胡翔1，孫治榮2
（1. 北京化工大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，北京&　 100029；2. 北京工業(yè)大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100012）

　　摘要：混凝劑在使用時往往要進(jìn)行稀釋處理。考察了稀釋作用對聚硅酸鐵混凝劑混凝性能及該混凝劑中鐵與氧化硅形態(tài)分布的影響。實驗結(jié)果表明，稀釋倍數(shù)為2倍以上時，聚硅酸鐵混凝劑中鐵及氧化硅形態(tài)中高分子聚合態(tài)含量較高，此時聚硅酸鐵混凝劑具有較好的混凝性能；但稀釋倍數(shù)大于4倍且混凝劑投加量為5mg／L時，聚硅酸鐵混凝劑的混凝性能反而會下降，因此實際應(yīng)用時要選擇恰當(dāng)?shù)南♂尡稊?shù)以獲得較好的混凝效果。
　　關(guān)鍵詞：無機高分子混凝劑；聚硅酸鐵；混凝；稀釋；形態(tài)
　　中圖分類號：TU991．22　　 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A　　 文章編號：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

　　混凝處理是目前國內(nèi)外普遍用來提高水質(zhì)處理效率的一種既經(jīng)濟又簡便的水處理方法。聚硅酸鐵(PSl)混凝劑是一類新型無機高分子混凝劑，以其良好的混凝效果、特別是良好的處理低溫低濁水的效果以及低毒、經(jīng)濟、適用等特點，近年來引起了國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注^[1-4]。
　　PSI混凝劑在使用時，往往會進(jìn)行稀釋處理。稀釋后PSI混凝劑的混凝效能及其內(nèi)部形態(tài)會如何變化，也是值得進(jìn)行分析研究的。本文重點考察稀釋作用對PSI混凝劑混凝性能的影響，并從該混凝劑的形態(tài)變化的角度說明其混凝性能產(chǎn)生變化的原因。

1 實驗材料與方法

1.1 PSI的制備與稀釋
　　取一定量的工業(yè)水玻璃加水稀釋至一定濃度后加酸調(diào)整到一定pH值，熟化適當(dāng)時間后，加入一定量的硫酸鐵及穩(wěn)定劑，再熟化一定時間后備用PSI混凝劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(以鐵計)為14％。
　　取制得的PSI混凝劑，分別加入自來水稀釋到一定倍數(shù)，充分混合后備用。
1.2　混凝實驗
　　采用燒杯攪拌實驗。每個燒杯中加入相同體積需處理的水樣，固定投加量不變，分別加入稀釋倍數(shù)不同的PSI混凝劑。
1.3　聚硅酸鐵的形態(tài)分析與表征
　　氧化硅的形態(tài)分析：采用Si-Mo逐時絡(luò)合比色分析法^[5]；
　　鐵的形態(tài)分析：采用Fe-Ferron逐時絡(luò)合比色分析法^[5]。

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 稀釋作用對PSI混凝性能的影響
　　PSI混凝劑在使用時，往往會進(jìn)行稀釋處理。稀釋時PSI混凝劑的混凝性能可能會發(fā)生變化，為此考察了PSI混凝劑稀釋時的混凝性能。實驗所用水樣為實際水樣，原水濁度為40NTU，水溫為常溫，實驗結(jié)果如圖1所示。

　　由圖1可看出，稀釋作用對PSI混凝劑的混凝性能有影響。總的趨勢是隨著稀釋倍數(shù)的增加，PSI混凝劑混凝能力得到提高，但稀釋倍數(shù)為2倍后，這種趨勢就不明顯，因而在使用PSI混凝劑時，應(yīng)控制適宜的濃度以求獲得較好的處理效果。在實驗過程中，還發(fā)現(xiàn)：隨著PSI混凝劑的稀釋倍數(shù)的增加，絮體出現(xiàn)逐漸加快，絮體的沉降性能也得到一定程度的改善。但稀釋倍數(shù)太大，在低投加量如5mg／L時，PSI混凝劑的性能出現(xiàn)不良趨向，而且此時儲存運輸均不經(jīng)濟，實際操作時也不方便。本實驗中，最佳的稀釋倍數(shù)為2倍。
2.2　稀釋作用對PSI中氧化硅形態(tài)分布的影響
　　PSI混凝劑混凝性能的變化與其形態(tài)變化密切相關(guān)，而稀釋后PSI混凝劑溶液中的pH值、鐵(Ⅲ)濃度及氧化硅濃度都會發(fā)生變化，因而PSI混凝劑中的氧化硅形態(tài)分布必然會發(fā)生相應(yīng)的變化。為此，分析了PSI混凝劑稀釋前后氧化硅形態(tài)的變化情況。實驗過程中，發(fā)現(xiàn)Pe(Ⅲ)對氧化硅形態(tài)分析有一定影響，可以通過空白扣除方式進(jìn)行一級近似處理。
　　氧化硅形態(tài)分析的具體實驗步驟參照文獻(xiàn)[5]。根據(jù)與鉬酸銨反應(yīng)的速度差異，氧化硅的形態(tài)可分為三類：Si_a，單體或二聚體氧化硅，通常在5min內(nèi)反應(yīng)完全；Si_b，低聚體硅酸，在10-30min之間反應(yīng)完全，Si_c，高分子聚合物，在30min內(nèi)不反應(yīng)。
　　稀釋作用對PSI混凝劑中氧化硅形態(tài)分布的影響見表1。

表1&　 稀釋作用對PSI混凝劑中氧化硅形態(tài)分布的影響

　　由表1可看出，PSI混凝劑中氧化硅的形態(tài)以Si_c為主，這是因為本實驗中PSI混凝劑的制備是采用性能良好的聚硅酸與金屬鹽復(fù)合的方法；稀釋作用對PSI混凝劑中氧化硅形態(tài)分布有一定的影響，隨著PSI混凝劑的稀釋，PSI混凝劑中Si_a 和Si_b禮的含量略有下降，Si_c則略有上升，Si_c形態(tài)的氧化硅是高分子聚合態(tài)的氧化硅，因而具有較大的表面積，Si_c含量的增加有利于吸附架橋及沉淀網(wǎng)捕作用的加強，因此可以獲得較好的混凝效果。
2.3 稀釋作用對PSI中鐵形態(tài)分布的影響
　　同樣，稀釋后PSI中的鐵(Ⅲ)形態(tài)分布也會發(fā)生相應(yīng)的變化。
　　鐵(Ⅲ)形態(tài)分析的具體實驗步驟參照文獻(xiàn)[5]。根據(jù)與Ferron試劑反應(yīng)的速度差異，鐵(Ⅲ)形態(tài)可分為三類：Fe_a，為單體或低聚體形態(tài)，通常在1 min內(nèi)反應(yīng)完全；Fe_b，聚合形態(tài)，在1-120min內(nèi)反應(yīng)完全；Fe_c，聚合溶膠或微晶鐵沉淀物，在120min內(nèi)不反應(yīng)。
　　稀釋作用對PSI混凝劑中鐵(Ⅲ)形態(tài)分布的影響見表2。

表2&　 稀釋作用對PSI混凝劑中鐵(Ⅲ)形態(tài)分布的影響

　　由表2可看出，PSI混凝劑中鐵的形態(tài)以Fe_a為主，這是因為本實驗中PSI混凝劑的制備是采用性能良好的聚硅酸與金屬鹽復(fù)合的方法，所用的金屬鹽中以單體鐵為主；稀釋作用對PSI混凝劑鐵形態(tài)分布有一定影響，隨著PSI的稀釋；PSI混凝劑中的Fe_a與Fe_b的含量略有下降，F(xiàn)e_c則略有上升，F(xiàn)e_c是高分子聚合態(tài)的鐵(Ⅲ)，有利于提高混凝劑的壓縮雙電層、吸附電中和能力及吸附架橋作用，這也與稀釋時PSI混凝性能加強的實際效果一致。
　　由以上分析可以看出，由于稀釋作用影響，PSI混凝劑中鐵（III）形態(tài)含量升高時，PSI混凝劑的沉淀網(wǎng)捕作用得到加強，因此PSI混凝劑會有較好的混凝效果；但稀釋倍數(shù)較大時(本實驗中稀釋倍數(shù)大于4倍)，F(xiàn)e與Si_c形態(tài)含量雖略有提高，F(xiàn)e_c可能帶有較高的電荷，但此時溶液中Fe_a與Fe_b的含量則略有下降，這樣PSI混凝劑的壓縮雙電及吸附電中和能力也會略有下降，而投加量較小時，不足以產(chǎn)生吸附架橋作用，因而混凝劑投加量為5mg／L時，PSI混凝劑混凝效果較差。此外，F(xiàn)e_c與Si_c乙的含量過高，PSI的穩(wěn)定性會下降。因此，PSI混凝劑實際應(yīng)用時，采用適宜的稀釋倍數(shù)，以獲得交好的混凝效果。

3　結(jié)論

　　稀釋作用有利于PSI混凝劑混凝性能的提高，但稀釋倍數(shù)過大時則使PSI混凝劑的混凝效果下降，而且貯存和運輸也不方便，因而在實際使用時要選擇恰當(dāng)?shù)南♂尡稊?shù)。PSI混凝劑中鐵及氧化硅形態(tài)分析結(jié)果表明，稀釋時，PSI混凝劑中Fe_c與Si_c乙形態(tài)含量會有一定程度的升高，這也解釋了PSI混凝劑混凝性能變化的原因。

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作者簡介：胡翔(1966-)，男，湖北麻城人，副教授，博士，1999年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，研究水污染控制，已發(fā)表論文30余篇，北京市朝陽區(qū)北三環(huán)東路15號北京華工大學(xué)107信箱，電話（010）64427356，hbmc21@sina.com。