王磊

（沧州渤海新区环境监测站，河北沧州 061113）

聚硅酸硫酸铁絮凝剂预处理高浓度化工废水的试验研究

王磊

（沧州渤海新区环境监测站，河北沧州 061113）

采用聚硅酸硫酸铁作为絮凝剂对高浓度化工废水进行预处理，分析絮凝剂投加量、水样pH值、沉降时间对水样COD消除率的影响。试验结果表明，最佳预处理条件为絮凝剂投加量为4.0 ml/L，水样pH为9.0，沉降时间为80 min，废水水样COD消除率可达22.21 %。因此，聚硅酸硫酸铁絮凝剂预处理高浓度化工废水效果明显，对于化工废水深度处理达标排放和回用具有较高的经济价值。

化工废水；预处理；聚硅酸硫酸铁；COD消除率

根据环境保护部2014年发布的《全国地表水环境质量状况》，长江等七大水系水质不断恶化，约有50 %的地表水受到不同程度的污染，不适合作为饮用水水源，其中约25 %的地表水污染严重，赤潮和富氧化现象频繁出现。水污染问题已成为我国一个亟待解决的难题，严重影响着人们的日常生活和限制着经济的可持续发展。据环保部门统计，化工生产污水排放量约占工业污水总排放量的10 %。由于其有机污染物浓度高、成分复杂、环境危害大等特点，化工废水的深度处理和回用已成为改善水污染的关键［1］。废水深度净化和再生回用及循环的关键是提高处理效率和降低技术成本，单纯的物化方法或生物方法处理高浓度化工废水效果较差，而多种处理方法联合虽能达到国家排放标准，但技术成本却升高很多。因此，探索高浓度化工废水的预处理方法，降低深度处理成本对于水资源的保护具有重要意义。

1　化学絮凝法预处理化工废水的机理简介

1.1聚硫酸铁絮凝机理

聚硫酸铁是一种高效的无机高分子絮凝剂，具有絮凝速度快，吸附能力强，沉降速度快等特点，对水样中COD、悬浮物及色度的消除率十分明显。聚硫酸铁成分可用［ Fe （ OH ）n（ SO4）3-n/2］m表示，其水溶液絮体中含有［Fe2（ OH ）4］2+、［ Fe （ H2O ）6］3+、［ Fe8（ OH ）20］4+等多核络合离子，具有较强的中和悬浮颗粒电荷能力，吸附能力很强。将其水溶液加入到废水中可产生压缩双电层使悬浮微粒失去稳定性，相互凝聚形成絮凝体。当絮凝体增长到一定体积后，在重力的作用下从水相中脱离，从而去除废水中的大量悬浮物，达到处理废水的效果［2］。化学絮凝法在化工废水处理中，一般与气浮或沉降联用，不仅能够降低废水的浊度、色度，而且可以除去多种高分子物质、有机物及重金属离子，常用作生化处理和氧化处理的预处理或深度处理。

1.2聚硫酸铁絮凝剂改性

为提高絮凝剂的絮凝效果，研究者通过加入不同的基团或元素对絮凝剂进行改性，改变絮凝剂的聚合度和形态来提高絮凝剂的吸附能力。聚硅酸硫酸铁絮凝剂是在硫酸铁溶液的基础上加入少量的硅酸钠改性剂，使硅酸根离子取代硫酸铁分子簇网格结构中的部分硫酸根离子，从而极大的提高硫酸铁絮凝剂的聚合度，提高絮凝剂的絮凝效果［3］。一般认为，聚硅酸硫酸铁絮体需在偏碱性条件下才能有效形成，而在一定的碱度下，随着Fe/Si的摩尔比的增加，聚硅酸硫酸铁絮体的形态和带电性质会发生改变，高聚体数量减少，吸附能力降低［4］。因此，Fe/Si摩尔比和待处理水样的pH值是硅酸钠改性聚硫酸铁提高絮凝效果的关键。

2　实验水质分析及絮凝剂配制

2.1实验水质分析

本研究水样选自河北省某大型化工企业未经生化处理的生产废水，水质特征分析均采用国家标准《污水综合排放标准》GB 8978—1996进行检验，结果详见表1。

表1　废水水质特征分析结果Tab.1 Analysis results of wastewater quality characteristics

2.2絮凝剂的配制

称取8.0 g分析纯硫酸铁溶于200 mL蒸馏水中，微热使其完全溶解，制成0.1 mol/L的硫酸铁溶液。称取1.2 g硅酸钠溶于100 mL蒸馏水中，微热使其完全溶解，加入少量浓硫酸进行活化，制成0.1 mol/L的硅酸钠溶液。取40 mL硅酸钠溶液加入到200 mL硫酸铁溶液中，加入少量稳定剂并于60 ℃条件下恒温2 h，即的Fe/Si=10∶1的聚硅酸硫酸铁絮凝剂。

3　结果与讨论

3.1絮凝剂投加量对COD消除率的影响

取250 mL烧杯5个，分别加入200 mL废水水样（pH≈9），分别在搅拌下快速加入0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL的絮凝剂，继续搅拌10 min后，沉降60 min。沉降完成后，取上层清液测定水样COD值，计算水样COD消除率。图1显示了絮凝剂投加量对COD消除率的影响。

图1　絮凝剂投加量对COD消除率的影响Fig.1 Effect of coagulant on the removal rate of COD

从图1中可以看出，废水水样的COD消除率随着絮凝剂投加量的增加而增加，但当絮凝剂投加量超过0.8 mL后，水样的COD消除率并未呈现出预期的增加，反而出现一定的下降趋势。这是由于废水中的原有胶体颗粒表面带负电荷，而聚硅酸硫酸铁胶体颗粒表面带正电荷，这些胶体颗粒扩散层厚度下降从而能够克服之间的排斥力而凝聚下来，达到消除COD的效果。但是，当投加过量的絮凝剂时，废水中原有的胶体颗粒表面逐渐带有正电荷，相互之间难以发生有效的碰撞，从而使絮凝效果下降［5］。因此，当絮凝剂投加量为0.8 mL（4.0 mL/L）时，COD消除率为21.84 %，若继续增加絮凝剂的投加量，反而可能会出现COD消除率下降的趋势。

3.2水样pH值对COD消除率的影响

取250 mL烧杯5个，分别加入200 mL废水水样（pH≈9），滴加0.1 mol/L的稀硫酸溶液分别调节pH到7.0、8.0、9.0、10.0、11.0，在搅拌下快速加入0.8 mL的絮凝剂，继续搅拌10 min后，沉降60 min。沉降完成后，取上层清液测定水样COD值，计算水样COD消除率。图2显示了水样pH值对COD消除率的影响。

图2　水样初始pH值对COD消除率的影响Fig.2 Effect of pH calue on the removal rate of COD

从图2中可以看出，废水水样COD消除率随着pH值的增大而增大，但当pH＞9之后，水样的COD消除率并未呈现出明显的增加。在偏酸性条件下，聚硅酸硫酸铁絮凝剂主要以Fe （ OH ）2+及Fe3+等分子量较小的形态存在，由于缺少Fe （ OH ）3的架桥作用，不能产生有效的絮凝作用，故本实验并未考察聚硅酸硫酸铁在偏酸性条件下的絮凝效果。在偏碱性条件下，由于Fe3+水解形成带正电的多核络合离子可被废水中带负电的胶体颗粒吸引至紧密层，压缩双电层，再加之Fe （ OH ）3的架桥作用，使得胶体颗发生粒粘结聚沉，从而达到消除COD的效果。但当pH＞10后，Fe3+主要以Fe （ OH ）3形态存在，电中和与脱稳性能下降，Fe （ OH ）3絮体的混凝作用成为主导，故而COD消除效果不佳［6］。因此，当废水水样pH=9时，聚硅酸硫酸铁絮凝剂的絮凝效果最佳，COD消除率可达21.6 %。

3.3沉降时间对COD消除率的影响

取250 mL烧杯5个，分别加入200 mL废水水样，滴加0.1mol/L的稀硫酸溶液分别调节pH=9，在搅拌下快速加入0.8 mL的絮凝剂，继续搅拌10 min后分别沉降20 min、40 min、60 min、80 min、100 min。沉降完成后取上层清液测定水样COD值，计算水样COD消除率。图3显示了沉降时间对COD消除率的影响。

图3　沉降时间对COD消除率的影响Fig.3 Effect of settling time on the removal rate of COD

从图3中可以看出，废水水样COD消除效果在沉降初期较差，随着沉降时间的延长，COD消除率不断增加，当沉降时间为80 min时COD消除率达到22.21 %，之后消除效果趋向平稳。结合图2中的数据可以看出，随着絮凝剂投加量和沉降时间的增加，水样的COD消除率并没有持续性的增加，这也说明了絮凝剂处理高浓度废水在COD消除率方面的有限性［7］，只对部分高分子物质和有机物具有明显的去除作用，从而只能作为废水生化处理的预处理。

4　结论

化学絮凝法预处理高浓度化工废水是降低COD的一种有效方法，该方法具有成本投入低、COD消除效果明显，操作简单等优点，具有较高的经济效益。对于各种高浓度化工废水，只要选取合适的絮凝剂，调节好絮凝剂投加量和沉降时间，均可达到有效预处理效果，对于进一步降低生化处理负荷和运行成本，具有重要的实际意义。

［1］刘蕾. 絮凝剂应用于石化废水处理的研究进展［J］. 石油化工安全环保技术， 2012， 28（6）：51-55.

［2］冷冬梅. 石油化工废水处理技术应用研究进展［J］. 化学工程与装备， 2009，（ 12）：129-134.

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［6］曹百川， 高宝玉，岳钦艳. 聚合硅酸硫酸铁和聚合硫酸铁处理黄河水的效果及其絮体特性研究 ［J］. 中国科学：化学， 2010，40（4）：399-406.

［7］杨玉萍， 马晓鸥.混凝剂聚硅酸-聚合硫酸铁复合工艺的研究［J］.工业水处理，2006，26（5）：32-34.

Test and Study of Pretreatment of Highly Concentrated Chemical Waste Water with Polyferric Silicate Sulfate

Wang Lei
（Cangzhou Bohai New Area Environmental Monitoring Station， Cangzhou 061113）

Highly concentrated chemical waste water was pretreated by using polyferric silicate sulfate as flocculant. The quantity of flocculant needed， PH value in water sample and the effect of settle time to removal rate of COD in waste water sample were analyzed. It was shown that the optimum condition for pretreatment is as follows: the quantity of flocculant is 4.0 m/L； PH value of water sample is 9.0； when settle time is 80 min， the removal rate of COD can reach 22.21%. Thus， the effect of using polyferric silicate sulfate as flocculant is distinct in pretreatment of chemical waste water， and the method is highly valuable in extensive treatment for chemical waste water.

chemical waste water； pretreatment； polyferric silicate sulfate； removal rate of COD

TQ 085+.4

A

2095-817X（2016）03-0054-003

2015-11-24

王磊（1986—），男，助理工程师，主要从事环境监测与环保技术工作。