聚合硫酸鐵
一、產(chǎn)品名稱：聚合硫酸鐵
二、產(chǎn)品性能及用途
本產(chǎn)品是一種新型高效無機(jī)高分子絮凝劑，液體為紅褐色粘稠透明狀，固體為淡黃色無定型粉末狀。聚合硫酸鐵中存在有 [Fe2(OH)4]2+、 [Fe(H2O)6]3+和[Fe8(OH)20]4+等高價(jià)和多核絡(luò)離子，因此，具有快速混溶、中和電荷、水解架橋、混凝沉淀等作用，廣泛用于原水、飲用水、自來水、工業(yè)用水、工業(yè)廢水及城市污水的處理。其特點(diǎn)是投藥量少，適應(yīng)能力強(qiáng)，絮凝速度快、礬花大、沉降快，并兼有脫色、除菌、除放射性元素、除重金屬離子和降低COD、BOD之功能。此外，制造工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、售價(jià)便宜，在水處理劑市場(chǎng)上有一定的競(jìng)爭(zhēng)能力。
| 指標(biāo)名稱 | 液體 | 固體 |
| 全鐵含量 %≥ | 11.5 | 21.0 |
| 鹽基度 % | 9.0-14.0 | 9.0-14.0 |
| PH（1%水溶液） | 2.0-3.0 | 2.0-3.0 |
| 不溶物含量 %≤ | 0.1 | 0.2 |
四、聚合硫酸鐵凈化作用原理
聚合硫酸鐵是一種高分子絡(luò)合體，其化學(xué)分子結(jié)構(gòu)為[Fe2(OH)n (SO4)3-n/2]m(m=f (n))，其中n<2,m>10, 由于其化學(xué)分子中含有多核羥基絡(luò)合離子結(jié)構(gòu)，以Fe3+的水合絡(luò)離子如[Fe2(OH)4]2+、[Fe2(OH)2]4+等形態(tài)存在于水中，形成疏水性氫氧化物聚合體，在混凝過程中發(fā)生羥基橋聯(lián)聚合反應(yīng)， 而生成多羥基絡(luò)合物。通過吸附、架橋、交聯(lián)等作用，促進(jìn)水中膠體微粒聚集而發(fā)生絮凝，同時(shí)在Fe3+作用下，膠體微粒彼此間又發(fā)生物理化學(xué)變化，中和懸浮物表面電荷，壓縮膠體雙電層，從而破壞膠體的穩(wěn)定性，使膠體微粒急劇碰撞而凝聚成絮體，加之其表面積大，為200～1000m2／g，有很強(qiáng)的吸附能力，能強(qiáng)力去除水中膠體和各種懸浮物，因此用它來凈化生活飲用水、處理工業(yè)污水及高濃度有機(jī)廢水，顯示出高效、優(yōu)質(zhì)、價(jià)廉、安全無毒的特點(diǎn)，是當(dāng)今較為理想的新型凈水劑。
五、聚合硫酸鐵的制備方法
聚合硫酸鐵的制備主要有直接氧化法法和催化氧化法。大多數(shù)PFS的制備采用直接氧化法，此法工藝路線較簡(jiǎn)單，用于工業(yè)生產(chǎn)可以減少設(shè)備投資和生產(chǎn)環(huán)節(jié)，降低設(shè)備成本，但這種生產(chǎn)工藝必須依賴于氧化劑，如：H2O2、KClO3、HNO3等無機(jī)氧化劑。催化氧化法一般是選用一種催化劑，利用氧氣或空氣氧化制備聚合硫酸鐵。以下是制備聚合硫酸鐵的具體操作方法：
雙氧水氧化法：
雙氧水(H2O2)在酸性環(huán)境中是一種強(qiáng)氧化劑,可以將亞鐵氧化成三價(jià)鐵從而制得聚合硫酸鐵:
2FeSO4 + H2O2+ (1-n/2)H2SO4—→Fe2(OH)n(SO4)3-n/2+ (2-n)H2O
制備過程中,按照生產(chǎn)量和所需要的鹽基度,在反應(yīng)釜中加入硫酸亞鐵、水和硫酸混合,當(dāng)溫度升高到30~45℃時(shí),在攪拌過程中,通過加料管在釜底緩慢加入H2O2。H2O2很快將亞鐵氧化成三價(jià)鐵,取樣分析待亞鐵濃度降至規(guī)定濃度時(shí),停止反應(yīng)。
利用本法生產(chǎn)聚合硫酸鐵,具有設(shè)備簡(jiǎn)單、生產(chǎn)周期短、反應(yīng)不用催化劑、產(chǎn)品不含雜質(zhì)、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。但反應(yīng)過程中, 有H2O2在分解時(shí)形成O2氣放出在無催化劑時(shí),起不到氧化作用。要減少O2的產(chǎn)生,需要控制H2O2的投加速度制備工藝為間歇式操作,影響生產(chǎn)效率。H2O2成本比較高,它增加了聚合硫酸鐵的生產(chǎn)成本,不利于工業(yè)化生產(chǎn)。
氯酸鉀(鈉)氧化法：
氯酸鉀是廣泛應(yīng)用于炸藥和火柴工業(yè)的強(qiáng)氧化劑,同樣可以將亞鐵氧化成三價(jià)鐵:
6FeSO4 + KClO3 + 3(1-n/2)H2SO4 —→ 3[Fe2(OH)n(SO4)3-n/2]+ 3(1-n)H2O + KCl
制備時(shí),將硫酸、硫酸亞鐵和水按比例加入反應(yīng)釜中,在常溫或稍微高溫度下,攪拌中加入氯酸鉀。檢驗(yàn)亞鐵離子減少到規(guī)定濃度即可結(jié)束。
該法生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單,設(shè)備投資少,產(chǎn)品穩(wěn)定性好,反應(yīng)效率高,無空氣污染。產(chǎn)品中含有氯酸鹽,可兼作混凝與殺菌劑。但制品中殘留有較高的氯離子和氯酸根離子,不宜于飲用水處理。同時(shí),由于氯酸鉀價(jià)格昂貴,產(chǎn)品成本高。
次氯酸鈉氧化法：
次氯酸鈉屬于堿性氧化劑,其氧化還原電位較高,理論上能將亞鐵氧化成三價(jià)鐵:
2NaClO + 2H2SO4—→K2SO4+ 2H2O + Cl2
生產(chǎn)的氯氣仍為氧化劑,可以將亞鐵氧化成三價(jià)鐵。但氯氣會(huì)有少量以氣體形式逸出而浪費(fèi)掉,不能充分利用。同時(shí)也會(huì)造成環(huán)境污染,曾加后處理工序。次氯酸鈉是堿性氧化劑,制備聚合硫酸鐵時(shí),為了降低pH值, H2SO4的用量較高。用該法制備的聚合硫酸鐵穩(wěn)定性差,不宜長(zhǎng)期保存。
硝酸氧化法：
硝酸為中強(qiáng)氧化劑,與亞鐵反應(yīng)如下:
FeSO4 +HNO3 —→ Fe(OH)SO4+ NO2
反應(yīng)生成的NO2又可以起到氧化作用,因而HNO3的氧化效率高。
該法是以工業(yè)硫酸亞鐵為原料,采用工業(yè)硫酸氧化后以工業(yè)濃硝酸氧化。FeSO4:HNO3為1:(0.20~0.30):(0.10~0.32),加入水量小于以上三者總量的20%,于0.1~0.2MPa下，攪拌中通入充足的空氣或氧氣,于50~70℃氧化,102~103℃水解聚合而成。反應(yīng)周期控制在30~60min以內(nèi)。
用HNO3氧化時(shí),成本比較低,反應(yīng)周期短。所得產(chǎn)品濃度高,易于制成固體產(chǎn)品。若選用工業(yè)一級(jí)品原料,所得產(chǎn)品可用于飲用水處理。但反應(yīng)中生成的NO2,會(huì)造成環(huán)境污染,需增加專門吸收裝置予以處理。
綜上所述,直接氧化法雖然工藝簡(jiǎn)單,操作簡(jiǎn)便,但存在氧化劑用量大,成本高,氧化劑引入的離子需分離出去,反應(yīng)中產(chǎn)生的有害氣體需專門設(shè)備吸收處理等問題,因而難于在工業(yè)化生產(chǎn)中普及和應(yīng)用。但實(shí)驗(yàn)研究中需要少量的聚合硫酸鐵時(shí)采用此類方法制備簡(jiǎn)單易行。
催化氧化法:
聚合硫酸鐵在工業(yè)生產(chǎn)中多采用催化氧化法。
即以硫酸亞鐵及硫酸為原料,借助催化劑(NaNO2)的作用,利用氧化劑使硫酸亞鐵在酸性介質(zhì)中被氧化成三價(jià)鐵離子。然后用氫氧化鈉中和,調(diào)整堿化度進(jìn)行水解,聚合反應(yīng)制得聚合硫酸鐵。
六、使用方法
1、液體可直接投加，也可配成10%-30%的水溶液；固體配成5%-20%的水溶液。使用時(shí)，應(yīng)先根據(jù)處理水量，原水性質(zhì)、濁度和加藥方式及水處理工藝等配制相應(yīng)濃度的水溶液。配制濃度不應(yīng)低于5%，并且不宜貯存時(shí)間過長(zhǎng)，較 好在24小時(shí)內(nèi)用完。
2、處理飲用水時(shí)，一般液體投加量為5-30g/m3，固體投加量為1-15g/m3。 處理生活污水和工業(yè)廢水時(shí)，一般液體投加量為20-100g/m3，固體投加量為10-50g/m3。具體的投加量應(yīng)根據(jù)進(jìn)水的COD、pH、SS等指標(biāo)，通過燒杯試驗(yàn)和生 產(chǎn)試驗(yàn)來決定。
七、應(yīng)用實(shí)例
1、給水凈化處理
當(dāng)源水濁度為40～400mg/L，投加含F(xiàn)e3+為4%的聚合硫酸鐵為50～60mg/L時(shí)，其凈化效果見表14-25 用聚合硫酸鐵代替原用的固體堿式氯化鋁，對(duì)低溫低濁或高溫高濁的長(zhǎng)江水凈化后，其水質(zhì)滿足工業(yè)用水水質(zhì)要求，經(jīng)過濾、氯消毒后，符合國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。
在電廠的給水凈化處理中，使用PFS取代硫酸亞鐵，可使硬度去除率由39.95%提高到 53.36%，COD去除率由41.89%提高 到55.64%，2min沉降比由27降到9.0，出水濁度由43降到13，軟化水耗鹽量由208g/t降低到140.79g/t。
2、廢(污)水處理
在小高爐的煤氣洗滌水處理中，聚合硫酸鐵的投藥量為200mg/L時(shí)，出水SS由 194.5mg/L降低到6mg/L，透明度由64.6% 提高到95.1%。
焦化廠化肥車間排水，經(jīng)聚合硫酸鐵混凝沉淀后，出水COD降到400mg/L以下，油在 10mg/L以下，氰化物在40mg/L以下 。
合成洗滌劑生產(chǎn)廠的排水一般含COD300mg/L，pH=5～9，LAS=25～60mg/L，采用聚合硫酸鐵作混凝劑，經(jīng)中和處理后， 出水COD可降低到100mg/L以下，pH=7左右，達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。
將聚合硫酸鐵用于造紙廢水混凝氣浮處理上，出水無色透明，COD由635.16mg/L降到17.18mg/L，SS由1149mg/L降低到 3.6mg/L，可保證重復(fù)使用。
在賓館的水處理中，采用聚合硫酸鐵進(jìn)行中水處理，出水經(jīng)過濾，消毒后，無色無臭，pH =7.5～8.3，SS=0mg/L， COD=42.75mg/L，BOD5＝33mg/L，LAS=1.7mg/L，大腸菌群小于3個(gè)/mL，細(xì)菌總數(shù)1個(gè)/mL，完全滿足中水水質(zhì)要求。
3、泥渣脫水處理
煉油廠采用聚合硫酸鐵和有機(jī)高分子絮凝劑對(duì)活性污泥進(jìn)行化學(xué)調(diào)質(zhì)后，用帶式壓濾機(jī)脫水，使濾餅含水率由90.7%降 低到74.7%，污泥回收率達(dá)到98.8%。
八、包裝及貯存
液體用聚乙烯塑料桶盛裝，固體用內(nèi)塑外編雙層包裝，每袋凈重25kg。
產(chǎn)品具有一定的腐蝕性、刺激性，應(yīng)密封貯存在通風(fēng)干燥處，防止雨淋、高溫或暴曬。液體產(chǎn)品保質(zhì)期為6個(gè)月，固體產(chǎn)品保質(zhì)期為12個(gè)月。
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