稀释作用对聚硅酸铁混凝剂混凝性能的影响

胡翔1，孙治荣2
（1. 北京化工大学化学工程学院，北京&　 100029；2. 北京工业大学 环境与能源工程学院，北京 100012）

　　摘要：混凝剂在使用时往往要进行稀释处理。考察了稀释作用对聚硅酸铁混凝剂混凝性能及该混凝剂中铁与氧化硅形态分布的影响。实验结果表明，稀释倍数为2倍以上时，聚硅酸铁混凝剂中铁及氧化硅形态中高分子聚合态含量较高，此时聚硅酸铁混凝剂具有较好的混凝性能；但稀释倍数大于4倍且混凝剂投加量为5mg／L时，聚硅酸铁混凝剂的混凝性能反而会下降，因此实际应用时要选择恰当的稀释倍数以获得较好的混凝效果。
　　关键词：无机高分子混凝剂；聚硅酸铁；混凝；稀释；形态
　　中图分类号：TU991．22　　 文献标识码：A　　 文章编号：1009—2455(2004)04—0018—03

Effets of Dilution on Coagulation Performance of Polysilicate Iron Coagulant

HU Xiang¹，SUN Zhi-rong ²

(1. School of Chemical Engineering, Beijing University of Chemical Engineering, Beijing l00029，China; 2.School of Environmental & Energy Engineering, Beijing University of Technology, Beijing l00012，China)

　　Abstract：Coagulants are usually diluted when used．The effects of dilution on the coaguladon performance of polysilicate iron coagulant and the species distribution of iron and silica in the said coagulant are evaluated．Expedmental resuhs showed that when the dilution ratio is two times or above，the contents of iron and silica in forms of polymers in the polysilicate iron coagulant were higher and the polysilicate iron coagulant had better coagulation performance；while the coagulation performance of polysilicate iron coagulant declined when the dilution ratio is bigger than four times and the dosage of the coagulant is 5 mg／L．In is，therefore，necessary to select proper dilution ratios in practical applications in order to achieve good coagulation resuhs．
　　Key words：inorganic polymer coagulant；polysilicate iron (PSl)；coagulation；dilution；species

　　混凝处理是目前国内外普遍用来提高水质处理效率的一种既经济又简便的水处理方法。聚硅酸铁(PSl)混凝剂是一类新型无机高分子混凝剂，以其良好的混凝效果、特别是良好的处理低温低浊水的效果以及低毒、经济、适用等特点，近年来引起了国内外研究者的广泛关注^[1-4]。
　　PSI混凝剂在使用时，往往会进行稀释处理。稀释后PSI混凝剂的混凝效能及其内部形态会如何变化，也是值得进行分析研究的。本文重点考察稀释作用对PSI混凝剂混凝性能的影响，并从该混凝剂的形态变化的角度说明其混凝性能产生变化的原因。

1 实验材料与方法

1.1 PSI的制备与稀释
　　取一定量的工业水玻璃加水稀释至一定浓度后加酸调整到一定pH值，熟化适当时间后，加入一定量的硫酸铁及稳定剂，再熟化一定时间后备用PSI混凝剂的质量分数(以铁计)为14％。
　　取制得的PSI混凝剂，分别加入自来水稀释到一定倍数，充分混合后备用。
1.2　混凝实验
　　采用烧杯搅拌实验。每个烧杯中加入相同体积需处理的水样，固定投加量不变，分别加入稀释倍数不同的PSI混凝剂。
1.3　聚硅酸铁的形态分析与表征
　　氧化硅的形态分析：采用Si-Mo逐时络合比色分析法^[5]；
　　铁的形态分析：采用Fe-Ferron逐时络合比色分析法^[5]。

2 实验结果与讨论

2.1 稀释作用对PSI混凝性能的影响
　　PSI混凝剂在使用时，往往会进行稀释处理。稀释时PSI混凝剂的混凝性能可能会发生变化，为此考察了PSI混凝剂稀释时的混凝性能。实验所用水样为实际水样，原水浊度为40NTU，水温为常温，实验结果如图1所示。

　　由图1可看出，稀释作用对PSI混凝剂的混凝性能有影响。总的趋势是随着稀释倍数的增加，PSI混凝剂混凝能力得到提高，但稀释倍数为2倍后，这种趋势就不明显，因而在使用PSI混凝剂时，应控制适宜的浓度以求获得较好的处理效果。在实验过程中，还发现：随着PSI混凝剂的稀释倍数的增加，絮体出现逐渐加快，絮体的沉降性能也得到一定程度的改善。但稀释倍数太大，在低投加量如5mg／L时，PSI混凝剂的性能出现不良趋向，而且此时储存运输均不经济，实际操作时也不方便。本实验中，最佳的稀释倍数为2倍。
2.2　稀释作用对PSI中氧化硅形态分布的影响
　　PSI混凝剂混凝性能的变化与其形态变化密切相关，而稀释后PSI混凝剂溶液中的pH值、铁(Ⅲ)浓度及氧化硅浓度都会发生变化，因而PSI混凝剂中的氧化硅形态分布必然会发生相应的变化。为此，分析了PSI混凝剂稀释前后氧化硅形态的变化情况。实验过程中，发现Pe(Ⅲ)对氧化硅形态分析有一定影响，可以通过空白扣除方式进行一级近似处理。
　　氧化硅形态分析的具体实验步骤参照文献[5]。根据与钼酸铵反应的速度差异，氧化硅的形态可分为三类：Si_a，单体或二聚体氧化硅，通常在5min内反应完全；Si_b，低聚体硅酸，在10-30min之间反应完全，Si_c，高分子聚合物，在30min内不反应。
　　稀释作用对PSI混凝剂中氧化硅形态分布的影响见表1。

表1&　 稀释作用对PSI混凝剂中氧化硅形态分布的影响

　　由表1可看出，PSI混凝剂中氧化硅的形态以Si_c为主，这是因为本实验中PSI混凝剂的制备是采用性能良好的聚硅酸与金属盐复合的方法；稀释作用对PSI混凝剂中氧化硅形态分布有一定的影响，随着PSI混凝剂的稀释，PSI混凝剂中Si_a 和Si_b礼的含量略有下降，Si_c则略有上升，Si_c形态的氧化硅是高分子聚合态的氧化硅，因而具有较大的表面积，Si_c含量的增加有利于吸附架桥及沉淀网捕作用的加强，因此可以获得较好的混凝效果。
2.3 稀释作用对PSI中铁形态分布的影响
　　同样，稀释后PSI中的铁(Ⅲ)形态分布也会发生相应的变化。
　　铁(Ⅲ)形态分析的具体实验步骤参照文献[5]。根据与Ferron试剂反应的速度差异，铁(Ⅲ)形态可分为三类：Fe_a，为单体或低聚体形态，通常在1 min内反应完全；Fe_b，聚合形态，在1-120min内反应完全；Fe_c，聚合溶胶或微晶铁沉淀物，在120min内不反应。
　　稀释作用对PSI混凝剂中铁(Ⅲ)形态分布的影响见表2。

表2&　 稀释作用对PSI混凝剂中铁(Ⅲ)形态分布的影响

　　由表2可看出，PSI混凝剂中铁的形态以Fe_a为主，这是因为本实验中PSI混凝剂的制备是采用性能良好的聚硅酸与金属盐复合的方法，所用的金属盐中以单体铁为主；稀释作用对PSI混凝剂铁形态分布有一定影响，随着PSI的稀释；PSI混凝剂中的Fe_a与Fe_b的含量略有下降，Fe_c则略有上升，Fe_c是高分子聚合态的铁(Ⅲ)，有利于提高混凝剂的压缩双电层、吸附电中和能力及吸附架桥作用，这也与稀释时PSI混凝性能加强的实际效果一致。
　　由以上分析可以看出，由于稀释作用影响，PSI混凝剂中铁（III）形态含量升高时，PSI混凝剂的沉淀网捕作用得到加强，因此PSI混凝剂会有较好的混凝效果；但稀释倍数较大时(本实验中稀释倍数大于4倍)，Fe与Si_c形态含量虽略有提高，Fe_c可能带有较高的电荷，但此时溶液中Fe_a与Fe_b的含量则略有下降，这样PSI混凝剂的压缩双电及吸附电中和能力也会略有下降，而投加量较小时，不足以产生吸附架桥作用，因而混凝剂投加量为5mg／L时，PSI混凝剂混凝效果较差。此外，Fe_c与Si_c乙的含量过高，PSI的稳定性会下降。因此，PSI混凝剂实际应用时，采用适宜的稀释倍数，以获得交好的混凝效果。

3　结论

　　稀释作用有利于PSI混凝剂混凝性能的提高，但稀释倍数过大时则使PSI混凝剂的混凝效果下降，而且贮存和运输也不方便，因而在实际使用时要选择恰当的稀释倍数。PSI混凝剂中铁及氧化硅形态分析结果表明，稀释时，PSI混凝剂中Fe_c与Si_c乙形态含量会有一定程度的升高，这也解释了PSI混凝剂混凝性能变化的原因。

参考文献：

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[5] 王东升，汤鸿霄．聚铁硅剩复合无机高分子絮凝剂的形态分布特征[J]．环境科学，2001，22(1)：94—97．

作者简介：胡翔(1966-)，男，湖北麻城人，副教授，博士，1999年毕业于哈尔滨工业大学环境科学与工程系，研究水污染控制，已发表论文30余篇，北京市朝阳区北三环东路15号北京华工大学107信箱，电话（010）64427356，[email protected]。