在0.2～1.0.该工业废水直接排入天然水体,既污染了水体,同时又浪费了大量的FeSO4资源[1].由于传统的处理方法会产生大量泥渣且浪费资源,近年来对钢铁酸洗废水的处理和综合利用上得到了一定的重视和研究,其中一个主要方面就是利用其作为生产无机混凝剂的原料,如制备聚合氯化铁、聚合硫酸铁等.聚合硫酸铁(简称聚铁,代号PFS),因具有投加量少、杂质(COD、重金属、悬浮物等)去除率高、矾花颗粒大、沉降速度快、脱色效果好、产品无毒等优点,近年来发展迅速,广泛用于生活饮用水、工业用水、城市污水及工业废水等的净化和处理[2].聚铁的生产工艺多种多样,目前国内外工业化生产普遍采用氧化法.而用传统的催化氧化法制备PFS时,会有氮氧化物的溢出而造成二次污染,而且工艺较为复杂.近年来,采用NaClO3,H2O2等作氧化剂制取聚铁的直接氧化法因具有生产工艺简单、氧化剂用量少、反应效率高、无有害气体产生等优点正得到广泛的重视和应用.我们以钢铁硫酸酸洗废液为主要原料,NaClO3为氧化剂,在常温常压且无任何外界加热的条件下成功制得了合格的高浓度聚铁产品,并将该产品与自制的改性单宁混合复配进一步制得单宁-聚铁复合絮凝剂,通过絮凝实验和造纸废水处理实验,证明本产品具有较好的絮凝效果和COD去处率.本实验工艺简单,且无需加热,能耗小,所得聚铁产品浓度高,稳定性好,具有一定的应用前景,而将其与改性单宁复配合成了一种新型复合絮凝剂,经实验证明也具有较好的处理效果.2反应原理用NaClO3作为氧化剂制备聚合硫酸铁,反应机理是在适宜的酸度条件下,NaClO3将硫酸亚铁(Fe2+)氧化为硫酸铁(Fe3+),三价铁进一步水解生成各种碱式硫酸铁,同时发生聚合反应生成巨大的无机高分子化合物———聚合硫酸铁.体系中发生的主要反应如下:收稿日期:2006-01-04＊通讯联系人2006年8月第43卷第4期四川大学学报(自然科学版)JournalofSichuanUniversity(NaturalScienceEdition)Aug.2006Vol.43No.46Fe2++ClO-3+6H+=6Fe3++Cl-+3H2OFe3++OH-=[Fe(OH)]2+[Fe(OH)]2++OH-=[Fe(OH)2]+[Fe(OH)2]++OH-=Fe(OH)3Fe2(SO4)3+nH2O=Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+n/2H2SO4mFe2(OH)n(SO4)3-n/2=[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]m式中:n<2,m=f(n).在聚铁水溶液中,存在着[Fe2(OH)3(H2O)7]3+,[Fe2(OH)2(H2O)8]4+,[Fe(OH)(H2O)5]2+等络合离子,以OH-为架桥形成多价和多核络离子,从而变成了巨大的无机高分子化合物,分子量高达1×105[3].3实验部分仪器与试剂:电动搅拌器(附铁架台),250mL三颈烧瓶,自制保温套(即自制的棉布套),钢铁酸洗废水(硫酸含量5%),FeSO4·7H2O(工业级),硫酸(分析纯),氯酸钠(化学纯),自制改性阳离子单宁.3.1铁的测定取少量钢铁硫酸酸洗废液用重铬酸钾滴定法测定其中的总铁含量和Fe2+量,二者相减得Fe3+的量.从而计算出Fe2+和Fe3+含量.反复测定3次,取其平均值[4].经测定,钢铁硫酸酸洗废液中Fe2+和Fe3+的含量分别为3.41mol/L和0.12mol/L.同时测定本实验用的工业级FeSO4·7H2O中Fe2+的含量,测得Fe2+含量为18.82%.3.2制备方法3.2.1高浓度聚铁的制备在套有自制保温套的三颈烧瓶中加入2mL浓硫酸,再将200mL钢铁硫酸酸洗废液(Fe2+浓度约为3.41mol/L)和14.53gNaClO3各分成等量的10份,在搅拌器搅拌下