聚硅酸硫酸铁混凝剂的性能研究

第18卷第2期1997年3月环境科学ENVIRONMENTALSCIENCEVol.18,No.2Mar.,1997聚硅酸硫酸铁混凝剂的性能研究*高宝玉**(清华大学环境工程系,北京100084)宋永会(山东矿业学院化工系,济南250031)岳钦艳(山东大学环境工程系,济南250100)摘要以硅酸钠、硫酸和硫酸铁为原料制备聚硅酸硫酸铁混凝剂(简称PFSS),考察了PFSS在不同条件下水解产物表面的�电位变化情况,研究了Fe/SiO2摩尔比和投加量对PFSS除浊效果的影响,试验了PFSS的最佳混凝pH范围与Fe/SiO2摩尔比之间的关系,探讨了其混凝机理.结果表明,Fe/SiO2摩尔比对PFSS水解产物的�电位、PF-SS的混凝效果以及PFSS适宜的最佳pH值范围都有影响;当Fe/SiO2摩尔比达1.5左右时,PFSS的混凝除浊效果趋于最佳.关键词无机高分子混凝剂,聚硅酸硫酸铁,硅酸聚合,�电位,除浊.*煤炭高校优秀青年科学基金资助课题**工作单位:山东大学环境工程系收稿日期:1996-10-29在水处理领域内,高度聚合的硅酸与金属离子一起可产生良好的混凝效果[1].将金属盐引入到聚硅酸中所制得的混凝剂称为聚硅酸金属盐混凝剂.由于这种混凝剂的平均分子量高达200000[2],有可能在水处理中部分取代有机合成高分子絮凝剂以避免毒性问题.通常,铁离子和铝离子被用作偶联金属离子,偶联金属离子与硅酸的摩尔比可随不同的使用要求加以调整.笔者制备了以铁离子作为偶联金属离子的聚硅酸硫酸铁混凝剂(PFSS),并研究了PFSS的性能等.1实验部分1.1主要仪器和试剂JS94E型微电泳仪,722型光栅分光光度计,ZD-1型浊度计,J6-1A搅拌器,pHS-2型酸度计.模数(M)为3.21的硅酸钠(工业品),高岭土(C.P.),其它试剂均为A.R.级.1.2PFSS的制备取一定量的硅酸钠用蒸馏水稀释到一定浓度,用硫酸溶液调pH值,放置一定时间使硅酸有一定的聚合度,然后加入一定量的硫酸铁,稍加热使硫酸铁溶解,熟化2h后可制得PFSS混凝剂(液体),该混凝剂中SiO2的含量为2.0%,具有不同的Fe/SiO2摩尔比.1.3混凝实验方法用高岭土和蒸馏水配制试验水样.于1L蒸馏水中加入1g高岭土,加入0.032gNa2CO3使水样的碱度在0.8-1.0meq/L范围.于500ml水样中加入一定量的PFSS,以120r/min搅拌混合2min,然后以60r/min慢搅7min,快速取约50ml水样测�电位,其余静置10min后于液面下约2cm处取上清液测浊度.测定浊度时,以蒸馏水作空白,用“标准肼”浊度液校正.实验过程中,水样pH值用稀HCl或NaOH溶液进行调节.1.4�电位测定方法用JS94E型微电泳仪进行测定(上海华东师范大学与上海市杰成实业有限公司合作研制)胶体颗粒表面的�电位,该微电泳仪采用0.5cm厚的玻璃杯电泳池,电极内置在电泳池内,样品用量极少,每次仅0.5ml左右.正负换向时间为0.30s至1.20s连续可调,采样时间仅需3-10s,电极间电压可根据需要调节(一般采样10mV).采用温度采样探头自动连续对环境温度进行采样,返回计算机自动调节参数,用于计算�单位.计算时,采用计算机多媒体技术,自动对经放大1500倍的微细颗粒(粒径范围为0.5-10�m)连续“拍照”,提供双向共4幅伪彩色图象进行分析计算.2实验结果与讨论2.1高岭土粒度分布情况扫描电镜测得试剂高岭土的硅铝比为1.43,用粒度分布仪测得试剂高岭土粒度分布情况见表1.结果表明,试剂高岭土粒径主要分布在4-9�m范围内(约占62%),10�m以下的颗粒占75.70%,这与天然水中产生浊度的微粒的情况相当(天然水中产生浊度的微粒主要是粒径小于10�m的土壤颗粒[3]).2.2PFSS在不同pH值下的�电位值表1试剂高岭土的粒度分布粒径/�m1-22-33-44-55-66-77-88-99-10>10粒度分布/%1.503.906.059.8612.2514.2515.649.802.4524.30PFSS样品稀释100倍,铁浓度在1.67×10-3-3.34×10-3mol/L范围(若铁浓度太高,则由于胶体颗粒太多,不便测定�电位值;但若铁浓度太低,则由于胶体颗粒太少,不利于�电位的准确测定),稀释液的pH值用稀HCl或NaOH溶液进行调节,然后测�电位值.由于PFSS水解沉淀物的表面会吸附一定数量溶解态的PFSS水解产物,因此,通过测定沉淀物的�电位便可大致说明PFSS水解产物的�电位变化情况.图1给出了Fe/SiO2摩尔比分别为0.5和1.0的PFSS混凝剂的�电位值随pH变化情况,并与Fe2(SO4)3溶液(铁浓度为3.34×10-3mol/L)及聚硅酸(PSA)溶液(SiO2