生物法制备聚合硫酸铁及盐基度对聚合硫酸铁性能的影响_周洪涛

生物法制备聚合硫酸铁及盐基度对聚合硫酸铁性能的影响周洪涛,李东,孟繁会(国电集团吉林热电厂,吉林吉林132027)摘要本课题研究了聚合铁盐基度对混凝效果的影响,采用加酸加碱的方法制出了不同盐基度的生物聚合铁,将盐基度提高到23%,发现聚合铁的盐基度在1%～23%时,盐基度越大,混凝效果越好。关键词生物法盐基度聚合硫酸铁1前言混凝是水处理技术中最为重要的工艺环节,其效果的好坏直接关系到出水水质及制水成本,制约着后续工艺过程的经济性和生产过程的有效性、安全性。混凝过程能否高效、低廉的实现,关键在于是否使用高效率、低成本、无毒和对环境友好的混凝剂。聚合硫酸铁(PFS)是较早研制成功的铁系混凝剂,也是比较成熟的混凝剂。影响PFS的最主要因素是盐基度,即氢氧根浓度/铁离子浓度。盐基度越大,分子混凝度越高,形成的羟基聚合物带有的正电荷越多,净水效果越好。但盐基度并非越大越好,目前成熟的工艺采用的盐基度是8%-15%。因为超过此值,产品储存期缩短,易凝胶。此外,影响混凝性能的主要因素还有硫酸根/铁离子(摩尔比),如果该摩尔比太大,得到的是含游离酸的硫酸亚铁,比例过小,产生的氢氧根易生成氢氧化铁沉淀。2对不同盐基度的生物聚合铁的研究2.1聚合铁的研究现状PFS是当前工业生产量较大、应用较广的一种无机高分子絮凝剂,其制备方法主要有空气催化氧化法、硫铁矿灰加压酸溶法、四氧化三铁酸溶氧化法、雾化法等等。这些制备方法的不足之处在于不能连续生产,需要氧化剂和催化剂。使用的亚硝酸盐等致癌物质会被带入水中,成本高,制备条件苛刻,反应温度高。利用恒化器原理和SBR技术,研究制取PFS,它制备操作工艺简单,反应容易控制,制备反应可在常温下进行,条件温和,无污染,能耗低,成本低。含有的微生物可提高活性泥渣的活性,处理效果好。产品的除浊、除有机物性能好,对PH适用范围广,对水温不敏感、低浊水也有很好的处理效果。用量少,成本低,矾花密实,沉淀速度快,可提高出水力。2.2盐基度对混凝效果的影响采用生物法制备的聚合硫酸铁重要的质量指标为全铁含量和盐基度。全铁含量可通过投料量加以控制,而盐基度方面:一种观点认为聚合硫酸铁的盐基度16%最佳,高于16%则易形成氢氧化铁沉淀,导致溶液失去或降低絮凝功能;另一种观点认为聚合硫酸铁的盐基度越高越好,盐基度越大,絮凝作用越强,絮凝时形成的矾花越大,效果越好,沉淀速度越快;还有的认为盐基度并不能作为聚合硫酸铁质量优劣的指标,而仅仅是一个操作参数。聚合硫酸铁盐基度x可表示为:x=0H/Fe。分子式的结果越大,盐基度越高,混凝效果越好。因此盐基度的提高成为改善产品质量的一条重要途径。在提高聚合硫酸铁盐基度方面,使用改性剂,聚合硫酸铁的盐基度可达19%～20%。通过对反应物料的选择,反应条件的控制,合成出的产品在室温条件下放置一年,无沉淀析出,各项指标均无变化。采用高盐基度聚合硫酸铁对松花江水、造纸黑流进行系列处理实验,同其它方法制备的聚合硫酸铁、聚合氯化铝对比,证明其能更有效地降低浑水浊度。2.3改变盐基度的方法及影响因素2.3.1PH的影响PH对反应产品的盐基度有明显的影响,其适宜的PH值在13左右,过高或过低均使盐基度下降。2.3.2反应温度的影响反应温度对盐基度有影响,这是温度对反应速度有影响所致。过高温度导致反应速度过快,絮体过大而沉降,反使盐基度下降。反应温度在25-—26—热电技术2007年第4期(总第96期)35℃为宜,一般常温反应即可。2.3.3原料浓度对盐基度的影响浓度高低影响氧化反应速度,低则慢,高则快,水解与聚合也快,造成絮凝体聚合生成碱式硫酸铁沉淀而沉降下来,同时导致盐基度下降。2.3.4加入助聚剂的影响助聚剂的加入可提高盐基度。助聚剂实为高分子类絮凝剂,根据混凝理论其作用是通过吸附架桥或表面吸附而使三价铁盐在水体中水解形成的羟基络合物进一步与羟基结合而使盐基度提高,具体机理有待进一步研讨。但助聚剂加入要适当,太低或过高均会影响效果。2.3.5产品存放时间与盐基度关系未完全反应的体系其盐基度随时间变化的幅度很大,其稳定后盐基度也较低,加助聚剂产品存放24小时后基本稳定,这与反应产物聚合沉降有关,助聚剂能促进反应,增加稳定性。为真正体现产品质量宜存放24小时后再分析。2.3.6反应时间与盐基度关系实际过程一般不大可能总处于热力学平衡,而铁离子在溶液中的水解速度极快,贮存过程很快即可达到平衡,所以采用恰当的原料配方与控制适当的操作工艺是制备优质聚合铁溶液并令其保持稳定的重要前提。当反应结束后,随着溶液温度的不断降低,体系将建立新的平衡,残留在溶液中的部分游离酸可望有效地抑制铁离子及其羟基络合物进一步水解为氢氧化铁凝胶沉淀,从而保证了产品的稳定性。2.3.7改变盐基度的方法为了提高产品中聚合铁离子的羟基含量或者说提高盐基