三氯化鐵在廢水中絮凝作用

隨著社會的不斷進步，人們的環(huán)境保護意識不斷增加，國家對環(huán)境治理的要求也不斷提高，環(huán)境治理資金的投入也逐年遞增，畢竟只有對環(huán)境進行有效的治理，才能更好造福子孫后代。眾所周知，人們的生產(chǎn)、生活與水密切相關(guān)，所以對水的處理顯得尤為重要。在對廢水處理過程中，其基本方法有物理方法、化學(xué)方法和生物方法，其中物理方法中的絮凝沉淀就是一種很常用的手段。

鐵鹽是工業(yè)上常用的水處理絮凝劑。向污水中投加鐵鹽后，Fe3+會和水中的氫氧根離子結(jié)合，生成微溶于水的氫氧化鐵膠體，而形成的氫氧化鐵膠體可以對污水中的懸浮固體顆粒進行吸附。同時形成的氫氧化鐵膠體具有良好的絮凝效果，能形成大的絮體沉淀，從而達到廢水處理的效果。

本文對三氯化鐵絮凝劑，分別從反應(yīng)pH值、三氯化鐵投加量、攪拌時間、靜置沉淀時間等方面進行試驗，對廢水中磷、銅、鎳的去除效果進行驗證，對廢水處理具有較好的研究價值和意義。

1、材料與方法

1.1 試劑和儀器

無水三氯化鐵、磷酸二氫鉀、硝酸銅、硝酸鎳、抗壞血酸、鉬酸銨、酒石酸銻鉀、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉：分析純。90-3型雙向定時恒溫磁力攪拌器，TU-1810D紫外可見分光光度計；TAS-990SuperF原子吸收分光光度計；HQ30d便攜式pH計。

1.2 分析方法

pH值采用哈希便攜式pH計測定；正磷酸鹽采用GB11893-1989《水質(zhì)正磷酸的測定鉬酸銨分光光度法》測定；銅采用GB7475-1987《水質(zhì)銅、鋅、鉛、鉻的測定原子吸收分光光度法》測定；鎳采用GB11912-1989《水質(zhì)鎳的測定火焰原子吸收分光光度法》測定。

1.3 試驗水樣

含磷模擬水樣：pH值=5，PO43-―P濃度為50mg/L；

含銅模擬水樣：pH值=4，Cu2+濃度為40mg/L；

含鎳模擬水樣：pH值=4，Ni2+濃度為40mg/L；

實際環(huán)境水樣：某化工園區(qū)污水廠調(diào)節(jié)池廢水，pH值=5.1，COD=1.03×103mg/L，磷酸鹽=45.3mg/L，Cu2+=36.6mg/L，Ni2+=38.7mg/L。

1.4 實驗方法

1.4.1 pH值驗證

分別于8個燒杯中加入500mL含磷模擬水樣，調(diào)節(jié)初始pH值分別為3、4、5、6、7、8、9、10，投加過量三氯化鐵，攪拌30分鐘，靜置沉淀1h后，取上清液檢測PO43-―P含量，確定最佳反應(yīng)pH值范圍。

分別于8個燒杯中加入500mL含銅模擬水樣，調(diào)節(jié)初始pH值分別為4、5、6、7、8、9、10、11，投加過量三氯化鐵，攪拌30分鐘，靜置沉淀1h后，取上清液檢測Cu2+含量，確定最佳反應(yīng)pH值范圍。

分別于8個燒杯中加入500mL含鎳模擬水樣，調(diào)節(jié)初始pH值分別為4、5、6、7、8、9、10、11，投加過量三氯化鐵，攪拌30分鐘，靜置沉淀1h后，取上清液檢測Ni2+含量，確定最佳反應(yīng)pH值范圍。

1.4.2 三氯化鐵投加量驗證

分別于8個燒杯中加入500mL含磷模擬水樣，調(diào)節(jié)初始pH值控制在最佳范圍，投加三氯化鐵量分別是反應(yīng)理論值的1.0倍、1.5倍、2.0倍、2.5倍、3.0倍、3.5倍、4.0倍、4.5倍，攪拌30分鐘，靜置沉淀1h后，取上清液檢測PO43-―P含量，確定三氯化鐵最優(yōu)投加量。

分別于8個燒杯中加入500mL含銅模擬水樣，調(diào)節(jié)pH值控制在最佳范圍，投加三氯化鐵量分別是0mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L，攪拌30分鐘，靜置沉淀1h后，取上清液檢測Cu2+含量，確定三氯化鐵最優(yōu)投加量。

分別于8個燒杯中加入500mL含鎳模擬水樣，調(diào)節(jié)pH值控制在最佳范圍，投加三氯化鐵量分別是0mg/L、10mg/L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L、60mg/L、70mg/L，攪拌30分鐘，靜置沉淀1h后，取上清液檢測Ni2+含量，確定三氯化鐵最優(yōu)投加量。

1.4.3 攪拌時間實驗

分別于8個燒杯中加入500mL含磷模擬水樣，調(diào)節(jié)初始pH值控制在最佳范圍，投加最優(yōu)量的三氯化鐵，分別攪拌5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min，靜置沉淀1h后，取上清液檢測PO43-―P含量，確定最佳攪拌時間。

分別于8個燒杯中加入500mL含銅模擬水樣，調(diào)節(jié)pH值控制在最佳范圍，投加最優(yōu)量的三氯化鐵，分別攪拌5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min，靜置沉淀1h后，取上清液檢測Cu2+含量，確定最佳攪拌時間。

分別于8個燒杯中加入500mL含鎳模擬水樣，調(diào)節(jié)pH值控制在最佳范圍，投加最優(yōu)量的三氯化鐵，分別攪拌5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min，靜置沉淀1h后，取上清液檢測Ni2+含量，確定最佳攪拌時間。

1.4.4 靜置沉淀實驗

分別于8個燒杯中加入500mL含磷模擬水樣，調(diào)節(jié)初始pH值控制在最佳范圍，投加最優(yōu)量的三氯化鐵，攪拌最佳時間后，分別靜置沉淀5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min、80min，取上清液檢測PO43-―P含量，確定最佳沉淀時間。

分別于8個燒杯中加入500mL含銅模擬水樣，調(diào)節(jié)pH值控制在最佳范圍，投加最優(yōu)量的三氯化鐵，攪拌最佳時間后，分別靜置沉淀5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min、80min，取上清液檢測Cu2+含量，確定最佳沉淀時間。

分別于8個燒杯中加入500mL含鎳模擬水樣，調(diào)節(jié)pH值控制在最佳范圍，投加最優(yōu)量的三氯化鐵，攪拌最佳時間后，分別靜置沉淀5min、10min、20min、30min、40min、50min、60min、80min，取上清液檢測Ni2+含量，確定最佳沉淀時間。

2、實驗結(jié)果與分析

2.1 最佳pH值的確定

每種混凝劑都有不同的pH適宜范圍。即使使用同一種絮凝劑，在不同的反應(yīng)pH值下，其絮凝的效果也是各不相同。

2.1.1 含磷模擬水

在除磷過程中，三氯化鐵中Fe3+除了可以跟磷酸鹽生成磷酸鐵和磷酸亞鐵沉淀以外，還可以發(fā)生強烈水解，并在水解的同時發(fā)生各種聚合反應(yīng)，生成具有較長線性結(jié)構(gòu)的多核羥基絡(luò)合物，如Fe2(OH)24+、Fe5(OH)87+、Fe7(OH)129+、Fe9(OH)207+、Fe12(OH)342+等。在不同的pH值下，磷酸鹽在水中存在的形式也會隨之變化。通過調(diào)節(jié)不同pH值，篩選出反應(yīng)最佳條件，具體見圖1。由圖1可知，在投加過量三氯化鐵后，隨著pH值不斷增加，磷的去除效果也逐漸遞增；當(dāng)pH值在5~6的條件下，磷的去除效果要最佳；隨后隨著pH值增加，磷的去除效果逐漸降低。

2.1.2 含銅模擬水

通過調(diào)節(jié)不同pH值，篩選出銅的去除效果的最佳值，具體見圖2。由圖2可知，對于含銅模擬水，其去除效果隨著pH值的升高而不斷增大。當(dāng)pH值大于10時，對銅的去除率達到最大，絮凝效果最好。隨后隨著pH值逐漸升高時，對銅的去除率變化不大。

2.1.3 含鎳模擬

通過調(diào)節(jié)不同pH值，篩選鎳的去除效果的最佳值，具體見圖3。由圖3可知，對于含鎳模擬水，其去除效果與含銅模擬水接近，均是隨著pH值升高而增大。當(dāng)pH值大于10時，對鎳的去除率達到最大，絮凝效果最好。隨后隨著pH值逐漸升高時，對銅的去除率變化不大。

2.2 最佳三氯化鐵投加量的確定

2.2.1 含磷模擬水

根據(jù)優(yōu)選后的pH值，進行三氯化鐵投加量實驗。調(diào)節(jié)含磷模擬水的pH值為5~6，投加不同比例的三氯化鐵，水中磷的去除效果見圖4所示。從圖4可見，磷酸鹽的去除效果隨著投加量的增加而增加，當(dāng)CFe/CP的比值在3.0的時候達到最大；繼續(xù)增加三氯化鐵的投加量，磷的去除效果反而有所下降。

2.2.2 含銅模擬水

根據(jù)優(yōu)選后的pH值，進行三氯化鐵投加量實驗。調(diào)節(jié)含銅模擬水pH值為10，投加不同量的三氯化鐵，水中銅去除結(jié)果見圖5所示。從圖5可見，銅的去除效果隨著投加量的增加而增加，當(dāng)三氯化鐵的投加量為40mg/L的時候，銅的去除率高達97%，后面繼續(xù)增加三氯化鐵的投加量，銅的去除效果變化不大。結(jié)合經(jīng)濟效果考慮，選擇含銅模擬水試驗中三氯化鐵的最佳投加量為40mg/L。

2.2.3 含鎳模擬水

含鎳模擬水進行三氯化鐵投加量優(yōu)選試驗中，鎳的去除效果情況與含銅模擬水比較相似，具體去除效果見圖6。綜合去除效果及經(jīng)濟效益等因素，選擇含鎳模擬水試驗中三氯化鐵的最佳投加量為40mg/L。

2.3 最佳攪拌時間的確定

2.3.1 含磷模擬水

調(diào)節(jié)含磷模擬水pH值為5~6，投加比例量為3的三氯化鐵，攪拌不同時間后水中磷去除結(jié)果見圖7所示。由圖7可知，去除效果隨攪拌時間增加而增加，當(dāng)攪拌20min后處理效果最好。繼續(xù)增加攪拌時間，去除效果降低，是由于長時間攪拌破壞了絮體造成。

2.3.2 含銅模擬水

調(diào)節(jié)含銅模擬水pH值為10，投加40mg/L的三氯化鐵，攪拌不同時間后水中銅去除效果見圖8所示。由圖8可知，去除效果隨攪拌時間增加而增加，當(dāng)攪拌10min后處理效果最好。

2.3.3 含鎳模擬水

含鎳模擬水進行攪拌時間優(yōu)選試驗，鎳的去除效果情況與含銅模擬水效果比較相近，具體去除效果見圖8。從圖8可以看出，同樣在攪拌10min后鎳的去除效果最好。

2.4 最佳靜置沉淀時間的確定

2.4.1 含磷模擬水

調(diào)節(jié)含磷模擬水pH值為5~6，投加比例量為3的三氯化鐵，攪拌20min后，觀察不同靜置沉淀時間的磷去除效果，具體見圖9。從圖9可以看出，隨著靜置時間的不斷增長，磷的去除效果也逐漸增高。但當(dāng)靜置沉淀時間超過60min后，磷的去除效果變化不明顯。綜合磷的去除效果、運行成本、項目投資等因素考慮，選擇最佳靜置沉淀時間為60min。

2.4.2 含銅模擬水

調(diào)節(jié)含銅模擬水pH值為10，投加40mg/L的三氯化鐵，攪拌10min后，觀察不同置沉淀時間的銅去除效果，具體見圖10。從圖10可以看出，隨著靜置沉淀時間的不斷增長，銅的去除效果也逐漸增高。當(dāng)靜置沉淀時間超過60min后，其去除效果無變化。

2.4.3 含鎳模擬水

調(diào)節(jié)含銅模擬水pH值為10，投加40mg/L的三氯化鐵，攪拌10min后，觀察不同置沉淀時間的銅去除效果，具體見圖11。從圖11可以看出，含鎳模擬水中鎳的去除效果規(guī)律與含銅模擬水相似，在靜置沉淀時間為60min時達到最大，后面隨時間增加，去除效果無變化。

2.5 實際廢水的絮凝沉淀實驗

采用優(yōu)化的條件對實際環(huán)境水樣進行三氯化鐵絮凝實驗，結(jié)果如表1。從表1中可以看出，在實驗條件下，三氯化鐵絮凝劑對廢水中的磷酸鹽、銅和鎳的去除率分別為98.1%、98.4%和98.3%。

3、小結(jié)

(1)采用三氯化鐵來絮凝沉淀含磷模擬廢水時，當(dāng)pH值為5~6，投加量為理論值3倍，攪拌時間20min，靜置沉淀1h后能達到最好的處理效果；

(2)采用三氯化鐵來絮凝沉淀含銅模擬廢水時，當(dāng)pH值為10，投加量為40mg/L，攪拌時間10min，靜置沉淀1h后能達到最好的處理效果；

(3)采用三氯化鐵來絮凝沉淀含重金屬模擬廢水時，當(dāng)pH值為10，投加量為40mg/L，攪拌時間10min，靜置沉淀1h后能達到最好的處理效果。（來源：江蘇南大環(huán)?？萍加邢薰荆洗蟓h(huán)?？萍挤?wù)南通有限公司）