背景及概述

聚合硫酸鐵（PFS）是一種性能優(yōu)異的無機高分子絮凝劑，有液體和固體2種產(chǎn)品形式，其中液體產(chǎn)品呈紅褐色，固體產(chǎn)品為黃色粉末。與其他絮凝劑相比，PFS具有使用量少、適用pH范圍廣，中和懸浮顆粒物電荷的能力強，比表面積大、吸附能力強等優(yōu)點，在飲用水、工業(yè)用水、各種工業(yè)廢水、城市污水以及污泥脫水等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

PFS的生產(chǎn)方法主要有直接氧化法、催化氧化法和微生物催化氧化法。實際生產(chǎn)中以催化氧化法為居多，所用催化劑主要有硝酸，亞硝酸鈉等。本文介紹了我國PFS生產(chǎn)及應(yīng)用的技術(shù)研究進展，并指出了其今后的發(fā)展方向。聚合硫酸鐵性狀圖如下圖：

圖1 聚合硫酸鐵性狀圖

1生產(chǎn)技術(shù)研究進展

近幾年，我國PFS生產(chǎn)技術(shù)的研究進展主要體現(xiàn)在生產(chǎn)工藝以及生產(chǎn)裝置設(shè)備研究這2個方面。

1.1生產(chǎn)工藝

利用鈦白粉副產(chǎn)品亞鐵母液制備PFS。將鈦白粉生產(chǎn)副產(chǎn)物硫酸亞鐵配置成濃度為600～650g／L的溶液，升溫至70～85℃，用氫氧化鈉溶液將硫酸亞鐵溶液的pH提高到4～6，加入硫化亞鐵粉末，在70～85℃下反應(yīng)1～3；將反應(yīng)結(jié)束后的溶液降溫至40～45℃，加入絮凝劑后進行過濾，得到濾渣和硫酸亞鐵濾液；對濾液進行酸化處理，得到pH為1～2.5的混合液；強力攪拌條件下加入氧化劑，40～70℃反應(yīng)1～3h，得到PFS。該方法工藝簡單，所制備的PFS混凝劑的混凝效果好，濁度去除率可達96.5％；同時，該方法可有效處理鈦白粉生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)物，實現(xiàn)雙贏[1]。

酸性亞鐵溶液在催化劑、輔助催化劑和氧化劑作用下制得PFS，所述輔助催化劑為尿素。該方法以酸洗廢液為原料，實現(xiàn)了廢棄物資源化利用，尿素氧化生成二氧化碳和氮氣能夠達到無殘留、無排放的目的，符合綠色環(huán)保要求，且使用尿素為助催化劑可大大提高生產(chǎn)效率。

采用七水硫酸亞鐵、氯酸鈉和濃硫酸等進行反應(yīng)制得PFS液體，然后通過加入黏度為200～10000Pa·s聚環(huán)氧氯丙烷二甲胺和白水泥后進行陳置固化，得到PFS固體。與現(xiàn)有固體PFS生產(chǎn)工藝相比，該方法不需要干燥和加熱設(shè)備，可節(jié)約1／3的生產(chǎn)成本；所得到產(chǎn)品的礬花更大、沉降快；所得產(chǎn)品具有脫色效果好、總磷和COD去除率高、對水體pH影響小等特點。

將工業(yè)七水硫酸亞鐵加入反應(yīng)釜中，開啟攪拌后以噴淋方式加入質(zhì)量濃度為93％的濃硫酸；于90～100℃加熱除去七水硫酸亞鐵中的部分結(jié)合水；1～1.5h后加入清潔氧化劑，于50～100℃反應(yīng)0.5～3h，直至二價鐵完全氧化，得到紅褐色液體；將紅褐色液體全部移至陳化室，靜置0.5～1d后得到沉淀物，該沉淀物經(jīng)干燥、粉碎至120目即得固體PFS粉末。該方法生產(chǎn)成本低廉、操作流程簡單、生產(chǎn)效率高。所得產(chǎn)品溶解度高，溶解速率快，不僅能進化污水，也能凈化飲用水。

將硫酸亞鐵脫除水分后與高錳酸鉀混合，然后進回轉(zhuǎn)窯中焙燒，得到硫酸鐵氧粉，再將硫酸鐵氧粉與硫酸溶液拌勻，并加入膨化劑，熟化后即得到固體PFS成品。該方法直接采用焙燒方法將硫酸亞鐵中的二價鐵轉(zhuǎn)化為三價鐵，且高錳酸鉀在焙燒溫度下分解產(chǎn)生氧氣，不僅能夠直接氧化硫酸亞鐵中的二價鐵，而且使得硫酸亞鐵物料蓬松，有利于外界空氣進入物料內(nèi)部，提高氧化速率，也避免了使用硝酸、雙氧水進行氧化而造成的氮氧化物排放；另外，高錳酸鉀分解產(chǎn)生的二氧化錳即可作為強氧化劑，又可在硫酸鐵氧粉與硫酸溶液反應(yīng)過程中作為催化劑，促進二價鐵充分氧化及硫酸鐵的聚合。

在不經(jīng)過催化氧化過程和不增加大量工藝設(shè)備的情況下，利用鋼材酸洗副產(chǎn)的氧化鐵紅和工業(yè)廢硫酸反應(yīng)，通過負(fù)壓增效濃縮工藝生產(chǎn)高效高濃的液體PFS，以達到資源化利用，替代固體產(chǎn)品。該制備方法簡單實用，易操作，制得的高效高濃液體PFS與固體產(chǎn)品凈水效果接近1∶1，設(shè)備投入低，適合工業(yè)化生產(chǎn)。利用副產(chǎn)的氧化鐵紅和工業(yè)廢硫酸，避免催化氧化過程帶來的其他問題，降低了生產(chǎn)成本。

2應(yīng)用研究進展

PFS除了用于傳統(tǒng)的生活用水、工業(yè)用水，城市污水處理之外，還可用于造紙廢水、含鈾廢水以及含砷酸性廢水等的處理。

采用PFS混凝工藝預(yù)處理難生化降解的麥草漿造紙廢水，考察了工藝參數(shù)對去除COD和色度的影響。結(jié)果表明，PFS用量為2g/L，混凝pH為6.0，混凝轉(zhuǎn)速為90／min，助凝劑種類為非離子型聚丙烯酰胺（NPAM），NPAM用量為0.1g／L條件下，COD去除率和脫色率分別為85％和93％。采用PFS法去除一次鹽水中的硅雜質(zhì)。它是先在鹵水中加入碳酸鈉和氫氧化鎂，形成碳酸鈣與氫氧化鎂的懸濁液后，將PFS加入到原鹵的反應(yīng)體系中，可將一次鹽水中的硅雜質(zhì)含量降低50％以上。

3結(jié)束語

隨著人們環(huán)境意識的提高和國家對環(huán)保監(jiān)管的加強，PFS在水處理中的應(yīng)用范圍將越來越廣闊，發(fā)展前景樂觀。在生產(chǎn)技術(shù)上，今后的發(fā)展方向是進一步開發(fā)新技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，擴大生產(chǎn)原料來源，盡快將現(xiàn)有研究成果產(chǎn)業(yè)化，實現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)，變廢為寶，減輕對環(huán)境的影響。加快固體PFS技術(shù)的研究開發(fā)，以便提高運輸效率和安全性能。在應(yīng)用方面，積極研究開發(fā)與其他絮凝劑復(fù)合使用的技術(shù)，以改善或者提高處理效果，進一步降低生產(chǎn)成本。

參考文獻

[1]蔡陽倫，戚政武，林楚宏，等．聚合硫酸鐵的制備及應(yīng)用研究進程[J].化學(xué)工程與裝備，２０１６（１１）：１６８－１６９．