新生态三价铁混凝处理松花江水的效果与机理研究

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我国水资源污染严重,高效经济的水处理工艺是国民生产生活的必需,混凝工艺因其操作简单、对各种污染物有广泛的去除效果而成为水处理流程中不可缺少的前置工艺。质优价廉的混凝剂对于混凝过程是至关重要的,对混凝工艺的效果、成本和实施方式有决定性的影响。目前应用最广泛的混凝剂是聚合氯化铝和聚合硫酸铁。但随着人们对生活质量要求的提高和对铝盐毒性认识的加深,高效无毒的聚合硫酸铁日益受到水处理界的重视。在目前的聚合硫酸铁制备工艺过程中,需几小时或十几小时的老化时间,使反应器容积较大,对反应器的耐腐蚀性能要求也较高;要保证聚合硫酸铁的高效稳定,往往需要固化;含强氧化剂酸性溶液的加热易发生危险。以上诸多弊端不仅增加了聚合硫酸铁制备的实际成本,也增加了制备过程的无形成本,给自然环境和社会环境带来了潜在的风险压力和负担。为了减轻聚合硫酸铁制备过程的不利因素影响,试验了在常温常压下以双氧水为氧化剂使亚铁瞬时氧化,从而形成新生态三价铁水解产物,其混凝处理松花江水效能。H2O2与亚铁反应迅速,10 min内由新生态三价铁水解造成H+积累、pH下降最快,实验证实老化时间对新生态铁混凝去除浊度、耗氧有机物以及沉后水pH的影响极小。在新生态铁制备的过程中投加适量酸可使混凝效果达到一定程度所需的投量显著下降,最佳的酸投量为0.1 mol/L。提高H2O2投量可显著提高新生态铁的混凝性能,最经济高效的H2O2投量为[H2O2]/Fe摩尔比为0.55。以新生态铁作为混凝剂处理松花江水,将各指标的处理结果与聚合硫酸铁和硫酸铁的处理结果对比发现,新生态铁对浊度、耗氧有机物、UV254吸光度的去除较有效,沉后水的pH值为68,不足是色度较高,残余铁浓度较高,但提高H2O2投量可减轻这一不足,只是成本会有所增加。新生态铁的正电荷密度比聚合硫酸铁或硫酸铁更高,主要发挥电中和作用,辅之以吸附作用,与聚合硫酸铁或硫酸铁的作用机理显著不同。作为制备新生态铁的主要原料,亚铁价廉易得,使得制备成本压缩,药剂成本约为聚合硫酸铁市售价格的50%,且步骤简单,不加热加压、瞬时反应而不需容积巨大的单独反应器,因此其性价比较高,经过进一步的研究,有望大幅降低混凝剂的制备成本。采用高效无毒的氧化剂H2O2为原料,制备过程中不产生有毒有害气体,是既安全又对环境友好的应该得到的提倡的混凝剂制备方向。降低混凝剂的用量可减小污泥量,为了进一步提高新生态铁的混凝效能,并在控制成本的前提下降低残余铁浓度、降低色度,尝试了在新生态铁制备过程中复合投加铝盐、硅酸盐、聚合季铵盐。新生态复合铁铝、聚合季铵盐复配新生态铁对浊度、色度(残余铁)的去除均优于新生态铁,原因可能是增强了架桥吸附作用。然而新生态硅铁混凝效果不佳,这可能是因为老化时间极短,即使是在酸性溶液中,硅酸盐分子也不能形成对混凝有利的聚合态。
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